Pritisak je... Pritisak u gasovima i njegova zavisnost od različitih faktora

Pritisak je fizička veličina koja se izračunava na sljedeći način: podijelite silu pritiska sa površinom na kojoj ta sila djeluje. Sila pritiska je određena težinom. Svaki fizički objekt vrši pritisak jer ima barem određenu težinu. Članak će detaljno razgovarati o pritisku u gasovima. Primjeri će ilustrirati o čemu ovisi i kako se mijenja.

Razlika između mehanizama pritiska čvrstih, tečnih i gasovitih supstanci

Koja je razlika između tečnosti, čvrstih materija i gasova jedna od druge? Prva dva imaju volumen. Čvrste materije zadržavaju svoj oblik. Plin smješten u plovilu zauzima cijeli njegov prostor. To je zbog činjenice da molekuli gasa praktično ne stupaju u interakciju jedni s drugima. Stoga se mehanizam pritiska gasa značajno razlikuje od mehanizma pritiska tečnosti i čvrstih materija.

Stavimo kettlebell na sto. Pod uticajem gravitacije, težina bi nastavila da se kreće niz sto, ali to se ne dešava. Zašto? Budući da se molekuli stola približavaju molekulima od kojih je kettlebell napravljen, udaljenost između njih se toliko smanjuje da nastaju odbojne sile između čestica kettlebella i stola. Kod gasova je situacija potpuno drugačija.

Atmosferski pritisak

Pre razmatranja pritiska gasovitih supstanci, uvodimo koncept bez kojeg su dalja objašnjenja nemoguća — atmosferski pritisak. Ovo je efekat koji vazduh (atmosfera) oko nas. has, vazduh nam se samo čini bestežinskim, u stvari ima težinu, a da bismo to dokazali, sprovešćemo eksperiment.

Izvagaćemo vazduh sadržan u staklenoj posudi. Tamo ulazi kroz gumenu cijev u vratu. Uklanjamo vazduh pomoću vakuumske pumpe. Izvagaćemo tikvicu bez vazduha, zatim otvoriti slavinu, a kada vazduh uđe, njegova težina će biti dodata težini tikvice.

Pritisak posude

Hajde da shvatimo kako gasovi deluju na zidove posuda. Molekuli gasa praktično ne stupaju u interakciju jedni s drugima, ali se ne razdvajaju jedni od drugih. Dakle, oni i dalje stižu do zidova plovila, a zatim se vraćaju. Kada molekul udari u zid, njegov uticaj deluje na sud sa određenom snagom. Ova moć je kratkog vijeka.

Još jedan primer. Bacite loptu u list kartona, lopta će odskočiti, a karton će malo odstupiti. Zamijenite loptu pijeskom. Udarci će biti sitni, nećemo ih ni čuti, ali će se njihova moć akumulirati. List će se stalno odbijati.

Uzmimo sada najmanje čestice, na primjer, čestice vazduha koje imamo u plućima. Duvajte na kartonu i odstupiće. Prisiljavamo molekule zraka da udare u karton, kao rezultat toga, sila djeluje na njega. Kakva je ovo moć? Ovo je sila pritiska.

Zaključujemo da je pritisak gasa uzrokovan uticajem molekula gasa na zidove posude. Mikroskopske sile koje djeluju na zidove se zbrajaju i dobijamo ono što se zove sila pritiska. Rezultat podjele sile po površini je pritisak.

Postavlja se pitanje: zašto, ako uzmete list kartona u ruku, on ne odstupa? Na kraju krajeva, to je u gasu, odnosno u vazduhu. Zato što uticaji molekula vazduha na jednoj i na drugoj strani lista balansiraju jedni druge. Kako provjeriti da li molekuli vazduha zaista udaraju u zid? To se može učiniti ako uklonite udarce molekula s jedne strane, na primjer, za ispumpavanje zraka.

Eksperiment

Postoji poseban uređaj-vakuumska pumpa. Ovo je stakleni poklopac na vakuumskoj ploči. Na njemu je gumena brtva tako da nema razmaka između poklopca i ploče, tako da se čvrsto spajaju. Manometar je priključen na vakuumsku jedinicu , merenje razlike u pritisku vazduha spolja i ispod haube. Kran vam omogućava da spojite crijevo koje ide na pumpu sa prostorom ispod haube.

