Objav tlaku vzduchu v učebnej pomôcke pre študentov lexiky
História objavenia tlaku vzduchu siaha od staroveku do 17. storočia. Bolo to úzko spojené s hľadaním vákua, vákua. Okolo roku 1630 bol projekt GALILEO GALILEI informovaný o probléme staviteľmi studní, ktorí poverili jeho vyriešením jeho žiaka EVANGELISTA TORRICELLI. TORRICELLI dokázala prvýkrát merať tlak vzduchu.
BLAISE PASCAL, ktorý sa o tom dozvedel, zostrojil prvý barometer. OTTO VON GUERICKE sa stal svetoznámym svojimi „magdeburskými hemisférami“, ktorými pôsobivo demonštroval vplyv tlaku vzduchu v roku 1654. Tlak vzduchu je špeciálny typ gravitačného tlaku. Vyplýva to z hmotnosti stĺpca vzduchu (atmosféry), a preto je najväčší na zemi. Normálny tlak vzduchu pri 0 ° C na úrovni mora sa nazýva štandardný tlak. Má množstvo
1 013,25 hPa = 1 013,25 mbar = 101,325 kPa = 760 torr.
Objavenie tlaku vzduchu úzko súviselo s hľadaním vákua, vákua.
Odpradávna existovala viera, že nemôže existovať vákuum. Ako by malo niečo existovať v „ničom“? ARISTOTLE (asi 384 - 322 pred n. L.) Zastával názor, že príroda má „hrôzu prázdnoty“ (horror vacui). Tento princíp platil až do stredoveku.
Prvé vyšetrovania tlaku vzduchu
Okolo roku 1630 bol slávny taliansky prírodovedec GALILEO GALILEI (1564-1642) informovaný staviteľmi studní o tom, že vodu môžu pomocou svojich čerpadiel zdvihnúť iba z hĺbky približne 10 m. Poveril svojho študenta EVANGELISTU TORRICELLI (1608-1647), aby vyšetril tento problém.
TORRICELLI (obr. 1) experimentoval s dlhými trubicami naplnenými namiesto vody ortuťou. Ortuť má oveľa väčšiu hustotu ako voda. Počas týchto experimentov zistil, že ortuťový stĺpec v trubici naplnenej ortuťou, ktorá bola prevrátená a umiestnená do ortuti otvorom smerujúcim nadol, klesala, až kým nebola dlhá iba asi 760 mm.
Ďalší výskum tlaku vzduchu
O objave TORRICELLI sa dozvedel aj francúzsky bádateľ BLAISE PASCAL (1623-1662). S testovacím usporiadaním TORRICELLI ako prvý určil kolísanie tlaku vzduchu a vynašiel prvý barometer. PASCAL bol toho názoru, že tlak vzduchu je spôsobený jeho ťažkosťou. Vyvodil záver, že potom tlak vzduchu so zvyšujúcou sa nadmorskou výškou, napr. B. pri výstupe na horu musí klesať. Keďže on sám v tom čase nemal možnosť uskutočniť experiment, napísal 15. novembra 1647 svojmu švagrovi PERIEROVI v rodnom Clermonte. Požiadal ho, aby skontroloval, či barometer na neďalekom približne 900 m vysokom Puy-de-Domê vykazuje nižšiu hodnotu ako v Clermonte. PERIER bol pripravený a experiment uskutočnil 19. septembra 1648 s veľkou opatrnosťou. Výsledok potvrdil domnienku, ktorá nakoniec vyvrátila koncept „horror vacui“.
EVANGILASTA TORRICELLI (1608-1647)
Obrázok 2 zobrazuje nastavenie testu spoločnosťou TORRICELLI. Tlak gravitácie tohto 760 mm dlhého ortuťového stĺpca musel byť vyrovnaný s tlakom vzduchu. Nad kolónou bolo zjavne vákuum. Tlak 760 mm ortuti zodpovedá normálnemu tlaku vzduchu (štandardný tlak). Na počesť TORRICELLI bola zodpovedajúca jednotka tlaku vzduchu neskôr pomenovaná 1 Torr:
1 Torr ≙ 1 mm ortuti 760 Torr ≙ 760 mm ortuti
Podobné vyšetrenie s vodou ukazuje: Vodný stĺpec , ktorý vyvíja normálny tlak vzduchu a zodpovedá tak tlaku vzduchu, má dĺžku 10,33 m, čo je tiež dôvod, prečo môže sacie čerpadlo čerpať vodu iba z hĺbky približne 10 m.
Nasledujúci citát z listu jeho priateľovi jasne popisuje TORRICELLIHO pokus vysvetliť jeho výsledky:
"Dá sa dosť dobre predpokladať, že sila, ktorá zabraňuje pádu ortuti, podľa svojej povahy pôsobí vo vnútri nádoby, a to buď z vákua, alebo z nejakej veľmi zriedenej látky." Ale som presvedčený, že efekt prichádza zvonku. Na vonkajšom povrchu ortuti je totiž vzduchový stĺpec vysoký päťdesiat míľ. Nie je teda nijako prekvapujúce, že ortuť preniká do sklenenej trubice a stúpa tak vysoko, že sa dostáva do rovnováhy s hmotnosťou vonkajšieho tlaku vyvíjajúceho vzduch. ““
(Od: E. TORRICELLI: List RICCI z 11. júna 1644)
TORRICELLI experiment s tlakom vzduchu
V Magdeburgu experimentoval OTTO VON GUERICKE (1602-1686) s čerpadlami nezávisle od spoločností TORRICELLI a PASCAL a vynašiel vzduchové čerpadlo. Svetoznámym sa stal vďaka „magdeburským hemisféram“.
