Druck ist eine physikalische Größe, die wie folgt berechnet wird: Teilen Sie die Druckkraft durch die Fläche, auf die diese Kraft wirkt. Die Druckkraft wird durch das Gewicht bestimmt. Jedes physische Objekt übt Druck aus, weil es zumindest ein gewisses Gewicht hat. Der Artikel wird den Druck in Gasen ausführlich besprechen. Beispiele veranschaulichen, wovon es abhängt und wie es sich ändert.
Der Unterschied in den Druckmechanismen fester, flüssiger und gasförmiger Stoffe
Was ist der Unterschied zwischen Flüssigkeiten, Feststoffen und Gasen? Die ersten beiden haben Volumen. Feste Körper beh alten ihre Form. Ein Gas, das in ein Gefäß gegeben wird, nimmt seinen gesamten Raum ein. Dies liegt daran, dass Gasmoleküle praktisch nicht miteinander interagieren. Daher unterscheidet sich der Mechanismus des Gasdrucks erheblich vom Druckmechanismus von Flüssigkeiten und Feststoffen.
Legen wir das Gewicht auf den Tisch. Unter dem Einfluss der Schwerkraft würde sich das Gewicht weiter nach unten durch den Tisch bewegen, aber das passiert nicht. Wieso den? Denn die Moleküle des Tisches nähern sich den Molekülen abdem das Gewicht hergestellt wird, verringert sich der Abstand zwischen ihnen so sehr, dass zwischen den Partikeln des Gewichtes und dem Tisch abstoßende Kräfte entstehen. Bei Gasen ist die Situation völlig anders.
Luftdruck
Bevor wir uns mit dem Druck gasförmiger Substanzen befassen, wollen wir ein Konzept einführen, ohne das weitere Erklärungen unmöglich sind - den atmosphärischen Druck. Diese Wirkung hat die Luft (Atmosphäre) um uns herum. Luft erscheint uns nur schwerelos, tatsächlich hat sie Gewicht, und um das zu beweisen, führen wir ein Experiment durch.
Wir werden die Luft in einem Glasgefäß wiegen. Es tritt dort durch einen Gummischlauch in den Hals ein. Entfernen Sie die Luft mit einer Vakuumpumpe. Lassen Sie uns die Flasche ohne Luft wiegen, dann öffnen Sie den Hahn, und wenn die Luft eintritt, wird ihr Gewicht zum Gewicht der Flasche addiert.
Druck im Behälter
Lassen Sie uns herausfinden, wie Gase auf Gefäßwände einwirken. Gasmoleküle interagieren praktisch nicht miteinander, aber sie streuen nicht voneinander. Das bedeutet, dass sie immer noch die Wände des Gefäßes erreichen und dann zurückkehren. Wenn ein Molekül auf die Wand trifft, wirkt sein Aufprall mit einer gewissen Kraft auf das Gefäß. Diese Kraft ist von kurzer Dauer.
Noch ein Beispiel. Lassen Sie uns einen Ball auf ein Blatt Pappe werfen, der Ball springt und der Karton weicht ein wenig ab. Lassen Sie uns den Ball durch Sand ersetzen. Die Auswirkungen werden winzig sein, wir werden sie nicht einmal hören, aber ihre Kraft wird sich aufbauen. Das Blatt wird ständig abgelehnt.
Nehmen wir nun die kleinsten Partikel, zum Beispiel Luftpartikel, die wir in unserer Lunge haben. Wir blasen auf den Karton, und er wird abweichen. Wir zwingenLuftmoleküle treffen auf den Karton, wodurch eine Kraft auf ihn wirkt. Was ist diese Kraft? Das ist die Druckkraft.
Lassen Sie uns schlussfolgern: Gasdruck wird durch Stöße von Gasmolekülen auf die Wände des Gefäßes verursacht. Die mikroskopisch kleinen Kräfte, die auf die Wände wirken, addieren sich und wir erh alten die sogenannte Druckkraft. Das Ergebnis der Teilung der Kraft durch die Fläche ist der Druck.
Da stellt sich die Frage: Warum weicht ein Blatt Pappe nicht ab, wenn man es in die Hand nimmt? Schließlich liegt es im Gas, also in der Luft. Denn die Stöße der Luftmoleküle auf der einen und der anderen Seite des Blechs gleichen sich aus. Wie kann man überprüfen, ob Luftmoleküle wirklich die Wand treffen? Dies kann durch einseitiges Entfernen von Molekülstößen erfolgen, z. B. durch Abpumpen von Luft.
Experiment
Es gibt ein spezielles Gerät - eine Vakuumpumpe. Dies ist ein Glasgefäß auf einer Vakuumplatte. Es hat eine Gummidichtung, so dass es keinen Sp alt zwischen der Kappe und der Platte gibt, so dass sie fest aneinander anliegen. An der Vakuumeinheit ist ein Manometer angebracht, das den Luftdruckunterschied außen und unter der Haube misst. Der Wasserhahn ermöglicht den Anschluss des zur Pumpe führenden Schlauchs an den Raum unter der Haube.
