Af selve begrebet "atmosfærisk tryk" følger, at luft skal have vægt, ellers kunne den ikke lægge pres på noget som helst. Men vi lægger ikke mærke til dette, det forekommer os, at luften er vægtløs. Før du taler om atmosfærisk tryk, skal du bevise, at luft har vægt, du skal på en eller anden måde veje den. Hvordan gør man det? Vi vil overveje luftvægt og atmosfærisk tryk i detaljer i artiklen og studere dem ved hjælp af eksperimenter.
Erfaring
Vi vejer luften i en glasbeholder. Det kommer ind i beholderen gennem et gummirør i nakken. Ventilen lukker slangen, så der ikke kommer luft ind i den. Vi fjerner luften fra beholderen ved hjælp af en vakuumpumpe. Interessant nok ændrer pumpens lyd sig efterhånden som pumpningen skrider frem. Jo mindre luft der er tilbage i kolben, jo mere støjsvag kører pumpen. Jo længere vi pumper luften ud, jo lavere bliver trykket i beholderen.
Når al luften er fjernet,luk vandhanen, klem slangen for at blokere lufttilførslen. Vej kolben uden luft, og åbn derefter hanen. Luften kommer ind med en karakteristisk fløjte, og dens vægt lægges til kolbens vægt.
Placer først en tom beholder med en lukket hane på vægten. Der er et vakuum inde i beholderen, lad os veje det. Lad os åbne for hanen, luften går ind og vejer indholdet i kolben igen. Forskellen mellem vægten af den fyldte og tomme kolbe vil være luftmassen. Det er enkelt.
Luftvægt og atmosfærisk tryk
Lad os nu gå videre til at løse det næste problem. For at beregne tætheden af luft skal du dividere dens masse efter volumen. Kolbens volumen er kendt, fordi den er markeret på siden af kolben. ρ=mair /V. Jeg må sige, at for at opnå det såkaldte højvakuum, det vil sige det fuldstændige fravær af luft i fartøjet, har du brug for meget tid. Hvis kolben er 1,2 l, er det omkring en halv time.
Vi fandt ud af, at luft har masse. Jorden trækker den, og derfor virker tyngdekraften på den. Luften skubber ned på jorden med en kraft svarende til luftens vægt. Atmosfærisk tryk eksisterer derfor. Det viser sig i forskellige eksperimenter. Lad os lave en af disse.
Sprøjteeksperiment
Tag en tom sprøjte, som en fleksibel slange er fastgjort til. Sænk sprøjtens stempel og nedsænk slangen i en beholder med vand. Træk stemplet op, og vandet vil begynde at stige gennem røret og fylde sprøjten. Hvorfor stiger vand, som trækkes ned af tyngdekraften, stadig bag stemplet?
I fartøjet er det påvirket fra top til bundAtmosfæretryk. Lad os betegne det Patm. Ifølge Pascals lov overføres trykket, som atmosfæren udøver på overfladen af en væske, uændret. Det spreder sig til alle punkter, hvilket betyder, at der også er atmosfærisk tryk inde i røret, og der er et vakuum (luftløst rum) i sprøjten over vandlaget, altså P=0. Så det viser sig, at atmosfærisk tryk presser på vandet nedefra, men der er ikke noget tryk over stemplet, fordi der er tomhed der. På grund af trykforskellen kommer der vand ind i sprøjten.
Eksperimenter med kviksølv
Luftvægt og barometertryk – hvor store er de? Måske er det noget, der kan negligeres? En kubikmeter jern har trods alt en masse på 7600 kg, og en kubikmeter luft - kun 1,3 kg. For at forstå det, lad os ændre det eksperiment, vi lige har udført. I stedet for en sprøjte, tag en flaske lukket med en prop med et rør. Tilslut slangen til pumpen og begynd at pumpe luft.
I modsætning til den tidligere oplevelse skaber vi et vakuum ikke under stemplet, men i hele flaskens volumen. Sluk for pumpen og sænk samtidig flaskens rør ned i en beholder med vand. Vi vil se, hvordan vandet fyldte flasken gennem røret på få sekunder med en karakteristisk lyd. Den høje hastighed, hvormed hun "bristede" ind i flasken, indikerer, at atmosfærisk tryk er en ret stor værdi. Erfaring viser det.
For første gang målte det atmosfæriske tryk, vægten af luften italienske videnskabsmand Torricelli. Han havde sådan en oplevelse. Jeg tog et glasrør på lidt over 1 m langt, forseglet i den ene ende. Fyldt den med kviksølv til randen. EfterSå tog han et kar med kviksølv, klemte dets åbne ende med fingeren, vendte røret om og nedsænkede det i en beholder. Hvis der ikke var noget atmosfærisk tryk, så ville alt kviksølvet være hældt ud, men det skete ikke. Det hældte delvist ud, kviksølvniveauet lagde sig i en højde på 760 mm.
Det skete, fordi atmosfæren pressede på kviksølvet i beholderen. Det er af denne grund, at der i vores tidligere forsøg blev drevet vand ind i røret, hvorfor vand fulgte efter sprøjten. Men i disse to eksperimenter tog vi vand, hvis tæthed er lav. Kviksølv har en høj densitet, så atmosfærisk tryk var i stand til at hæve kviksølvet, men ikke helt til toppen, men kun med 760 mm.
I henhold til Pascals lov overføres trykket på kviksølv uændret til alle dets punkter. Det betyder, at der også er atmosfærisk tryk inde i røret. Men på den anden side afbalanceres dette tryk af væskesøjlens tryk. Lad os betegne højden af kviksølvsøjlen som h. Vi kan sige, at atmosfærisk tryk virker fra bund til top, og hydrostatisk tryk virker fra top til bund. De resterende 240 mm er tomme. Dette vakuum kaldes i øvrigt også Torricelli-tomrummet.
Formel og beregninger
Atmosfærisk tryk Patm er lig med hydrostatisk tryk og beregnes med formlen ρptgh. ρpt=13600 kg/m3. g=9,8 N/kg. h=0,76 m. Patm=101,3 kPa. Det er et ret stort beløb. Et ark papir, der ligger på et bord, giver et tryk på 1 Pa, og atmosfærisk tryk er 100.000 pascal. Det viser sig, at du skal sætte100.000 ark papir oven på hinanden for at frembringe et sådant tryk. Nysgerrig, ikke? Atmosfærisk tryk og luftvægt er meget høj, så vand blev skubbet ind i flasken med en sådan kraft under forsøget.
