Descoperirea presiunii aerului în ajutorul pentru învățarea lexicului studenților la fizică

Istoria descoperirii presiunii aerului se extinde din cele mai vechi timpuri până în secolul al XVII-lea. Era strâns legat de căutarea vidului, a vidului. În jurul anului 1630 GALILEO GALILEI a fost conștientizat de o problemă de către constructorii de puțuri, care i-au comandat elevului EVANGELISTA TORRICELLI să o rezolve. TORRICELLI a reușit să măsoare pentru prima dată presiunea aerului.
BLAISE PASCAL, care a aflat despre acest lucru, a construit primul barometru. OTTO VON GUERICKE a devenit faimos în lume cu „emisferele sale din Magdeburg”, cu care a demonstrat impresionant efectul presiunii aerului în 1654. Presiunea aerului este un tip special de presiune gravitațională. Se produce prin greutatea coloanei de aer (atmosferă) și, prin urmare, este cel mai mare la sol. Presiunea normală a aerului la 0 ° C la nivelul mării se numește presiune standard. Are o sumă de
1.013,25 hPa = 1.013,25 mbar = 101,325 kPa = 760 Torr.

Descoperirea presiunii aerului a fost strâns legată de căutarea unui vid.

Din cele mai vechi timpuri s-a crezut că nu poate exista vid. Cum ar trebui să existe ceva în „nimic”? ARISTOTLE (în jurul anului 384-322 î.Hr.) a considerat că natura are o „groază de gol” (horror vacui). Acest principiu a fost valabil până în Evul Mediu.

Primele investigații asupra presiunii aerului

În jurul anului 1630, celebrul naturalist italian GALILEO GALILEI (1564-1642) a fost conștientizat de constructorii de fântâni cu privire la problema că puteau ridica apa de la o adâncime de aproximativ 10 m cu pompele lor. El i-a comandat elevului său EVANGELISTA TORRICELLI (1608-1647) să investigheze această problemă.

TORRICELLI (Fig. 1) a experimentat cu tuburi lungi umplute cu mercur în loc de apă. Mercurul are o densitate mult mai mare decât apa. În timpul acestor experimente, el a descoperit că coloana de mercur dintr-un tub umplut cu mercur, care a fost răsturnat și plasat în mercur cu deschiderea îndreptată în jos, s-a scufundat până când avea doar aproximativ 760 mm lungime.

Cercetări suplimentare privind presiunea aerului

Exploratorul francez BLAISE PASCAL (1623-1662) a aflat și el despre descoperirea lui TORRICELLI. Odată cu configurarea testului TORRICELLI, el a fost primul care a determinat fluctuațiile presiunii aerului și a inventat primul barometru. PASCAL a fost de părere că presiunea aerului se datorează greutății aerului. El a tras concluzia că apoi presiunea aerului cu creșterea altitudinii, de ex. B. când urcați un munte, trebuie să scadă. Întrucât el însuși nu a avut ocazia să efectueze experimentul în acel moment, i-a scris cumnatului său PERIER în orașul său natal Clermont, la 15 noiembrie 1647. El i-a cerut să verifice dacă un barometru din apropiatul Puy-de-Domê, cu o înălțime de aproximativ 900 m, arată o valoare mai mică decât în Clermont. PERIER a fost gata și a efectuat experimentul pe 19 septembrie 1648 cu mare grijă. Rezultatul a confirmat prezumția, care a infirmat în cele din urmă conceptul de „horror vacui”.

EVANGILASTA TORRICELLI (1608-1647)

Figura 2 prezintă setarea testului de către TORRICELLI. Presiunea gravitațională a acestei coloane de mercur lungă de 760 mm trebuia echilibrată cu presiunea aerului. Se pare că era un vid deasupra coloanei. Presiunea de 760 mm de mercur corespunde presiunii normale a aerului (presiune standard). În onoarea lui TORRICELLI, unitatea corespunzătoare pentru presiunea aerului a fost numită ulterior 1 Torr:

1 Torr ≙ 1 mm de mercur 760 Torr ≙ 760 mm de mercur

O investigație similară cu apă arată: Coloana de apă , care exercită o presiune normală a aerului și astfel corespunde presiunii aerului, are o lungime de 10,33 m. Acesta este și motivul pentru care o pompă de aspirație poate pompa apă numai de la o adâncime de până la aproximativ 10 m.
Următorul citat dintr-o scrisoare către prietenul său descrie în mod clar una dintre încercările lui TORRICELLI de a explica rezultatele sale:

„Se poate presupune că forța care împiedică căderea mercurului, în funcție de natura sa, acționează în interiorul vasului, fie din vid, fie din o substanță foarte diluată. Dar sunt convins că efectul vine din exterior. Căci există o coloană de aer înaltă de cincizeci de mile pe suprafața exterioară a mercurului. Așadar, nu este deloc surprinzător faptul că mercurul pătrunde în tubul de sticlă și crește atât de sus încât ajunge în echilibru cu greutatea presiunii externe care exercită aerul. "
(De la: E. TORRICELLI: Scrisoare către RICCI din 11 iunie 1644)

Experimentul lui TORRICELLI asupra presiunii aerului

La Magdeburg, OTTO VON GUERICKE (1602-1686) a experimentat cu pompe independent de TORRICELLI și PASCAL și a inventat pompa de aer. A devenit faimos în lume prin „emisferele Magdeburg”.
OTTO VON GUERICKE (Fig. 3) a studiat mai întâi dreptul la Leipzig, Helmstedt și Jena și apoi matematică, mecanică și construcții la Leiden, Olanda. În orașul său natal Magdeburg, la care s-a întors în 1626, a devenit consilier și mai târziu primar.

