Tryk er en fysisk størrelse, der beregnes som følger: divider trykkraften med det område, som denne kraft virker på. Trykkraften bestemmes af vægten. Enhver fysisk genstand udøver pres, fordi den i det mindste har en vis vægt. Artiklen vil i detaljer diskutere trykket i gasser. Eksempler vil illustrere, hvad det afhænger af, og hvordan det ændrer sig.
Forskellen i trykmekanismer for faste, flydende og gasformige stoffer
Hvad er forskellen mellem væsker, faste stoffer og gasser? De to første har volumen. Faste kroppe bevarer deres form. En gas placeret i et fartøj optager hele dets plads. Dette skyldes det faktum, at gasmolekyler praktisk t alt ikke interagerer med hinanden. Derfor er mekanismen for gastryk væsentligt forskellig fra mekanismen for tryk af væsker og faste stoffer.
Lad os lægge vægten ned på bordet. Under påvirkning af tyngdekraften ville vægten fortsætte med at bevæge sig ned gennem bordet, men det sker ikke. Hvorfor? Fordi bordets molekyler nærmer sig molekylerne frasom vægten er lavet, aftager afstanden mellem dem så meget, at der opstår frastødende kræfter mellem vægtens partikler og bordet. Inden for gasser er situationen helt anderledes.
Atmosfærisk tryk
Før vi overvejer trykket fra gasformige stoffer, lad os introducere et koncept, uden hvilket yderligere forklaringer er umulige - atmosfærisk tryk. Det er den effekt, som luften (atmosfæren) omkring os har. Luft virker kun vægtløs for os, faktisk har den vægt, og for at bevise dette, lad os udføre et eksperiment.
Vi vejer luften i en glasbeholder. Det kommer ind der gennem et gummirør i nakken. Fjern luften med en vakuumpumpe. Lad os veje kolben uden luft, åbne hanen, og når luften kommer ind, vil dens vægt blive lagt til kolbens vægt.
Tryk i fartøj
Lad os finde ud af, hvordan gasser virker på karvæggene. Gasmolekyler interagerer praktisk t alt ikke med hinanden, men de spredes ikke fra hinanden. Det betyder, at de stadig når karrets vægge og derefter vender tilbage. Når et molekyle rammer væggen, virker dets påvirkning på karret med en vis kraft. Denne kraft er kortvarig.
Et andet eksempel. Lad os kaste en bold på et ark pap, bolden hopper, og pappet vil afvige lidt. Lad os erstatte bolden med sand. Påvirkningerne vil være små, vi vil ikke engang høre dem, men deres kraft vil bygge op. Arket vil konstant blive afvist.
Lad os nu tage de mindste partikler, for eksempel luftpartikler, som vi har i vores lunger. Vi blæser på pappet, og det vil afvige. Vi tvingerluftmolekyler rammer pappet, som følge heraf virker en kraft på det. Hvad er denne magt? Dette er trykkets kraft.
Lad os konkludere: gastryk er forårsaget af påvirkninger af gasmolekyler på karrets vægge. De mikroskopiske kræfter, der virker på væggene, tæller sammen, og vi får det, man kalder trykkraften. Resultatet af at dividere kraft med areal er tryk.
Spørgsmålet opstår: hvorfor, hvis du tager et ark pap i hånden, afviger det ikke? Det er jo i gassen, altså i luften. Fordi luftmolekylernes påvirkninger på den ene og den anden side af arket balancerer hinanden. Hvordan kontrollerer man, om luftmolekyler virkelig rammer væggen? Dette kan gøres ved at fjerne virkningerne af molekyler på den ene side, for eksempel ved at pumpe luft ud.
Eksperiment
Der er en speciel enhed - en vakuumpumpe. Dette er en glaskrukke på en vakuumplade. Den har en gummipakning, så der ikke er mellemrum mellem hætten og pladen, så de passer tæt til hinanden. Et manometer er fastgjort til vakuumenheden, som måler forskellen i lufttryk uden for og under emhætten. Vandhanen gør det muligt at forbinde slangen, der fører til pumpen, til rummet under emhætten.
