من مفهوم "الضغط الجوي" يترتب على ذلك أن الهواء يجب أن يكون له وزن ، وإلا فلن يتمكن من الضغط على أي شيء. لكننا لا نلاحظ ذلك ، يبدو لنا أن الهواء عديم الوزن. قبل الحديث عن الضغط الجوي ، عليك إثبات أن الهواء له وزن ، وتحتاج إلى وزنه بطريقة ما. كيف افعلها؟ سننظر في وزن الهواء والضغط الجوي بالتفصيل في المقالة ، ودراستها بمساعدة التجارب.
تجربة
سنقوم بوزن الهواء في وعاء زجاجي. يدخل الحاوية من خلال أنبوب مطاطي في الرقبة. يغلق الصمام الخرطوم حتى لا يدخله أي هواء. نخرج الهواء من الوعاء باستخدام مضخة تفريغ. ومن المثير للاهتمام ، أنه مع تقدم الضخ ، يتغير صوت المضخة. كلما قل الهواء المتبقي في القارورة ، زادت هدوء المضخة. كلما طالت مدة ضخ الهواء ، كلما انخفض الضغط في الوعاء.
عند إزالة كل الهواء ،أغلق الصنبور واضغط على الخرطوم لمنع إمداد الهواء. قم بوزن القارورة بدون هواء ، ثم افتح الصنبور. يدخل الهواء بصافرة مميزة ويضاف وزنه إلى وزن القارورة.
ضع أولاً وعاء فارغ بنقرة مغلقة على الميزان. يوجد فراغ داخل الحاوية ، دعونا نزنها. لنفتح الصنبور ، سيدخل الهواء إلى الداخل ، ويوزن محتويات القارورة مرة أخرى. سيكون الفرق بين وزن القارورة المملوءة والفارغة هو كتلة الهواء. الأمر بسيط.
وزن الهواء والضغط الجوي
الآن دعنا ننتقل إلى حل المشكلة التالية. لحساب كثافة الهواء ، تحتاج إلى قسمة كتلته على الحجم. يُعرف حجم الدورق لأنه مُحدد على جانب القارورة. ρ=مهواء/ V. يجب أن أقول أنه للحصول على ما يسمى بالفراغ العالي ، أي الغياب التام للهواء في الوعاء ، فإنك تحتاج إلى الكثير من الوقت. إذا كان حجم القارورة 1.2 لتر ، فيكون حوالي نصف ساعة.
اكتشفنا أن الهواء له كتلة. تسحبها الأرض ، وبالتالي تؤثر عليها قوة الجاذبية. يدفع الهواء لأسفل على الأرض بقوة مساوية لوزن الهواء. لذلك فإن الضغط الجوي موجود. يتجلى في تجارب مختلفة. لنقم بواحدة من هذه
تجربة حقنة
خذ حقنة فارغة متصلة بها أنبوب مرن. اخفض مكبس المحقنة واغمر الخرطوم في وعاء به ماء. اسحب المكبس لأعلى ، وسيبدأ الماء في الارتفاع من خلال الأنبوب لملء المحقنة. لماذا الماء الذي تسحبه الجاذبية لا يزال يرتفع خلف المكبس؟
في الوعاء ، يتأثر من أعلى إلى أسفلالضغط الجوي. دعنا نشير إليها Patm. وفقًا لقانون باسكال ، فإن الضغط الذي يمارسه الغلاف الجوي على سطح السائل ينتقل دون تغيير. ينتشر إلى جميع النقاط ، مما يعني أن هناك أيضًا ضغطًا جويًا داخل الأنبوب ، وهناك فراغ (مساحة خالية من الهواء) في المحقنة فوق طبقة الماء ، أي P=0. لذلك اتضح أن الضغط الجوي يضغط على الماء من الأسفل ، لكن لا يوجد ضغط فوق المكبس ، لأنه يوجد فراغ هناك. بسبب اختلاف الضغط ، يدخل الماء المحقنة.
