Ciśnienie atmosferyczne to siła, z jaką powietrze napiera na Ziemię, człowieka i wszystko, co go otacza. W artykule dowiesz się, jak w XVII wieku. za pomocą eksperymentu po raz pierwszy pokazano siłę ciśnienia powietrza. To jest bardzo interesujące! Dowiemy się, jak wskazywane jest ciśnienie atmosferyczne i jak jest mierzone.
Doświadczenie Otto von Guericke
Jak wielkie jest ciśnienie atmosferyczne, świat dowiedział się w 1654 roku. Stało się to za sprawą burmistrza miasta Magdeburg (Niemcy) Otto von Guericke. Wykazał się doświadczeniem z tzw. półkulami magdeburskimi. Wtedy nie było mowy o tym, jak wskazywane jest ciśnienie powietrza, ponieważ nadal nie wiedzieli, jak je zmierzyć. Jak wyglądają półkule widać na zdjęciu z Muzeum w Magdeburgu.
To są dwie półkule z brązu, jedna z nich jest lita, a druga ma dziurę. Pomiędzy półkulami umieszczono uszczelkę ze skóry olejowanej, aby zapewnić szczelność i połączenie. Przez otwór z półkul wypompowywano powietrze. Co ciekawe, sam Guericke cztery lata wcześniej, w 1650wynalazł pompę próżniową. Jest również na zdjęciu. Kiedy powietrze było wypompowywane, półkule ściskały ciśnienie atmosferyczne. Aby je od siebie odłączyć, wykorzystali siłę pociągową koni.
Eksperymentuj z półkulami magdeburskimi
Zanim dowiemy się, jak wskazywane jest ciśnienie atmosferyczne, przeprowadźmy eksperyment. Wykorzystamy do tego model półkul magdeburskich. Podłącz pompkę próżniową do otworu półkuli gumowym wężem. Włącz go, otwórz kran na jednej z półkul. Zmniejszy się ciśnienie w przestrzeni między nimi. W konsekwencji siła działająca na półkule od wewnątrz maleje, a siła działająca od zewnątrz wzrasta.
Podczas wypompowywania powietrza nie można rozdzielić półkul, ponieważ są one ściśle do siebie dopasowane. Wyłącz pompę, odłącz gumowy wąż. Powietrze zacznie wchodzić w przestrzeń między półkulami. Wtedy łatwo się rozdzielą.
Jaka litera reprezentuje ciśnienie powietrza
Spróbujmy obliczyć siłę ściskającą półkule. Kiedy wypompowujemy powietrze, na półkule działa tylko siła ciśnienia atmosferycznego. Ściska półkule i jest kierowany od wewnętrznych ścian pustych kul do środka przestrzeni między nimi. Średnica półkul (d) w Guericke wynosiła 35,5 cm.
Biorąc pod uwagę fakt, że nie mogliśmy oddzielić półkul, staje się jasne, że siła nacisku jest bardzo duża. Nawet osiem koni z każdej strony nie mogło złamać tych półkul. Oto grawerunek ilustrujący doświadczenie Otto von Guericke.
Jaka litera oznacza nacisk? Litera P. Normalne ciśnienie atmosferyczne (Patm) wynosi 100 kilopaskali (kPa). Taka siła działa na każdą część półkuli. Siła nacisku F jest równa iloczynowi ciśnienia atmosferycznego i powierzchni przekroju półkul S.
S=πd2/4. F=100103 Pa3, 14(0,355 m)2/4≈10 kN (kiloniutony). To jest waga jednotonowego ładunku, więc konie nie były w stanie złamać tych półkul.
Barometr
Jak jest wskazywane ciśnienie atmosferyczne, wiemy, ale jak jest mierzone? Barometr wynaleziony przez Włocha Torricelli w pierwszej połowie XVII wieku miał wady. Można go łatwo zepsuć, był wypełniony trującą rtęcią i naprawdę chciałeś zabrać go w różne miejsca, aby przewidzieć pogodę.
Należało wymyślić urządzenie bez szklanej rurki, czyli bez płynu. Taki barometr wynaleziono dopiero dwieście lat później i nazwano go aneroidem. To słowo przetłumaczone na rosyjski oznacza bezpłynność. Zastanów się, czym jest barometr aneroidowy.
To jest małe urządzenie. W przeciwieństwie do tuby rtęciowej Torricelli, która ma jeden metr wysokości, można ją z łatwością nosić przy sobie, gdziekolwiek się wybierasz. Co jest w środku? Rzućmy okiem na wybuch barometru.
Jak jest wskazane ciśnienie? Urządzenie posiada skalę zbliżoną do tarczy zegarka. Ciśnienie w kilopaskalach wskazuje strzałka. Za tarczą widzimy trzy spłaszczone pudełka. Wypompowuje się z nich powietrze, aw środku jest sprężyna. Gdyby go tam nie było, atmosfera byzmiażdżone pudełka. Dalej od sprężyny dźwignia odsuwa się, przenosi ruchy pudeł. Dlaczego się poruszają? Pudełka mogą zmieniać swoją grubość. Gdy ciśnienie atmosferyczne jest większe, powietrze ściska pudła, zmniejsza się ich grubość. Gdy nacisk jest mniejszy, sprężyna się prostuje, a pudełka stają się grubsze. Poprzez mechanizm dźwigni ruch jest przenoszony na strzałkę.
Bezpłynny barometr
Nauczyliśmy się, jak wskazuje ciśnienie w bezcieczowym barometrze, a teraz narysujemy jego wykres.
Trzy pudełka zapewniają urządzeniu większą dokładność, ale w zasadzie jedno wystarczy. Jest specjalnie karbowany, aby mieć możliwość zmiany jego grubości. Pamiętaj faliste, a więc elastyczne węże do odkurzacza. Dno pudełka jest przymocowane do podstawy. Do góry przymocowana jest sprężyna, która próbuje wyprostować pudełko w taki sam sposób, jak wygięta aluminiowa linijka próbuje się wyprostować. Przeciwnie, ciśnienie atmosferyczne próbuje skompresować pudełko.
Gdy ciśnienie wzrasta, grubość skrzyni zmniejsza się, co oznacza, że dźwignia obraca oś. Jeśli przymocujesz strzałkę do osi, będzie ona obracać się w prawo, gdy grubość się zmniejsza, i w lewo, gdy grubość się zwiększa.