Placer en let oppustet ballon under hætten. På grund af det faktum, at det er lidt oppustet, kompenseres påvirkningerne af molekylerne inde i bolden og uden for den. Vi dækker bolden med en hætte, tænd for vakuumpumpen, åbn hanen. På trykmåleren vil vi se, at forskellen mellem luften inde og ude vokser. Hvad med en ballon? Det øges i størrelse. Tryk, det vil sige påvirkninger af molekyleruden for bolden, bliver mindre. Luftpartikler inde i bolden forbliver, kompensationen for stød udefra og indefra overtrædes. Kuglens volumen vokser på grund af, at luftmolekylernes trykkraft udefra delvist overtages af gummiens elastiske kraft.
Luk nu vandhanen, sluk for pumpen, åbn vandhanen igen, afmonter slangen for at få luft under hætten. Bolden vil begynde at krympe i størrelse. Når trykforskellen uden for og under hætten er nul, vil den have samme størrelse, som den var før forsøgets start. Denne erfaring viser, at du kan se trykket med dine egne øjne, hvis det er større på den ene side end på den anden side, altså hvis gassen fjernes fra den ene side og efterlades på den anden side.
Konklusionen er denne: tryk er en størrelse, der bestemmes af molekylernes påvirkninger, men påvirkningerne kan være flere og mindre talrige. Jo flere hits på karrets vægge, jo større er trykket. Derudover, jo større hastigheden af molekylerne, der rammer karrets vægge, jo større er trykket produceret af denne gas.
Afhængighed af tryk på volumen
Lad os sige, at vi har en vis masse af øjet, det vil sige et vist antal molekyler. I løbet af de eksperimenter, som vi vil overveje, ændres denne mængde ikke. Gassen er i en cylinder med et stempel. Stemplet kan bevæges op og ned. Den øverste del af cylinderen er åben, vi vil sætte en elastisk gummifilm på den. Gaspartiklerne rammer beholderens vægge og filmen. Når lufttrykket inde og udvendigt er det samme, er filmen flad.
Hvis du flytter stemplet op,antallet af molekyler vil forblive det samme, men afstanden mellem dem vil falde. De vil bevæge sig med samme hastighed, deres masse vil ikke ændre sig. Antallet af hits vil dog stige, fordi molekylet skal rejse en kortere afstand for at nå væggen. Som et resultat bør trykket stige, og filmen skal bøje udad. Derfor stiger trykket af en gas ved et fald i volumen, men dette er forudsat at gassens masse og temperaturen forbliver uændret.
Hvis du flytter stemplet ned, vil afstanden mellem molekylerne øges, hvilket betyder, at den tid, det vil tage dem at nå cylinderens vægge og filmen, også vil stige. Hits bliver sjældnere. Gassen udenfor har et højere tryk end den inde i cylinderen. Derfor vil filmen bøje sig indad. Konklusion: tryk er en størrelse, der afhænger af volumen.
Trykafhængighed af temperatur
Antag, at vi har en beholder med en gas ved lav temperatur og en beholder med den samme gas i samme mængde ved en høj temperatur. Ved enhver temperatur skyldes trykket af en gas påvirkningen af molekyler. Antallet af gasmolekyler i begge kar er det samme. Volumen er den samme, så afstanden mellem molekylerne forbliver den samme.
Når temperaturen stiger, begynder partiklerne at bevæge sig hurtigere. Følgelig øges antallet og styrken af deres påvirkninger på fartøjets vægge.
Det følgende eksperiment hjælper med at verificere rigtigheden af udsagnet om, at når temperaturen af en gas stiger, stiger dens tryk.
Takeflaske, hvis hals lukkes med en ballon. Læg det i en beholder med varmt vand. Vi vil se, at ballonen er oppustet. Hvis du ændrer vandet i beholderen til koldt og placerer en flaske der, vil ballonen tømmes for luft og endda blive trukket ind.