تجربة مع الزئبق
وزن الهواء والضغط الجوي - ما حجمهما؟ ربما هو شيء يمكن إهماله؟ بعد كل شيء ، يبلغ وزن المتر المكعب من الحديد 7600 كجم ، ومتر مكعب واحد من الهواء - 1.3 كجم فقط. لفهم ، دعنا نعدل التجربة التي أجريناها للتو. بدلًا من الحقنة ، خذ زجاجة مغلقة بفلين بأنبوب. قم بتوصيل الأنبوب بالمضخة وابدأ في ضخ الهواء.
على عكس التجربة السابقة ، نقوم بإنشاء فراغ ليس تحت المكبس ، ولكن في الحجم الكامل للزجاجة. قم بإيقاف تشغيل المضخة وفي نفس الوقت اخفض أنبوب الزجاجة في وعاء من الماء. سنرى كيف ملأ الماء الزجاجة من خلال الأنبوب في بضع ثوانٍ بصوت مميز. تشير السرعة العالية التي "تنفجر بها" في الزجاجة إلى أن الضغط الجوي يمثل قيمة كبيرة إلى حد ما. التجربة تثبت ذلك.
لأول مرة يقاس الضغط الجوي وزن هواء العالم الإيطالي توريتشيلي. كان لديه مثل هذه التجربة. أخذت أنبوبًا زجاجيًا يزيد طوله قليلاً عن متر واحد ، مغلقًا من طرف واحد. املأها بالزئبق حتى أسنانها. بعدثم أخذ إناءً به زئبق ، وضغط على طرفه المفتوح بإصبعه ، وقلب الأنبوب وغمره في وعاء. إذا لم يكن هناك ضغط جوي ، فسيكون كل الزئبق قد انسكب ، لكن هذا لم يحدث. سكب جزئياً ، واستقر مستوى الزئبق على ارتفاع 760 مم.
حدث لأن الجو ضغط على الزئبق في الحاوية. ولهذا السبب ، في تجاربنا السابقة ، تم دفع الماء إلى الأنبوب ، ولهذا السبب اتبع الماء المحقنة. لكن في هاتين التجربتين ، أخذنا ماءًا كثافته منخفضة. يتميز الزئبق بكثافة عالية ، لذلك كان الضغط الجوي قادرًا على رفع الزئبق ، ولكن ليس إلى القمة ، ولكن فقط بمقدار 760 مم.
وفقًا لقانون باسكال ، ينتقل الضغط الذي يمارس على الزئبق إلى جميع نقاطه دون تغيير. هذا يعني أن هناك أيضًا ضغطًا جويًا داخل الأنبوب. لكن من ناحية أخرى ، يتم موازنة هذا الضغط بضغط عمود السائل. دعنا نشير إلى ارتفاع عمود الزئبق كـ h. يمكننا القول أن الضغط الجوي يعمل من أسفل إلى أعلى ، وأن الضغط الهيدروستاتيكي يعمل من أعلى إلى أسفل. 240 ملم المتبقية فارغة. بالمناسبة ، يُطلق على هذا الفراغ أيضًا اسم Torricelli void.
الصيغة والحسابات
الضغط الجوي Patmيساوي الضغط الهيدروستاتيكي ويتم حسابه بالصيغة ρpt gh. ρpt=13600 كجم / م3. جم=9.8 نيوتن / كجم. ع=0.76 م Patm=101.3 كيلو باسكال. هذه كمية كبيرة إلى حد ما. ورقة من الورق موضوعة على طاولة تنتج ضغطًا قدره 1 باسكال ، والضغط الجوي 100000 باسكال. اتضح أنك بحاجة إلى وضع100،000 ورقة واحدة فوق الأخرى لإنتاج مثل هذا الضغط. فضولي ، أليس كذلك؟ الضغط الجوي ووزن الهواء مرتفعان جدًا ، لذلك تم دفع الماء إلى الزجاجة بهذه القوة أثناء التجربة.
