Pritisak je fizička veličina koja se izračunava na sljedeći način: podijelite silu pritiska sa površinom na koju ova sila djeluje. Sila pritiska određena je težinom. Svaki fizički objekt vrši pritisak jer ima barem neku težinu. U članku će se detaljno raspravljati o tlaku u plinovima. Primjeri će ilustrirati o čemu ovisi i kako se mijenja.
Razlika u mehanizmima pritiska čvrstih, tečnih i gasovitih supstanci
Koja je razlika između tečnosti, čvrstih materija i gasova? Prva dva imaju volumen. Čvrsta tijela zadržavaju svoj oblik. Gas stavljen u posudu zauzima sav njen prostor. To je zbog činjenice da molekuli plina praktički ne komuniciraju jedni s drugima. Stoga se mehanizam pritiska gasa značajno razlikuje od mehanizma pritiska tečnosti i čvrstih materija.
Spustimo težinu na sto. Pod uticajem gravitacije, težina bi nastavila da se kreće dole kroz sto, ali to se ne dešava. Zašto? Zato što se molekuli stola približavaju molekulima izod kojih je uteg napravljen, razmak između njih se toliko smanjuje da između čestica utega i stola nastaju odbojne sile. Kod gasova je situacija potpuno drugačija.
Atmosferski pritisak
Prije razmatranja pritiska gasovitih supstanci, hajde da uvedemo koncept bez kojeg su dalja objašnjenja nemoguća - atmosferski pritisak. Ovo je efekat koji ima vazduh (atmosfera) oko nas. Zrak nam se samo čini bestežinskim, u stvari ima težinu, a da to dokažemo, izvršimo eksperiment.
Izvagat ćemo zrak u staklenoj posudi. Tamo ulazi kroz gumenu cijev u vratu. Uklonite vazduh vakuum pumpom. Izmjerimo tikvicu bez zraka, zatim otvorimo slavinu i kada zrak uđe, njena težina će se dodati težini tikvice.
Pritisak u posudi
Hajde da shvatimo kako gasovi deluju na zidove posuda. Molekuli plina praktički ne stupaju u interakciju jedni s drugima, ali se ne rasipaju jedan od drugog. To znači da i dalje dopiru do zidova posude, a zatim se vraćaju. Kada molekul udari o zid, njegov udar djeluje na posudu s određenom silom. Ova moć je kratkog vijeka.
Još jedan primjer. Bacimo loptu na list kartona, lopta će odskočiti, a karton će malo odstupiti. Zamenimo loptu peskom. Udarci će biti mali, nećemo ih ni čuti, ali njihova snaga će se povećati. List će se stalno odbijati.
Sada uzmimo najmanje čestice, na primjer čestice zraka koje imamo u plućima. Duvamo na karton, i on će odstupiti. Mi prisiljavamomolekuli zraka udaraju u karton, kao rezultat toga, na njega djeluje sila. Kakva je ovo moć? Ovo je sila pritiska.
Zaključimo: pritisak plina je uzrokovan udarima molekula plina na stijenke posude. Mikroskopske sile koje djeluju na zidove se zbrajaju i dobijamo ono što se zove sila pritiska. Rezultat dijeljenja sile po površini je pritisak.
Postavlja se pitanje: zašto, ako uzmete list kartona u ruku, on ne odstupa? Na kraju krajeva, to je u gasu, odnosno u vazduhu. Jer udarci molekula zraka s jedne i druge strane lima balansiraju jedni druge. Kako provjeriti da li molekuli zraka stvarno udaraju u zid? Ovo se može učiniti uklanjanjem udara molekula na jednoj strani, na primjer, ispumpavanje zraka.
Eksperiment
Postoji poseban uređaj - vakuum pumpa. Ovo je staklena posuda na vakuumskoj ploči. Ima gumenu zaptivku tako da nema zazora između poklopca i ploče tako da čvrsto pristaju jedno uz drugo. Manometar je pričvršćen za vakuum jedinicu, koji mjeri razliku u tlaku zraka izvan i ispod haube. Slavina omogućava da se crevo koje vodi do pumpe poveže sa prostorom ispod haube.