În plus, GUERICKE s-a ocupat de întrebarea dacă există un spațiu gol, un vid. În acest scop, a efectuat numeroase studii experimentale. Una dintre ideile sale a fost următoarea: Dacă umpleți complet un butoi cu apă și apoi pompați această apă, atunci butoiul ar trebui să fie gol după aceea. Ar trebui să existe un vid în el.
Realizarea experimentală a acestei idei s-a confruntat cu mari dificultăți: De îndată ce o parte din apă a fost pompată din butoi, aerul a fluierat prin toate fisurile din butoi. Când se utilizează o bilă cu pereți subțiri, aceasta a fost complet comprimată de presiunea aerului. Doar o construcție mult mai stabilă constând din două emisfere a rezistat presiunii enorme.

OTTO VON GUERICKE (1602-1686)

În 1654 GUERICKE a realizat celebrul său experiment cu cele două emisfere din fața Regensburg Reichstag (Fig. 4). Aerul a fost pompat din cele două emisfere asamblate într-o sferă. Șaisprezece cai nu au reușit să depășească presiunea aerului care a ținut emisferele laolaltă. În cinstea orașului natal GUERICKES, astfel de emisfere sunt acum numite „emisfere Magdeburg”.

Fizicianul și chimistul irlandez ROBERT BOYLE (1627-1691) îi datorăm investigații suplimentare în fizica gazelor. Un subiect principal al investigațiilor sale fizice au fost experimentele cu pompa de aer, pe care le-a îmbunătățit semnificativ. Cea mai semnificativă descoperire a sa a fost legea privind relația dintre volum și presiunea aerului, numită după el și franceza MARIOTTE.

Celebrul experiment cu emisferele Magdeburg

Crearea presiunii aerului

Crearea presiunii aerului poate fi ilustrată cu o schiță (Fig. 2): Dacă sunteți de ex. B. la sol, greutatea coloanei de aer de mai sus acționează asupra unei zone A în acest moment. Forța pe zonă este egală cu presiunea exercitată de coloana de aer. Presiunea aerului este astfel o presiune gravitațională, similară cu presiunea gravitațională din lichide.
Dacă, pe de altă parte, vă aflați la o înălțime mai mare, coloana de aer de deasupra are o înălțime mai mică. Presiunea aerului este mai mică. Dar nu există o relație proporțională între înălțimea de deasupra solului și presiunea aerului.

Presiunea standard

Presiunea normală a aerului la nivelul mării la 0 ° C se numește presiune standard. Este de 101,325 kPa. Presiunea aerului, precum și presiunea standard sunt uneori date în alte unități. Unitățile unui milibar (1 mbar), un hectopascal (1 hPa) sau un torr (1 torr) sunt, de asemenea, obișnuite pentru presiunea aerului. Se aplică următoarele:

101,325 kPa = 1.013,25 mbar
101,325 kPa = 1.013,25 hPa
101,325 kPa = 760 Torr = 10,33 m coloană de apă

Presiunea aerului fluctuează în jurul acestei presiuni standard și are de obicei valori cuprinse între 970 hPa pentru o zonă de presiune scăzută și până la
1.030 hPa pentru o zonă de înaltă presiune.

Măsurarea presiunii aerului

Dispozitivele pentru măsurarea presiunii aerului se numesc barometru. Sunt manometre special concepute pentru măsurarea presiunii aerului și au un domeniu de măsurare în jurul presiunii standard. Informații mai detaliate pot fi găsite sub cuvântul cheie „Barometru”.

Presiunea aerului este creată de aerul însuși. Presiunea gravitațională este creată de greutatea coloanei de aer (atmosferă).

Dependența presiunii aerului de altitudine
Presiunea aerului depinde de înălțimea deasupra solului. Se aplică următoarele:

Presiunea aerului scade odată cu creșterea altitudinii.

O diagramă a presiunii aerului-altitudine arată relația mai precis (Fig. 6): Presiunea aerului scade mai întâi brusc cu creșterea altitudinii, apoi din ce în ce mai puțin. Cu toate acestea, nu există proporționalitate între altitudine și presiunea aerului. Se aplică așa-numita formulă de altitudine barometrică:

p = p 0 ⋅ e - ρ 0 ⋅ g ⋅ h p 0 p 0 presiune standard e Numărul lui Euler ρ 0 densitatea aerului la presiunea standard g factor spațial (accelerație datorită gravitației) h înălțime deasupra suprafeței terestre

De exemplu, presiunea aerului pe cel mai înalt munte din Germania, Zugspitze (înălțime: 2.962 m), este încă în jur de 700 hPa. Pe cel mai înalt munte de pe pământ, Muntele Everest (8.848 m), este doar în jurul valorii de 340 hPa și la altitudinea de zbor aeronavele moderne de pasageri (10.000 m) încă 290 hPa.
Dependența presiunii aerului de altitudine este utilizată în altimetri. Deoarece presiunea depinde de altitudine, se aplică următoarele: Pentru fiecare altitudine presiunea normală a aerului are o anumită valoare. Dacă măsurați presiunea aerului, puteți deduce altitudinea din aceasta.