Atmosferski tlak in teža zraka. Formula, izračuni, poskusi

2024 Avtor: Angel Austin | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-02 17:55

Iz samega koncepta "atmosferskega tlaka" izhaja, da mora zrak imeti težo, sicer ne bi mogel pritiskati na nič. A tega ne opazimo, zdi se nam, da je zrak breztežen. Preden govorite o atmosferskem tlaku, morate dokazati, da ima zrak težo, nekako jo morate stehtati. Kako narediti? V članku bomo podrobno obravnavali zračno težo in atmosferski tlak ter jih preučili s pomočjo poskusov.

Izkušnje

Zrak bomo stehtali v stekleni posodi. V posodo vstopi skozi gumijasto cev v vratu. Ventil zapre cev, tako da vanjo ne pride zrak. Z vakuumsko črpalko odstranimo zrak iz posode. Zanimivo je, da se z napredovanjem črpanja zvok črpalke spreminja. Manj zraka ostane v bučki, tišje deluje črpalka. Dlje ko izčrpavamo zrak, nižji je tlak v posodi.

Ko je ves zrak odstranjen,zaprite pipo, stisnite cev, da blokirate dovod zraka. Stehtajte bučko brez zraka, nato odprite pipo. Zrak bo vstopil z značilno piščalko, njegova teža pa bo dodana teži bučke.

Na tehtnico najprej postavite prazno posodo z zaprto pipo. V posodi je vakuum, stehtajmo ga. Odpremo pipo, zrak bo šel noter, in ponovno stehtamo vsebino bučke. Razlika med težo napolnjene in prazne bučke bo masa zraka. Preprosto je.

Zračna teža in atmosferski tlak

Sedaj pa pojdimo k reševanju naslednje težave. Če želite izračunati gostoto zraka, morate njegovo maso razdeliti na prostornino. Prostornina bučke je znana, ker je označena na strani bučke. ρ=m_{zrak /V. Moram reči, da za pridobitev tako imenovanega visokega vakuuma, torej popolne odsotnosti zraka v posodi, potrebujete veliko časa. Če je bučka 1,2 L, je približno pol ure.}

Ugotovili smo, da ima zrak maso. Zemlja ga vleče, zato nanj deluje sila gravitacije. Zrak potiska navzdol na tla s silo, ki je enaka teži zraka. Atmosferski tlak torej obstaja. Pojavlja se v različnih poskusih. Naredimo eno od teh.

poskus z brizgo

Vzemite prazno brizgo, na katero je pritrjena upogljiva cev. Spustite bat brizge in cev potopite v posodo z vodo. Potegnite bat navzgor in voda se bo začela dvigati skozi cev in napolnila brizgo. Zakaj se voda, ki jo gravitacija vleče navzdol, še vedno dviga za batom?

V posodi je prizadet od zgoraj navzdolAtmosferski tlak. Označimo ga P_{atm. Po Pascalovem zakonu se tlak, ki ga atmosfera izvaja na površino tekočine, prenaša nespremenjen. Razširi se na vse točke, kar pomeni, da je znotraj cevi tudi atmosferski tlak, v brizgi nad plastjo vode pa je vakuum (brezzračni prostor), to je P=0. Tako se izkaže, da atmosferski tlak pritiska na vodo od spodaj, nad batom pa ni pritiska, ker je tam praznina. Zaradi razlike v tlaku voda vstopi v brizgo.}

Poskusi z živim srebrom

Zračna teža in zračni tlak - kako velika sta? Je mogoče kaj, kar je mogoče zanemariti? Konec koncev ima en kubični meter železa maso 7600 kg, en kubični meter zraka pa le 1,3 kg. Da bi razumeli, spremenimo eksperiment, ki smo ga pravkar izvedli. Namesto brizge vzemite steklenico, zaprto z zamaškom s cevko. Priključite cev na črpalko in začnite črpati zrak.

Za razliko od prejšnje izkušnje ustvarjamo vakuum ne pod batom, ampak v celotnem volumnu steklenice. Izklopite črpalko in hkrati spustite cev plastenke v posodo z vodo. Videli bomo, kako je voda z značilnim zvokom v le nekaj sekundah napolnila steklenico skozi cev. Visoka hitrost, s katero je "vletela" v steklenico, kaže, da je atmosferski tlak precej velika vrednost. Izkušnje to dokazujejo.

Prvič je izmeril atmosferski tlak, težo zraka italijanski znanstvenik Torricelli. Imel je tako izkušnjo. Vzel sem stekleno cev, dolgo nekaj več kot 1 m, zaprto na enem koncu. Napolnil ga z živim srebrom do roba. PoNato je vzel posodo z živim srebrom, s prstom uščipnil njen odprt konec, obrnil cev in jo potopil v posodo. Če ne bi bilo atmosferskega tlaka, bi se vse živo srebro izlilo, vendar se to ni zgodilo. Delno se je izlilo, raven živega srebra se je ustalila na višini 760 mm.

Zgodilo se je, ker je atmosfera pritiskala na živo srebro v posodi. Prav zaradi tega je bila v naših prejšnjih poskusih v cev gnana voda, zato je voda sledila brizgi. Toda v teh dveh poskusih smo vzeli vodo, katere gostota je nizka. Živo srebro ima veliko gostoto, zato je atmosferski tlak lahko dvignil živo srebro, vendar ne na sam vrh, ampak le za 760 mm.

Po Pascalovem zakonu se pritisk na živo srebro nespremenjeno prenaša na vse njegove točke. To pomeni, da je v cevi tudi atmosferski tlak. Toda po drugi strani je ta tlak uravnotežen s tlakom stolpca tekočine. Označimo višino živosrebrovega stolpca s h. Lahko rečemo, da atmosferski tlak deluje od spodaj navzgor, hidrostatični pa od zgoraj navzdol. Preostalih 240 mm je praznih. Mimogrede, ta vakuum se imenuje tudi Torricellijeva praznina.

Formula in izračuni

Atmosferski tlak P_atm je enak hidrostatičnemu tlaku in se izračuna po formuli ρ_ptgh. ρ_rt=13600 kg/m³. g=9,8 N/kg. h=0,76 m. P_{atm=101,3 kPa. To je dokaj velik znesek. List papirja, ki leži na mizi, ustvari tlak 1 Pa, atmosferski tlak pa je 100.000 paskalov. Izkazalo se je, da morate postaviti100.000 listov papirja enega na drugem, da se ustvari tak pritisk. Zanimivo, kajne? Atmosferski tlak in teža zraka sta zelo visoka, zato je bila voda med poskusom potisnjena v steklenico s takšno silo.}