Postavite malo naduvan balon ispod poklopca. Zbog činjenice da je lagano napuhana, kompenziraju se udari molekula unutar lopte i izvan nje. Pokrivamo loptu kapom, uključujemo vakuum pumpu, otvaramo slavinu. Na manometru ćemo vidjeti da razlika između zraka iznutra i izvana raste. Šta je sa balonom? Povećava se u veličini. Pritisak, odnosno udari molekulavan lopte, sve manje. Čestice zraka unutar lopte ostaju, kompenzacija udaraca izvana i iznutra je narušena. Volumen lopte raste zbog činjenice da silu pritiska molekula zraka izvana djelomično preuzima elastična sila gume.
Sada zatvorite slavinu, isključite pumpu, ponovo otvorite slavinu, odvojite crevo da pusti vazduh ispod čepa. Lopta će početi da se smanjuje. Kada je razlika tlaka izvan i ispod poklopca nula, bit će iste veličine kao i prije početka eksperimenta. Ovo iskustvo dokazuje da možete vlastitim očima vidjeti pritisak ako je veći na jednoj strani nego na drugoj, tj. ako se gas ukloni s jedne strane, a ostavi na drugoj.
Zaključak je sljedeći: pritisak je veličina koja je određena udarima molekula, ali utjecaji mogu biti brojniji i manje brojni. Što više udara u zidove posude, to je veći pritisak. Osim toga, što je veća brzina molekula koji udaraju o zidove posude, to je veći pritisak koji proizvodi ovaj plin.
Zavisnost pritiska od zapremine
Recimo da imamo određenu masu oka, odnosno određeni broj molekula. U toku eksperimenata koje ćemo razmatrati, ova količina se ne mijenja. Gas je u cilindru sa klipom. Klip se može pomicati gore i dolje. Gornji dio cilindra je otvoren, na njega ćemo staviti elastični gumeni film. Čestice plina udaraju u zidove posude i film. Kada je pritisak vazduha iznutra i spolja isti, film je ravan.
Ako klip pomerite prema gore,broj molekula će ostati isti, ali će se udaljenost između njih smanjiti. Kretaće se istom brzinom, njihova masa se neće promeniti. Međutim, broj pogodaka će se povećati jer molekul mora prijeći kraću udaljenost da bi stigao do zida. Kao rezultat toga, pritisak bi se trebao povećati, a film bi se trebao saviti prema van. Dakle, sa smanjenjem zapremine, pritisak gasa raste, ali to je pod uslovom da masa gasa i temperatura ostanu nepromenjene.
Ako klip pomerite prema dole, rastojanje između molekula će se povećati, što znači da će se povećati i vreme koje će im trebati da stignu do zidova cilindra i filma. Pogoci će biti sve rjeđi. Vanjski plin ima veći pritisak od onog unutar cilindra. Stoga će se film saviti prema unutra. Zaključak: pritisak je veličina koja zavisi od zapremine.
Zavisnost pritiska od temperature
Pretpostavimo da imamo posudu sa gasom na niskoj temperaturi i posudu sa istim gasom u istoj količini na visokoj temperaturi. Na bilo kojoj temperaturi, pritisak plina je posljedica udara molekula. Broj molekula gasa u obe posude je isti. Volumen je isti, tako da udaljenost između molekula ostaje ista.
Kako temperatura raste, čestice počinju da se kreću brže. Samim tim povećava se broj i jačina njihovih udara na zidove plovila.
Sljedeći eksperiment pomaže da se potvrdi tačnost tvrdnje da kako temperatura plina raste, njegov pritisak raste.
Uzmiboca čiji je vrat zatvoren balonom. Stavite ga u posudu sa toplom vodom. Videćemo da je balon naduvan. Ako promijenite vodu u posudi u hladnu i tamo stavite flašu, balon će se ispuhati, pa čak i biti uvučen.
