No paša "atmosfēras spiediena" jēdziena izriet, ka gaisam ir jābūt svaram, pretējā gadījumā tas nevarētu izdarīt spiedienu uz neko. Bet mēs to nepamanām, mums šķiet, ka gaiss ir bezsvara stāvoklī. Pirms runāt par atmosfēras spiedienu, jāpierāda, ka gaisam ir svars, tas kaut kā jānosver. Kā to izdarīt? Rakstā detalizēti aplūkosim gaisa svaru un atmosfēras spiedienu, pētot tos ar eksperimentu palīdzību.
Pieredze
Mēs svērsim gaisu stikla traukā. Tas nonāk traukā caur gumijas cauruli kaklā. Vārsts aizver šļūteni tā, lai tajā neiekļūtu gaiss. Mēs noņemam gaisu no trauka, izmantojot vakuumsūkni. Interesanti, ka sūknēšanas gaitā mainās sūkņa skaņa. Jo mazāk gaisa paliek kolbā, jo klusāk darbojas sūknis. Jo ilgāk izsūknējam gaisu, jo zemāks kļūst spiediens traukā.
Kad tiek noņemts viss gaiss,aizveriet jaucējkrānu, saspiediet šļūteni, lai bloķētu gaisa padevi. Nosver kolbu bez gaisa, tad atver krānu. Gaiss ieplūdīs ar raksturīgu svilpi, un tā svars tiks pievienots kolbas svaram.
Vispirms novietojiet uz svariem tukšu trauku ar aizvērtu krānu. Tvertnē iekšā ir vakuums, nosveram. Atveram krānu, gaiss ies iekšā, un vēlreiz nosveram kolbas saturu. Atšķirība starp piepildītās un tukšās kolbas svaru būs gaisa masa. Tas ir vienkārši.
Gaisa svars un atmosfēras spiediens
Tagad pāriesim pie nākamās problēmas risināšanas. Lai aprēķinātu gaisa blīvumu, tā masa jāsadala ar tilpumu. Kolbas tilpums ir zināms, jo tas ir atzīmēts uz kolbas sāniem. ρ=mgaiss /V. Man jāsaka, ka, lai iegūtu tā saukto augstu vakuumu, tas ir, pilnīgu gaisa trūkumu traukā, jums ir nepieciešams daudz laika. Ja kolba ir 1,2 l, tā ir aptuveni pusstunda.
Mēs noskaidrojām, ka gaisam ir masa. Zeme to velk, un tāpēc uz to iedarbojas gravitācijas spēks. Gaiss spiež uz leju uz zemes ar spēku, kas vienāds ar gaisa svaru. Tāpēc atmosfēras spiediens pastāv. Tas izpaužas dažādos eksperimentos. Izdarīsim vienu no šiem.
Šļirces eksperiments
Paņemiet tukšu šļirci, kurai pievienota elastīga caurule. Nolaidiet šļirces virzuli un iegremdējiet šļūteni ūdens traukā. Pavelciet virzuli uz augšu, un ūdens sāks celties pa cauruli, piepildot šļirci. Kāpēc ūdens, ko gravitācija velk lejup, joprojām paceļas aiz virzuļa?
Asinsvadā tas tiek ietekmēts no augšas uz lejuAtmosfēras spiediens. Apzīmēsim to ar Patm. Saskaņā ar Paskāla likumu atmosfēras spiediens uz šķidruma virsmu tiek pārnests nemainīgs. Tas izplatās visos punktos, kas nozīmē, ka caurules iekšpusē ir arī atmosfēras spiediens, un šļircē virs ūdens slāņa ir vakuums (bezgaisa telpa), t.i. P \u003d 0. Tātad sanāk, ka atmosfēras spiediens spiež ūdeni no apakšas, bet virs virzuļa nav spiediena, jo tur ir tukšums. Spiediena starpības dēļ šļircē iekļūst ūdens.
Eksperimentējiet ar dzīvsudrabu
Gaisa svars un barometriskais spiediens - cik tie ir lieli? Varbūt tas ir kaut kas tāds, ko var atstāt novārtā? Galu galā viena kubikmetra dzelzs masa ir 7600 kg, bet viena kubikmetra gaisa - tikai 1,3 kg. Lai saprastu, modificēsim tikko veikto eksperimentu. Šļirces vietā ņemiet pudeli, kas noslēgta ar korķi un caurulīti. Pievienojiet cauruli sūknim un sāciet sūknēt gaisu.
Atšķirībā no iepriekšējās pieredzes, vakuumu veidojam nevis zem virzuļa, bet visā pudeles tilpumā. Izslēdziet sūkni un vienlaikus nolaidiet pudeles cauruli ūdens traukā. Mēs redzēsim, kā ūdens piepildīja pudeli caur cauruli tikai dažās sekundēs ar raksturīgu skaņu. Lielais ātrums, ar kādu viņa "iesprāga" pudelē, liecina, ka atmosfēras spiediens ir diezgan liela vērtība. Pieredze to pierāda.
Pirmo reizi izmērīja atmosfēras spiedienu, itāļu zinātnieka Toričelli gaisa svaru. Viņam bija tāda pieredze. Es paņēmu stikla cauruli, kas bija nedaudz garāka par 1 m, vienā galā aizzīmogota. Piepildīja to ar dzīvsudrabu līdz malām. PēcTad viņš paņēma trauku ar dzīvsudrabu, ar pirkstu satvēra tā atvērto galu, apgrieza cauruli un iegremdēja to traukā. Ja nebūtu atmosfēras spiediena, tad viss dzīvsudrabs būtu izlijis, bet tas nenotika. Daļēji izlija, dzīvsudraba līmenis nostājās 760 mm augstumā.
Tas notika tāpēc, ka atmosfēra nospieda dzīvsudrabu traukā. Šī iemesla dēļ mūsu iepriekšējos eksperimentos mēģenē tika ievadīts ūdens, tāpēc ūdens sekoja šļircei. Bet šajos divos eksperimentos mēs paņēmām ūdeni, kura blīvums ir zems. Dzīvsudrabam ir augsts blīvums, tāpēc atmosfēras spiediens spēja pacelt dzīvsudrabu, bet ne līdz pašai augšai, bet tikai par 760 mm.
Saskaņā ar Paskāla likumu uz dzīvsudrabu izdarītais spiediens tiek pārnests uz visiem tā punktiem nemainīgs. Tas nozīmē, ka caurules iekšpusē ir arī atmosfēras spiediens. Bet, no otras puses, šo spiedienu līdzsvaro šķidruma kolonnas spiediens. Apzīmēsim dzīvsudraba kolonnas augstumu kā h. Var teikt, ka atmosfēras spiediens darbojas no apakšas uz augšu, un hidrostatiskais spiediens darbojas no augšas uz leju. Atlikušie 240 mm ir tukši. Starp citu, šo vakuumu sauc arī par Torricelli tukšumu.
Formula un aprēķini
Atmosfēras spiediens Patm ir vienāds ar hidrostatisko spiedienu un tiek aprēķināts pēc formulas ρptgh. ρrt=13600 kg/m3. g=9,8 N/kg. h=0,76 m. Patm=101,3 kPa. Tā ir diezgan liela summa. Papīra loksne, kas atrodas uz galda, rada spiedienu 1 Pa, un atmosfēras spiediens ir 100 000 paskalu. Izrādās, ka jāliek100 000 papīra loksnes vienu virs otras, lai radītu šādu spiedienu. Interesanti, vai ne? Atmosfēras spiediens un gaisa svars ir ļoti augsts, tāpēc eksperimenta laikā pudelē tika iespiests ūdens ar tādu spēku.
