Atmosfēras spiediens ir spēks, ar kādu gaiss nospiež Zemi, cilvēku un visu, kas viņu ieskauj. Rakstā tiks pastāstīts, kā XVII gs. ar eksperimenta palīdzību pirmo reizi tika parādīts gaisa spiediena spēks. Tas ir ļoti interesanti! Mēs uzzināsim, kā tiek norādīts atmosfēras spiediens un kā tas tiek mērīts.
Pieredze Otto fon Gērike
Cik liels ir atmosfēras spiediens, pasaule uzzināja 1654. gadā. Tas notika, pateicoties Magdeburgas (Vācija) pilsētas burmasteram Otto fon Gērikam. Viņš demonstrēja pieredzi ar tā sauktajām Magdeburgas puslodēm. Tad par to, kā tiek uzrādīts gaisa spiediens, nerunāja, jo vēl nezināja, kā to izmērīt. Kā izskatās puslodes, var redzēt fotoattēlā no Magdeburgas muzeja.
Tās ir divas bronzas puslodes, viena no tām ir cieta, bet otrā ir ar caurumu. Starp puslodēm hermētiskuma nodrošināšanai ievietoja eļļotas ādas blīvi un savienoja. Gaiss tika izsūknēts caur caurumu no puslodēm. Interesanti, ka pats Geriks četrus gadus agrāk, 1650. gadāizgudroja vakuuma sūkni. Viņš arī ir attēlots. Kad gaiss tika izsūknēts, puslodes tika izspiestas ar atmosfēras spiedienu. Lai tos atvienotu vienu no otra, viņi izmantoja zirgu vilces spēku.
Eksperimentējiet ar Magdeburgas puslodēm
Pirms uzzināsim, kā tiek norādīts atmosfēras spiediens, veiksim eksperimentu. Tam izmantosim Magdeburgas pusložu modeli. Pievienojiet vakuuma sūkni puslodes caurumam ar gumijas šļūteni. Ieslēdziet to, atveriet krānu vienā no puslodēm. Spiediens telpā starp tiem samazināsies. Līdz ar to spēks, kas iedarbojas uz puslodēm no iekšpuses, samazinās, un spēks, kas iedarbojas no ārpuses, palielinās.
Gaisa izsūknēšanas laikā nav iespējams atdalīt puslodes, jo tās cieši pieguļ viena otrai. Izslēdziet sūkni, atvienojiet gumijas šļūteni. Gaiss sāks iekļūt telpā starp puslodēm. Tad tie viegli atdalīsies.
Kāds burts apzīmē gaisa spiedienu
Mēģināsim aprēķināt spēku, kas saspieda puslodes. Kad mēs izsūknējam gaisu, uz puslodēm iedarbojas tikai atmosfēras spiediena spēks. Tas saspiež puslodes un tiek virzīts no dobu sfēru iekšējām sienām uz telpas centru starp tām. Pusložu diametrs (d) Gērikā bija 35,5 cm.
Pamatojoties uz to, ka mēs nevarējām atdalīt puslodes, kļūst skaidrs, ka spiediena spēks ir ļoti liels. Pat astoņi zirgi katrā pusē nevarēja salauzt šīs puslodes. Šeit ir gravējums, kas ilustrē Otto fon Gērikas pieredzi.
Kāds burts apzīmē spiedienu? Burts P. Normāls atmosfēras spiediens (Patm) ir 100 kilopaskāli (kPa). Šāds spēks iedarbojas uz katru puslodes daļu. Spiediena spēks F ir vienāds ar atmosfēras spiediena un pusložu šķērsgriezuma laukuma S reizinājumu.
S=πd2/4. F=100103 Pa3, 14(0,355 m)2/4≈10 kN (kiloņūtoni). Tas ir vienu tonnu smagas kravas svars, tāpēc zirgi nespēja salauzt šīs puslodes.
Barometrs
Kā tiek norādīts atmosfēras spiediens, mēs zinām, bet kā to mēra? Barometram, ko 17. gadsimta pirmajā pusē izgudroja itālis Toričelli, bija trūkumi. To varēja viegli salauzt, tas bija piepildīts ar indīgu dzīvsudrabu, un jūs patiešām gribējāt to aizvest uz dažādām vietām, lai prognozētu laikapstākļus.
Bija jāizdomā ierīce bez stikla caurules, tas ir, bez šķidruma. Šāds barometrs tika izgudrots tikai divsimt gadus vēlāk, un to sauca par aneroidu. Šis vārds krievu valodā nozīmē bez šķidruma. Apsveriet, kas ir aneroidālais barometrs.
Šī ir maza ierīce. Atšķirībā no Torricelli dzīvsudraba caurules, kuras augstums ir viens metrs, to var viegli nēsāt līdzi, lai kur jūs dotos. Kas tajā ir iekšā? Paskatīsimies uz sprādzienbīstamu barometru.
Kā tiek norādīts spiediens tajā? Ierīcei ir pulksteņa ciparnīcai līdzīga skala. Spiediens kilopaskālos ir norādīts ar bultiņu. Aiz ciparnīcas redzam trīs saplacinātas kastes. No tiem tiek izsūknēts gaiss, un iekšpusē ir atspere. Ja tā nebūtu, atmosfēra būtusasmalcinātas kastes. Tālāk no atsperes svira attālinās, tā pārraida kastu kustības. Kāpēc viņi pārvietojas? Kastes var mainīt to biezumu. Kad atmosfēras spiediens ir lielāks, gaiss saspiež kastes, to biezums samazinās. Kad spiediens ir mazāks, atspere iztaisnojas un kastes kļūst biezākas. Izmantojot sviru mehānismu, kustība tiek pārraidīta uz bultiņu.
Bezšķidruma barometra ierīce
Mēs uzzinājām, kā spiedienu uzrāda bezšķidruma barometrā, un tagad uzzīmēsim tā diagrammu.
Trīs kastes nodrošina ierīcei lielāku precizitāti, bet principā pietiek ar vienu. Tas ir īpaši izgatavots gofrēts, lai varētu mainīt tā biezumu. Atcerieties gofrētās un līdz ar to arī elastīgās putekļsūcēja šļūtenes. Kastes apakšdaļa ir piestiprināta pie pamatnes. Tai augšpusē ir piestiprināta atspere, kas mēģina iztaisnot kastīti tāpat kā alumīnija lineāls, ja tas ir saliekts, mēģina iztaisnot. Atmosfēras spiediens, gluži pretēji, mēģina saspiest kastīti.
Palielinoties spiedienam, kastes biezums samazinās, kas nozīmē, ka svira griež asi. Ja pievienosit bultiņu asij, tā griezīsies pa labi, kad biezums samazināsies, un pa kreisi, kad biezums palielinās.
