Aus dem eigentlichen Konzept des "atmosphärischen Drucks" folgt, dass Luft ein Gewicht haben muss, sonst könnte sie nichts unter Druck setzen. Aber wir bemerken das nicht, es scheint uns, dass die Luft schwerelos ist. Bevor Sie über atmosphärischen Druck sprechen, müssen Sie beweisen, dass Luft Gewicht hat, Sie müssen es irgendwie wiegen. Wie kann man es machen? Wir werden das Luftgewicht und den atmosphärischen Druck im Artikel ausführlich betrachten und sie mit Hilfe von Experimenten untersuchen.
Erfahrung
Wir werden die Luft in einem Glasgefäß wiegen. Es tritt durch einen Gummischlauch im Hals in den Behälter ein. Das Ventil verschließt den Schlauch, sodass keine Luft eindringt. Mit einer Vakuumpumpe entfernen wir die Luft aus dem Gefäß. Interessanterweise ändert sich mit fortschreitendem Pumpen das Geräusch der Pumpe. Je weniger Luft im Kolben verbleibt, desto leiser läuft die Pumpe. Je länger wir die Luft abpumpen, desto geringer wird der Druck im Gefäß.
Wenn die gesamte Luft entfernt ist,Schließen Sie den Wasserhahn, drücken Sie den Schlauch zusammen, um die Luftzufuhr zu blockieren. Wiege den Kolben ohne Luft und öffne dann den Hahn. Die Luft tritt mit einem charakteristischen Pfeifen ein und ihr Gewicht wird zum Gewicht der Flasche addiert.
Stellen Sie zuerst ein leeres Gefäß mit geschlossenem Hahn auf die Waage. Im Behälter ist ein Vakuum, wiegen wir es. Lassen Sie uns den Hahn öffnen, die Luft wird hineinströmen und den Inh alt der Flasche erneut wiegen. Die Differenz zwischen dem Gewicht des gefüllten und leeren Kolbens ist die Luftmasse. Ganz einfach.
Luftgewicht und atmosphärischer Druck
Lassen Sie uns nun zur Lösung des nächsten Problems übergehen. Um die Dichte der Luft zu berechnen, musst du ihre Masse durch das Volumen dividieren. Das Volumen des Kolbens ist bekannt, da es auf der Seite des Kolbens markiert ist. ρ=mair /V. Ich muss sagen, dass Sie viel Zeit brauchen, um das sogenannte Hochvakuum zu erreichen, dh die vollständige Abwesenheit von Luft im Gefäß. Wenn der Kolben 1,2 l ist, dauert es etwa eine halbe Stunde.
Wir haben herausgefunden, dass Luft Masse hat. Die Erde zieht es, und daher wirkt die Schwerkraft auf es. Die Luft drückt mit einer Kraft, die dem Gewicht der Luft entspricht, auf den Boden. Atmosphärendruck existiert also. Es manifestiert sich in verschiedenen Experimenten. Lass uns eine davon machen.
Spritzenexperiment
Nehmen Sie eine leere Spritze, an der ein flexibler Schlauch befestigt ist. Senken Sie den Kolben der Spritze und tauchen Sie den Schlauch in einen Behälter mit Wasser. Ziehen Sie den Kolben nach oben, und das Wasser beginnt durch das Röhrchen zu steigen und die Spritze zu füllen. Warum steigt Wasser, das durch die Schwerkraft nach unten gezogen wird, immer noch hinter dem Kolben auf?
Im Gefäß ist es von oben nach unten betroffenAtmosphärendruck. Nennen wir es Patm. Nach dem Pascalschen Gesetz wird der von der Atmosphäre auf die Oberfläche einer Flüssigkeit ausgeübte Druck unverändert übertragen. Es breitet sich an allen Punkten aus, was bedeutet, dass auch im Inneren des Rohrs Atmosphärendruck herrscht und in der Spritze über der Wasserschicht ein Vakuum (luftleerer Raum) herrscht, dh P=0. Es stellt sich also heraus, dass der atmosphärische Druck von unten auf das Wasser drückt, aber über dem Kolben kein Druck ist, weil dort Leere ist. Durch den Druckunterschied tritt Wasser in die Spritze ein.
