Presiunea este o mărime fizică care se calculează după cum urmează: împărțiți forța de presiune la aria pe care acționează această forță. Forța de presiune este determinată de greutate. Orice obiect fizic exercită presiune pentru că are cel puțin o oarecare greutate. Articolul va discuta în detaliu presiunea în gaze. Exemplele vor ilustra de ce depinde și cum se schimbă.
Diferența mecanismelor de presiune a substanțelor solide, lichide și gazoase
Care este diferența dintre lichide, solide și gaze? Primele două au volum. Corpurile solide își păstrează forma. Un gaz plasat într-un vas ocupă tot spațiul său. Acest lucru se datorează faptului că moleculele de gaz practic nu interacționează între ele. Prin urmare, mecanismul presiunii gazului este semnificativ diferit de mecanismul presiunii lichidelor și solidelor.
Să punem greutatea pe masă. Sub influența gravitației, greutatea ar continua să se miște în jos prin masă, dar acest lucru nu se întâmplă. De ce? Deoarece moleculele tabelului se apropie de moleculele dindin care se face greutatea, distanța dintre ele scade atât de mult încât între particulele greutății și masă apar forțe de respingere. În cazul gazelor, situația este complet diferită.
Presiunea atmosferică
Înainte de a lua în considerare presiunea substanțelor gazoase, să introducem un concept fără de care explicațiile ulterioare sunt imposibile - presiunea atmosferică. Acesta este efectul pe care îl are aerul (atmosfera) din jurul nostru. Aerul ni se pare doar lipsit de greutate, de fapt are greutate, iar pentru a demonstra acest lucru, haideți să facem un experiment.
Vom cântări aerul într-un vas de sticlă. Intră acolo printr-un tub de cauciuc în gât. Scoateți aerul cu o pompă de vid. Să cântărim balonul fără aer, apoi deschidem robinetul, iar când aerul intră, greutatea acestuia se va adăuga la greutatea balonului.
Presiune în vas
Să ne dăm seama cum acționează gazele pe pereții vaselor. Moleculele de gaz practic nu interacționează între ele, dar nu se împrăștie unele de altele. Aceasta înseamnă că încă ajung la pereții vasului și apoi se întorc. Când o moleculă lovește peretele, impactul acesteia acționează asupra vasului cu o oarecare forță. Această putere este de scurtă durată.
Un alt exemplu. Să aruncăm o minge într-o foaie de carton, mingea va sări, iar cartonul se va abate puțin. Să înlocuim mingea cu nisip. Impacturile vor fi mici, nici nu le vom auzi, dar puterea lor va crește. Foaia va fi respinsă în mod constant.
Acum să luăm cele mai mici particule, de exemplu particulele de aer pe care le avem în plămâni. Suflam pe carton și se va abate. Forțammoleculele de aer lovesc cartonul, ca urmare, o forță acționează asupra acestuia. Ce este această putere? Aceasta este forța presiunii.
Să conchidem: presiunea gazului este cauzată de impactul moleculelor de gaz asupra pereților vasului. Forțele microscopice care acționează asupra pereților se adună și obținem ceea ce se numește forța de presiune. Rezultatul împărțirii forței la suprafață este presiunea.
Se pune întrebarea: de ce, dacă iei în mână o foaie de carton, aceasta nu se abate? La urma urmei, este în gaz, adică în aer. Deoarece impactul moleculelor de aer pe una și pe ceal altă parte a foii se echilibrează reciproc. Cum să verifici dacă moleculele de aer lovesc cu adevărat peretele? Acest lucru se poate face prin eliminarea impactului moleculelor pe o parte, de exemplu, prin pomparea aerului.
Experiment
Există un dispozitiv special - o pompă de vid. Acesta este un borcan de sticlă pe o farfurie cu vid. Are o garnitură de cauciuc, astfel încât să nu existe un spațiu între capac și placă, astfel încât să se potrivească strâns unul cu celăl alt. La unitatea de vid este atașat un manometru, care măsoară diferența de presiune a aerului în exterior și sub capotă. Robinetul permite conectarea furtunului care duce la pompă la spațiul de sub capotă.
