Atmosférický tlak a hmotnost vzduchu. Vzorec, výpočty, experimenty

Ze samotného konceptu "atmosférický tlak" z toho vyplývá, že vzduch musí mít váhu, jinak by na nic netlačil. Ale my si toho nevšimneme, zdá se nám, že vzduch je beztížný. Před jak mluvit o atmosférickém tlaku musíte prokázat, že vzduch má váhu, musíte ho nějak zvážit. Jak to udělat? Hmotnost vzduchu a atmosférický tlak se podrobně podíváme v článku a studujeme je pomocí experimentů.

Zkušenost

Budeme vážit vzduch umístěný ve skleněné nádobě. Vstupuje do nádoby gumovou trubicí v krku. Kohoutek uzavírá hadici tak, aby do ní nevnikl žádný vzduch. Odstraňte vzduch z nádoby pomocí vakuové pumpy. Zajímavé je, jak se pumpuje, zvuk čerpadla se mění. Čím menší objem vzduchu zůstává v baňce, tím tišší čerpadlo běží. Čím déle čerpáme vzduch, tím nižší je tlak v nádobě.

Když je veškerý vzduch odstraněn, zavřete kohoutek, stiskněte hadici, abyste zablokovali přístup vzduchu. Vážíme baňku bez vzduchu, pak otevřeme kohoutek. Vzduch vstoupí dovnitř s charakteristickým píšťalkou a jeho hmotnost se přidá k hmotnosti baňky.

Nejprve položte prázdnou nádobu se zavřeným kohoutkem na váhu. Uvnitř nádoby je vakuum, vážíme ji. Otevřeme kohoutek, vzduch vstoupí dovnitř a znovu zvážíme obsah baňky. Hmotnostní rozdíl naplněné a prázdné baňky bude hmotnost vzduchu. Všechno je jednoduché.

Hmotnost vzduchu a atmosférický tlak

Nyní přejdeme k řešení následujícího problému. Chcete-li vypočítat hustotu vzduchu, musíte jeho hmotnost vydělit objemem. Objem baňky je znám, protože je uveden na její stěně. ρ=m_vzd /V. Je třeba říci, že získání takzvaného vysokého vakua, tj. Pokud je baňka 1,2 l, je to asi půl hodiny.

Zjistili jsme, že vzduch má hmotu. Země ho přitahuje, a proto na něj působí gravitace. Vzduch tlačí na zem silou rovnající se hmotnosti vzduchu. Atmosférický tlak tedy existuje. Projevuje se v různých experimentech. Provedeme jeden z těchto.

Experiment se stříkačkami

Vezměte prázdnou injekční stříkačku, ke které je připojena ohebná trubice. Spusťte píst stříkačky a ponořte hadici do nádoby s vodou. Vytáhněte píst nahoru a voda začne stoupat po trubici a plnit stříkačku. Proč voda, kterou gravitace táhne dolů, stále stoupá za pístem nahoru?

V nádobě působí atmosférický tlak shora dolů. Označte jej P_ATM. Podle Pascalova zákona se tlak, který atmosféra produkuje na povrchu kapaliny, přenáší beze změny. Šíří se do všech bodů, to znamená, že uvnitř trubice je také atmosférický tlak a ve stříkačce nad vrstvou vody je vakuum (bezvzduchový prostor), t. e. P=0. Ukazuje se tedy, že atmosférický tlak tlačí na vodu zespodu, ale nad pístem není žádný tlak, protože tam je prázdnota. Kvůli tlakovému rozdílu voda vstupuje do stříkačky.

Zkušenosti s rtutí

Hmotnost vzduchu a atmosférický tlak — jak velké jsou? Možná je to něco, co můžete zanedbat? Koneckonců, jeden metr krychlový železa má hmotnost 7600 kg a jeden metr krychlový vzduchu-pouze 1,3 kg. Abychom to vyřešili, změníme experiment, který jsme právě provedli. Místo injekční stříkačky vezměte láhev uzavřenou trubkovou zátkou. Připojte trubku k čerpadlu a začněte pumpovat vzduch.

Na rozdíl od předchozích zkušeností nevytváříme vakuum pod pístem, ale v celém objemu láhve. Vypněte čerpadlo a současně spusťte trubici láhve do nádoby s vodou. Uvidíme, jak voda doslova během několika sekund s charakteristickým zvukem naplnila láhev trubicí. Vysoká rychlost, kterou "vtrhla" do láhve, naznačuje, že atmosférický tlak je poměrně velká hodnota. Zkušenost to dokazuje.

Poprvé měřil atmosférický tlak, hmotnost vzduchu italský vědec Torricelli. Měl takovou zkušenost. Vzal jsem skleněnou trubici o délce něco více než 1 M, která byla na jednom konci utěsněna. Naplnil ji rtutí až po okraj. Poté vzal nádobu se rtutí, prstem sevřel otevřený konec, otočil trubici a ponořil ji do nádoby. Pokud by nebyl atmosférický tlak, pak by rtuť vytékala, ale to se nestalo. Vylila se částečně, hladina rtuti byla stanovena na 760 mm.

Stalo se to, protože atmosféra tlačila na rtuť v nádrži. Z tohoto důvodu byla voda v našich předchozích experimentech vedena do zkumavky, a proto za injekční stříkačkou šla voda. Ale v těchto dvou experimentech jsme vzali vodu, jejíž hustota je malá. Rtuť má velkou hustotu, takže atmosférický tlak byl schopen zvednout rtuť, ale ne až na vrchol, ale pouze na 760 mm.

Podle Pascalova zákona se tlak produkovaný na rtuť přenáší do všech svých bodů beze změny. Takže uvnitř trubice je také atmosférický tlak. Ale na druhé straně je tento tlak vyvážen tlakem sloupce kapaliny. Označte výšku rtuťového sloupce h. Můžeme říci, že na rtuť působí atmosférický tlak zdola nahoru a hydrostatický tlak působí shora dolů. Ve zbývajících nevyplněných 240 mm je vakuum. Mimochodem, toto vakuum se také nazývá torricelliova prázdnota.

Vzorec a výpočty

Atmosférický tlak P_ATM rovná se hydrostatickému a vypočítá se podle vzorce ρ_RT*g*h . ρ_RT=13600 kg/m³. g=9,8 N / kg. h=0,76 m. P_ATM=101,3 kPa. To je docela velká velikost. List papíru ležící na stole vytváří tlak 1 pa a atmosférický tlak 100 tisíc. Pascale. Vychází, co dát jeden na druhého 100 tisíc. listy papíru tak, aby vytvářely takový tlak. Zvědavý, jestli? Atmosférický tlak a hmotnost vzduchu jsou velmi velké, takže s takovou silou tlačili vodu do láhve během experimentu.