Atmosférický tlak a hmotnosť vzduchu. Vzorec, výpočty, experimenty

Od samotného konceptu "atmosférický tlak" , z toho vyplýva, že vzduch musí mať váhu, inak by nemohol na nič vyvíjať tlak. Ale nevšimneme si to, zdá sa nám, že vzduch je bez tiaže. Pred prihlásiť sa o atmosférickom tlaku musíme dokázať, že vzduch má váhu, musíme ho nejako vážiť. Ako na to? Hmotnosť vzduchu a atmosférický tlak budú podrobne diskutované v článku, študovať ich pomocou experimentov.

Skúsenosť

Zvážime vzduch obsiahnutý v sklenenej nádobe. Vstupuje do nádoby cez gumovú hadičku v krku. Kohútik uzatvára hadicu tak, aby do nej nevnikol vzduch. Vzduch z nádoby odstránime pomocou vákuovej pumpy. Je zaujímavé, že pri odčerpávaní čerpadla sa zvuk čerpadla mení. Čím menší je objem vzduchu zostávajúci v banke, tým tichšie funguje čerpadlo. Čím dlhšie odčerpávame vzduch, tým nižší je tlak v nádobe.

Keď je všetok vzduch odstránený, zatvoríme kohútik, stlačíme hadicu, aby sme zablokovali prístup vzduchu. Zvážime banku bez vzduchu a potom otvoríme kohútik. Vzduch príde dovnútra s charakteristickou píšťalkou a jeho hmotnosť sa pripočíta k hmotnosti žiarovky.

Najprv umiestnime prázdnu nádobu so zatvoreným kohútikom na váhy. Vo vnútri nádoby je vákuum, zvážime ho. Otvorte kohútik, vzduch pôjde dovnútra a znova odvážte obsah banky. Rozdiel v hmotnosti naplnenej a prázdnej banky bude hmotnosť vzduchu. Je to jednoduché.

Hmotnosť vzduchu a atmosférický tlak

Teraz prejdime k riešeniu nasledujúceho problému. Na výpočet hustoty vzduchu je potrebné vydeliť jeho hmotnosť objemom. Objem banky je známy, pretože je uvedený na jej stene. p=m_vozd / V. Musím povedať, že získanie takzvaného vysokého vákua, to znamená úplnej absencie vzduchu v nádobe, trvá veľa času. Ak je banka 1,2 litra, je to asi pol hodiny.

Zistili sme, že vzduch má hmotnosť. Zem ho priťahuje, a preto na neho pôsobí gravitácia. Vzduch tlačí na zem silou rovnajúcou sa hmotnosti vzduchu. Atmosférický tlak preto existuje. Prejavuje sa v rôznych experimentoch. Poďme držať jeden z týchto.

Experimentujte so striekačkami

Zoberme si prázdnu injekčnú striekačku, ku ktorej je pripevnená flexibilná trubica. Spustíme piest injekčnej striekačky a ponoríme hadicu do nádoby s vodou. Vytiahnite piest nahor a voda začne stúpať cez hadičku a naplní injekčnú striekačku. Prečo voda, ktorá je stiahnutá gravitáciou, stále stúpa za piestom?

Atmosférický tlak na ňu pôsobí zhora nadol v nádobe. Poďme to označiť P_Bankomat. Podľa Pascalovho zákona sa tlak, ktorý atmosféra vytvára na povrchu kvapaliny, prenáša nezmenený. Šíri sa do všetkých bodov, čo znamená, že atmosférický tlak je tiež vo vnútri trubice a v injekčnej striekačke nad vodnou vrstvou je vákuum( bezvzduchový priestor), takže. e. P = 0. Ukazuje sa teda, že atmosférický tlak tlačí na vodu zdola a nad piestom nie je žiadny tlak, pretože tam je prázdnota. V dôsledku tlakového rozdielu vstupuje voda do injekčnej striekačky.

Skúsenosti s ortuťou

Hmotnosť vzduchu a atmosférický tlak-aké veľké sú? Možno je to niečo, to môže byť zanedbávaný? Koniec koncov, jeden kubický meter železa má hmotnosť 7 600 kg a jeden kubický meter vzduchu je len 1,3 kg. Aby sme na to prišli, upravme experiment, ktorý sme práve vykonali. namiesto injekčnej striekačky vezmeme fľašu uzavretú zátkou z trubice. Pripojte hadičku k čerpadlu a začnite odčerpávať vzduch.

Na rozdiel od predchádzajúcich skúseností vytvárame vákuum nie pod piestom, ale v celom objeme fľaše. Vypnite čerpadlo a súčasne spustite trubicu fľaše do nádoby s vodou. Uvidíme, ako voda naplnila fľašu cez tubu za pár sekúnd s charakteristickým zvukom. Vysoká rýchlosť, s akou "praskla" do fľaše, naznačuje, že atmosférický tlak je pomerne veľké množstvo. Skúsenosti to dokazujú.

Taliansky vedec Torricelli prvýkrát meral atmosférický tlak a hmotnosť vzduchu. Mal takú skúsenosť. Vzal som sklenenú trubicu o niečo viac ako 1 m dlhú, zapečatenú na jednom konci. Naplnil ho ortuťou až po okraj. Potom vzal nádobu s ortuťou, prstom zovrel jej otvorený koniec, otočil trubicu a ponoril ju do nádoby. Keby nebol atmosférický tlak, potom by sa ortuť vyliala, ale nestalo sa tak. Čiastočne sa vylial, hladina ortuti bola nastavená vo výške 760 mm.

Stalo sa tak preto, lebo atmosféra tlačila na ortuť v nádobe. Z tohto dôvodu sa v našich predchádzajúcich experimentoch vháňala voda do skúmavky, a preto voda nasledovala po injekčnej striekačke. Ale v týchto dvoch experimentoch sme vzali vodu, ktorej hustota je malá. Ortuť má vysokú hustotu, takže atmosférický tlak dokázal ortuť zvýšiť, ale nie na samý vrchol, ale iba o 760 mm.

Podľa Pascalovho zákona sa tlak vyvíjaný na ortuť prenáša na všetky jeho body nezmenený. To znamená, že atmosférický tlak je tiež vo vnútri trubice. Ale na druhej strane je tento tlak vyvážený tlakom kvapalinovej kolóny. Označte výšku ortuťového stĺpca h. Môžeme povedať, že atmosférický tlak pôsobí na ortuť zdola nahor a hydrostatický tlak pôsobí zhora nadol. V zostávajúcich nenaplnených 240 mm je vákuum. Mimochodom, toto vákuum sa tiež nazýva Torricelli void.

Vzorec a výpočty

Atmosférický tlak P_{atm je} rovná sa hydrostatickému a vypočíta sa podľa vzorca_pt* g * h . _pt= 13600 kg/^m3. g = 9,8 N / kg. h = 0,76 m. P_Bankomat=101,3 kPa. To je dosť veľké množstvo. List papiera ležiaci na stole vytvára tlak 1 Pa a atmosférický tlak je 100 tisíc. pascals. Otočí sa, von, že budete musieť dať jeden na druhom 100 tisíc. listy papiera tak, aby vytvárali taký tlak. Zvedavé, nie? Atmosférický tlak a hmotnosť vzduchu sú veľmi veľké, preto sa počas experimentu do fľaše tlačila voda takou silou.