Puneți un balon ușor umflat sub capac. Datorită faptului că este ușor umflat, impacturile moleculelor din interiorul și din exteriorul mingii sunt compensate. Acoperim mingea cu un capac, pornim pompa de vid, deschidem robinetul. Pe manometru, vom vedea că diferența dintre aerul din interior și din exterior crește. Ce zici de un balon? Se mărește în dimensiune. Presiunea, adică impactul moleculelorîn afara mingii, devenind mai mic. Particulele de aer din interiorul mingii rămân, compensarea șocurilor din exterior și din interior este încălcată. Volumul mingii crește datorită faptului că forța de presiune a moleculelor de aer din exterior este preluată parțial de forța elastică a cauciucului.
Acum închideți robinetul, opriți pompa, deschideți din nou robinetul, deconectați furtunul pentru a lăsa aer sub capac. Mingea va începe să se micșoreze în dimensiune. Când diferența de presiune în exterior și sub capac este zero, aceasta va avea aceeași dimensiune ca și înainte de începerea experimentului. Această experiență demonstrează că poți vedea presiunea cu ochii tăi dacă este mai mare pe o parte decât pe ceal altă, adică dacă gazul este îndepărtat dintr-o parte și lăsat pe ceal altă.
Concluzia este aceasta: presiunea este o cantitate care este determinată de impactul moleculelor, dar impacturile pot fi mai numeroase și mai puțin numeroase. Cu cât mai multe lovituri pe pereții vasului, cu atât presiunea este mai mare. În plus, cu cât viteza moleculelor lovește pereții vasului este mai mare, cu atât presiunea produsă de acest gaz este mai mare.
Dependența presiunii de volum
Să presupunem că avem o anumită masă a ochiului, adică un anumit număr de molecule. În cursul experimentelor pe care le vom lua în considerare, această cantitate nu se modifică. Gazul este într-un cilindru cu piston. Pistonul poate fi mutat în sus și în jos. Partea superioară a cilindrului este deschisă, vom pune pe ea o peliculă elastică de cauciuc. Particulele de gaz lovesc pereții vasului și filmul. Când presiunea aerului din interior și din exterior este aceeași, filmul este plat.
Dacă mutați pistonul în sus,numărul de molecule va rămâne același, dar distanța dintre ele va scădea. Se vor mișca cu aceleași viteze, masa lor nu se va schimba. Cu toate acestea, numărul de lovituri va crește, deoarece molecula trebuie să parcurgă o distanță mai mică pentru a ajunge la perete. Ca rezultat, presiunea ar trebui să crească, iar filmul ar trebui să se îndoaie spre exterior. Prin urmare, odată cu scăderea volumului, presiunea unui gaz crește, dar aceasta este cu condiția ca masa gazului și temperatura să rămână neschimbate.
Dacă deplasați pistonul în jos, distanța dintre molecule va crește, ceea ce înseamnă că va crește și timpul necesar pentru a ajunge la pereții cilindrului și filmul. Hiturile vor deveni mai rare. Gazul din exterior are o presiune mai mare decât cel din interiorul cilindrului. Prin urmare, filmul se va îndoi spre interior. Concluzie: presiunea este o cantitate care depinde de volum.
Dependența presiunii de temperatură
Să presupunem că avem un vas cu un gaz la temperatură scăzută și un vas cu același gaz în aceeași cantitate la o temperatură ridicată. La orice temperatură, presiunea unui gaz se datorează impactului moleculelor. Numărul de molecule de gaz din ambele vase este același. Volumul este același, așa că distanța dintre molecule rămâne aceeași.
Pe măsură ce temperatura crește, particulele încep să se miște mai repede. În consecință, numărul și puterea impacturilor lor asupra pereților vasului crește.
Următorul experiment ajută la verificarea corectitudinii afirmației conform căreia, pe măsură ce temperatura unui gaz crește, presiunea acestuia crește.
Iasticla, al cărei gât este închis cu un balon. Puneți-l într-un recipient cu apă fierbinte. Vom vedea că balonul este umflat. Dacă schimbați apa din recipient la rece și puneți o sticlă acolo, balonul se va dezumfla și chiar va fi tras înăuntru.