Stavite malo naduvani balon ispod haube. Zbog činjenice da je malo naduvana, nadoknađuju se uticaji molekula unutar lopte i izvan nje. Pokrijte loptu poklopcem, uključite vakuumsku pumpu, otvorite slavinu. Na manometru ćemo vidjeti da razlika između zraka iznutra i izvana raste. A šta je sa balonom? Povećava se u veličini. Pritisak, odnosno uticaj molekula izvan lopte, postaje sve manji. Čestice zraka unutar lopte ostaju, kompenzacija udaraca izvana i iznutra je povrijeđena. Zapremina lopte raste zbog činjenice da je sila pritiska molekula vazduha spolja delimično preuzeta elastičnom silom gume.

Sada zatvorite slavinu, isključite pumpu, ponovo otvorite slavinu, odvojite crevo da pustite vazduh ispod haube. Lopta će početi da se smanjuje u veličini. Kada je razlika pritiska između spolja i ispod haube nula, ona će postati iste veličine kao i prije eksperimenta. Ovo iskustvo dokazuje da pritisak možete vidjeti vlastitim očima ako veći je s jedne strane nego s druge strane,. tj. ako se plin ukloni s jedne strane, a lijevo s druge strane.

Zaključak je da je pritisak veličina koja se određuje uticajima molekula, ali uticaji mogu biti brojniji i manje brojni. Što je više uticaja na zidove posude, to je veći pritisak. Osim toga, što je veća brzina molekula koji udaraju u zidove posude, to je veći pritisak koji proizvodi ovaj gas.

Zavisnost pritiska od zapremine

Recimo da imamo određenu masu oka, odnosno određeni broj molekula. U toku eksperimenata koje ćemo razmotriti, ovaj iznos se ne mijenja. Gas je u cilindru sa klipom. Klip se može pomerati gore-dole. Gornji deo cilindra je otvoren, na njega ćemo staviti elastičnu gumenu foliju. Čestice gasa udaraju u zidove posude i film. Kada je pritisak vazduha iznutra i spolja isti, film je ravan.

Ako pomaknete klip prema gore, broj molekula će ostati isti, ali će se rastojanje između njih smanjiti. Kretaće se istim brzinama, njihova masa se neće promeniti. Međutim, broj udara će biti veći, jer molekul treba da pređe kraću udaljenost da bi stigao do zida. Kao rezultat, pritisak bi se trebao povećati, a film bi se trebao savijati prema van. Shodno tome, sa smanjenjem zapremine, pritisak gasa raste, ali to je pod uslovom da masa gasa i temperatura ostanu nepromenjeni.

Ako klip pomaknete prema dolje, udaljenost između molekula će se povećati, što znači da će se povećati i vrijeme potrebno da dođu do zidova cilindra i filma. Štrajkovi će postati rjeđi. Plin koji je vani ima veći pritisak od onog unutar cilindra. Prema tome, film će se saviti prema unutra. Zaključak: pritisak je veličina koja zavisi od zapremine.

Zavisnost pritiska od temperature

Pretpostavimo da imamo posudu sa gasom na niskoj temperaturi i da postoji posuda sa istim gasom u istoj količini na visokoj temperaturi. Na bilo kojoj temperaturi, pritisak gasa je uzrokovan uticajem molekula. Broj molekula gasa u obe posude je isti. Zapremina je ista, tako da udaljenost između molekula ostaje ista.

Kako temperatura raste, čestice počinju da se kreću brže. Shodno tome, povećava se broj i jačina njihovih uticaja na zidove plovila.

Sljedeće iskustvo pomaže da se potvrdi ispravnost izjave da kako temperatura gasa raste, njegov pritisak raste.

Uzmimo flašu čiji je vrat zatvoren balonom. Stavite ga u posudu sa topla voda. Videćemo da je balon naduvan. Ako promijenite vodu u posudi na hladnu i stavite flašu tamo, lopta će se ispuhati, pa čak i uvući unutra.