Experiment mit Quecksilber
Luftgewicht und Luftdruck - wie groß sind sie? Vielleicht ist es etwas, was man vernachlässigen kann? Immerhin hat ein Kubikmeter Eisen eine Masse von 7600 kg und ein Kubikmeter Luft nur 1,3 kg. Um das zu verstehen, modifizieren wir das Experiment, das wir gerade durchgeführt haben. Nehmen Sie anstelle einer Spritze eine mit einem Korken verschlossene Flasche mit einem Röhrchen. Verbinden Sie den Schlauch mit der Pumpe und fangen Sie an, Luft zu pumpen.
Im Gegensatz zu den vorherigen Erfahrungen erzeugen wir ein Vakuum nicht unter dem Kolben, sondern im gesamten Volumen der Flasche. Sch alten Sie die Pumpe aus und senken Sie gleichzeitig den Schlauch der Flasche in einen Behälter mit Wasser. Wir werden sehen, wie das Wasser die Flasche in nur wenigen Sekunden mit einem charakteristischen Geräusch durch das Rohr füllt. Die hohe Geschwindigkeit, mit der sie in die Flasche "platzt", deutet darauf hin, dass der atmosphärische Druck ein ziemlich großer Wert ist. Die Erfahrung beweist es.
Zum ersten Mal gemessen den atmosphärischen Druck, das Gewicht der Luft italienischen Wissenschaftler Torricelli. Er hatte eine solche Erfahrung. Ich nahm ein etwas mehr als 1 m langes Glasrohr, das an einem Ende verschlossen war. Bis zum Rand mit Quecksilber gefüllt. GemäßDann nahm er ein Gefäß mit Quecksilber, drückte mit dem Finger auf das offene Ende, drehte das Röhrchen um und tauchte es in einen Behälter. Wenn es keinen atmosphärischen Druck gegeben hätte, wäre das gesamte Quecksilber ausgegossen worden, aber das ist nicht passiert. Es schüttete teilweise aus, der Quecksilberspiegel pendelte sich auf einer Höhe von 760 mm ein.
Es geschah, weil die Atmosphäre auf das Quecksilber im Behälter drückte. Aus diesem Grund wurde in unseren bisherigen Experimenten Wasser in die Röhre getrieben, weshalb Wasser der Spritze folgte. Aber in diesen beiden Experimenten haben wir Wasser genommen, dessen Dichte gering ist. Quecksilber hat eine hohe Dichte, daher konnte der atmosphärische Druck das Quecksilber anheben, aber nicht ganz nach oben, sondern nur um 760 mm.
Nach dem Pascalschen Gesetz wird der auf Quecksilber ausgeübte Druck unverändert auf alle seine Punkte übertragen. Dadurch herrscht auch im Rohr atmosphärischer Druck. Aber andererseits wird dieser Druck durch den Druck der Flüssigkeitssäule ausgeglichen. Bezeichnen wir die Höhe der Quecksilbersäule mit h. Wir können sagen, dass der atmosphärische Druck von unten nach oben wirkt und der hydrostatische Druck von oben nach unten wirkt. Die restlichen 240 mm sind leer. Dieses Vakuum wird übrigens auch als Torricelli-Void bezeichnet.
Formeln und Berechnungen
Atmosphärischer Druck Patm ist gleich dem hydrostatischen Druck und wird nach der Formel ρptgh berechnet. ρpt=13600 kg/m3. g=9,8 N/kg. h=0,76 m. Patm=101,3 kPa. Dies ist eine ziemlich große Menge. Ein auf einem Tisch liegendes Blatt Papier erzeugt einen Druck von 1 Pa, der Luftdruck beträgt 100.000 Pascal. Es stellt sich heraus, dass Sie setzen müssen100.000 Blatt Papier übereinander, um diesen Druck zu erzeugen. Neugierig, nicht wahr? Atmosphärischer Druck und Luftgewicht sind sehr hoch, daher wurde während des Experiments Wasser mit einer solchen Kraft in die Flasche gedrückt.