Platziere einen leicht aufgeblasenen Luftballon unter der Kappe. Dadurch, dass er leicht aufgeblasen ist, werden die Stöße der Moleküle innerhalb und außerhalb des Balls kompensiert. Wir bedecken den Ball mit einer Kappe, sch alten die Vakuumpumpe ein und öffnen den Wasserhahn. Auf dem Manometer sehen wir, dass der Unterschied zwischen der Luft innen und außen zunimmt. Was ist mit einem Ballon? Es nimmt an Größe zu. Druck, dh Stöße von Molekülenaußerhalb des Balls, immer kleiner. Luftpartikel im Inneren der Kugel verbleiben, die Kompensation von Stößen von außen und von innen wird verletzt. Das Volumen des Balls wächst dadurch, dass die Druckkraft der Luftmoleküle von außen teilweise von der elastischen Kraft des Gummis übernommen wird.
Schließe jetzt den Wasserhahn, sch alte die Pumpe aus, öffne den Wasserhahn wieder, trenne den Schlauch, um Luft unter die Kappe zu lassen. Der Ball beginnt zu schrumpfen. Wenn die Druckdifferenz außerhalb und unter der Kappe Null ist, ist sie genauso groß wie vor Beginn des Experiments. Diese Erfahrung beweist, dass man den Druck mit eigenen Augen sehen kann, wenn er auf der einen Seite größer ist als auf der anderen, also wenn das Gas auf der einen Seite entfernt und auf der anderen belassen wird.
Die Schlussfolgerung lautet: Druck ist eine Größe, die durch die Auswirkungen von Molekülen bestimmt wird, aber die Auswirkungen können zahlreicher und weniger zahlreich sein. Je mehr Schläge auf die Gefäßwände, desto größer der Druck. Außerdem ist der von diesem Gas erzeugte Druck umso größer, je größer die Geschwindigkeit der Moleküle ist, die auf die Wände des Gefäßes auftreffen.
Abhängigkeit des Drucks vom Volumen
Nehmen wir an, wir haben eine bestimmte Masse des Auges, dh eine bestimmte Anzahl von Molekülen. Im Laufe der zu betrachtenden Experimente ändert sich diese Größe nicht. Das Gas befindet sich in einem Zylinder mit einem Kolben. Der Kolben kann auf und ab bewegt werden. Der obere Teil des Zylinders ist offen, wir werden eine elastische Gummifolie darauf legen. Die Gaspartikel treffen auf die Gefäßwände und den Film. Wenn der Luftdruck innen und außen gleich ist, ist die Folie flach.
Wenn du den Kolben nach oben bewegst,Die Anzahl der Moleküle bleibt gleich, aber der Abstand zwischen ihnen nimmt ab. Sie bewegen sich mit der gleichen Geschwindigkeit, ihre Masse ändert sich nicht. Die Anzahl der Treffer wird jedoch zunehmen, da das Molekül eine kürzere Strecke zurücklegen muss, um die Wand zu erreichen. Als Ergebnis sollte der Druck zunehmen und die Folie sollte sich nach außen biegen. Bei einer Volumenabnahme steigt also der Druck eines Gases, allerdings unter der Voraussetzung, dass die Masse des Gases und die Temperatur unverändert bleiben.
Wenn Sie den Kolben nach unten bewegen, wird der Abstand zwischen den Molekülen größer, was bedeutet, dass die Zeit, die sie brauchen, um die Wände des Zylinders und den Film zu erreichen, ebenfalls größer wird. Treffer werden seltener. Das Gas außerhalb hat einen höheren Druck als das innerhalb des Zylinders. Daher biegt sich die Folie nach innen. Fazit: Druck ist eine vom Volumen abhängige Größe.
Abhängigkeit des Drucks von der Temperatur
Angenommen, wir haben ein Gefäß mit einem Gas bei niedriger Temperatur und ein Gefäß mit demselben Gas in derselben Menge bei hoher Temperatur. Bei jeder Temperatur ist der Druck eines Gases auf den Aufprall von Molekülen zurückzuführen. Die Anzahl der Gasmoleküle in beiden Gefäßen ist gleich. Das Volumen ist gleich, also bleibt der Abstand zwischen den Molekülen gleich.
Wenn die Temperatur steigt, beginnen sich die Teilchen schneller zu bewegen. Folglich nehmen Anzahl und Stärke ihrer Einschläge auf die Gefäßwände zu.
Der folgende Versuch hilft, die Richtigkeit der Aussage zu überprüfen, dass mit steigender Temperatur eines Gases auch sein Druck zunimmt.
NehmenFlasche, deren Hals mit einem Luftballon verschlossen ist. Legen Sie es in einen Behälter mit heißem Wasser. Wir werden sehen, dass der Ballon aufgeblasen ist. Wenn Sie das Wasser im Behälter auf k alt stellen und eine Flasche dort hinstellen, entleert sich der Ballon und wird sogar eingezogen.