OTTO VON GUERICKE (obr. 3) najskôr študoval právo v Lipsku, Helmstedte a Jene, potom matematiku, mechaniku a konštrukciu v holandskom Leidene. V rodnom Magdeburgu, do ktorého sa vrátil v roku 1626, sa stal radným a neskôr starostom.
GUERICKE sa navyše zaoberal otázkou, či existuje prázdny priestor, vákuum. Za týmto účelom uskutočnil množstvo experimentálnych štúdií. Jeden z jeho nápadov bol nasledovný: Ak úplne naplníte sud vodou a potom túto vodu odčerpáte, potom by mal byť sud potom prázdny. V ňom by malo byť vákuum.
Experimentálne uskutočnenie tejto myšlienky narazilo na veľké ťažkosti: Hneď ako sa časť vody odčerpala z hlavne, cez všetky trhliny do suda pískal vzduch. Pri použití tenkostennej gule bola tlakom vzduchu úplne stlačená. Iba oveľa stabilnejšia konštrukcia pozostávajúca z dvoch hemisfér vydržala obrovský tlak.
OTTO VON GUERICKE (1602-1686)
V roku 1654 uskutočnil GUERICKE svoj slávny experiment s dvoma hemisférami pred Regensburgským ríšskym snemom (obr. 4). Vzduch bol odčerpávaný z dvoch hemisfér zhromaždených do gule. Šestnásť koní nebolo schopných prekonať tlak vzduchu, ktorý držal hemisféry pohromade. Na počesť rodného mesta GUERICKE sa dnes tieto hemisféry nazývajú „magdeburské hemisféry“.
Za ďalšie výskumy fyziky plynov vďačíme írskemu fyzikovi a chemikovi ROBERTOVI BOYLEOVI (1627-1691). Hlavným predmetom jeho fyzického vyšetrovania boli experimenty so vzduchovým čerpadlom, ktoré výrazne vylepšil. Jeho najvýznamnejším objavom bol zákon o vzťahu medzi objemom a tlakom vzduchu, pomenovaný po ňom a po francúzskej MARIOTTE.
Slávny experiment s magdeburskými hemisférami
Tvorba tlaku vzduchu
Tvorbu tlaku vzduchu je možné ilustrovať náčrtom (obr. 2): Ak ste napr. B. na zemi, váha vzduchového stĺpca hore pôsobí v tomto bode na plochu A. Sila na plochu sa rovná tlaku vyvíjanému stĺpcom vzduchu. Tlak vzduchu je teda gravitačný tlak, podobný gravitačnému tlaku v kvapalinách.
Ak ste naopak vo väčšej výške, stĺpec vzduchu hore má nižšiu výšku. Tlak vzduchu je nižší. Ale medzi výškou nad zemou a tlakom vzduchu nie je žiadny proporcionálny vzťah.
Štandardný tlak
Normálny tlak vzduchu na úrovni mora pri 0 ° C sa nazýva štandardný tlak. Je to 101,325 kPa. Tlak vzduchu ako aj štandardný tlak sú niekedy uvedené v iných jednotkách. Pre tlak vzduchu sú tiež bežné jednotky milibar (1 mbar), hektopascal (1 hPa) alebo torr (1 torr). Platí nasledujúce:
101,325 kPa = 1 013,25 mbar
101,325 kPa = 1 013,25 hPa
101,325 kPa = 760 Torr = 10,33 m vodný stĺpec
Tlak vzduchu kolíše okolo tohto štandardného tlaku a má zvyčajne hodnoty medzi 970 hPa pre oblasť nízkeho tlaku a najviac
1 030 hPa pre oblasť vysokého tlaku.
Meranie tlaku vzduchu
Zariadenia na meranie tlaku vzduchu sa nazývajú barometre. Sú to tlakomery, ktoré sú špeciálne navrhnuté na meranie tlaku vzduchu a majú merací rozsah okolo štandardného tlaku. Podrobnejšie informácie nájdete pod kľúčovým slovom „Barometer“.
Tlak vzduchu si vytvára vzduch sám. Je to gravitačný tlak, ktorý je tvorený hmotnosťou vzduchového stĺpca (atmosféry).
Závislosť tlaku vzduchu od nadmorskej výšky
Tlak vzduchu závisí od výšky nad zemou. Platí nasledujúce:
Tlak vzduchu klesá s rastúcou nadmorskou výškou.
Diagram výšky a tlaku vzduchu ukazuje vzťah presnejšie (obr. 6): Tlak vzduchu najskôr klesá s rastúcou nadmorskou výškou, potom čoraz menej. Neexistuje však proporcionalita medzi nadmorskou výškou a tlakom vzduchu. Platí takzvaný barometrický výškový vzorec:
p = p 0 ⋅ e - ρ 0 ⋅ g ⋅ h p 0 p 0 štandardný tlak e Eulerovo číslo ρ 0 hustota vzduchu pri štandardnom tlaku g priestorový faktor (gravitačné zrýchlenie) h výška nad zemským povrchom
Napríklad tlak vzduchu na najvyššiu horu Nemecka, Zugspitze (nadmorská výška: 2 962 m), je stále okolo 700 hPa. Na najvyššej hore na zemi, na Mount Everest (8 848 m), je to len okolo 340 hPa a moderné osobné lietadlo (10 000 m), stále 290 hPa vo výške letu.
Závislosť tlaku vzduchu na nadmorskej výške sa používa v výškomeroch. Pretože tlak závisí od nadmorskej výšky, platí nasledujúce: Pre každú nadmorskú výšku má normálny tlak vzduchu určitú hodnotu. Ak zmeriate tlak vzduchu, môžete z neho odvodiť nadmorskú výšku.