В уроці 24 «Тиск газу» з курсу «Хімія для чайників» розглянемо пристрій і принцип дії ртутного барометра, а також дамо визначення тиску і розглянемо його одиниці виміру. Чи не пройдіть повз вступного уроку в главу «Закони газового стану», якщо ви його ще не читали.
ртутний барометр
Якщо скляну трубку, закриту з одного кінця, наповнити ртуттю (Hg), а потім перевернути відкритим кінцем в посудину з ртуттю, як показано на малюнку 3-1 (а), рівень ртуті в трубці буде опускатися до тих пір, поки висота ртутного стовпчика над поверхнею ртуті в посудині не досягне приблизно 760 міліметрів (мм).
Тиск, який чиниться на поверхню ртуті в посудині вагою ртутного стовпчика в трубці, в точності врівноважується тиском навколишньої атмосфери. Внаслідок рівності цих тисків, що діють в протилежних напрямках, ртуть більше не виливається з трубки. Подібний пристрій називається ртутним барометром. Його винайшов і вперше протестував італійський математик і фізик Еванджеліста Торрічеллі для вимірювання атмосферного тиску. Торрічеллі показав, що висота стовпчика ртуті в барометричної трубці НЕ залежить від форми і розмірів трубки, а тому, визначається не вагою ртутного стовпчика, а тиском у його заснування. Атмосферний тиск на рівні моря підтримує стовпчик ртуті висотою 760 мм (в середньому). Оскільки в старовину для вимірювання тиску користувалися саме ртутними барометрами, то в якості одиниці вимірювання тиску застосовувався «міліметр ртутного стовпа«.
Одиниці виміру тиску
Тиск визначається як сила, що діє на одиницю площі (P = F / A), і тому в системі СІ одиницею тиску є паскаль (Па), який визначається як сила в 1 ньютон, діюча на площу в 1 квадратний метр (Н / м2). Для тих, хто погано вчив фізику, нагадую, що ньютон є силою, яка надає тілу масою 1 кг прискорення 1 м / c2.
Приклад 1. Щільність рідкої ртуті дорівнює 13,596 г / см3. Чому буде дорівнює 1 мм ртутного стовпа (1 мм Hg) в паскалях?
Рішення
Уявімо собі розлитий на столі шар ртуті площею 1 м2 і товщиною 1 мм. Переведемо спочатку все розміри цього шару в сантиметри; тоді його обсяг виразиться як:
- 0,100 см × 100 см × 100 см = 1000 см3
Щільність рідкої ртуті дорівнює 13,596 г / см3, тобто маса 1 кубічного сантиметра ртуті становить 13,596 г, а знаючи це, неважко встановити, що маса шару дорівнює:
- 1000 см3 × 13,596 г / см3 = 13 596 г = 13,596 кг
Вага цього шару можна знайти як добуток його маси на прискорення сили тяжіння, що дорівнює g = 9,8 м / c2; таким чином, сила, з якою розглядається шар ртуті тисне на стіл, дорівнює:
- F = m · g = 13,596 кг × 9,806 м / c2 = 133,32 кг · м · с2 = 133,32 Н
Оскільки площа шару ртуті дорівнює дорівнює 1 м2, який чиниться їм на стіл тиск визначається як:
- P = F / A = 133,32 Н / 1 м2 = 133,32 Н / м2 = 133,32 Паскаля (Па)
Приклад 2. Стандартне тиск на рівні моря вважається рівним точно 760 мм Hg. Висловіть це тиск в паскалях.
Рішення:
З прикладу 1 ми вже знаємо, що тиск 1 мм Hg еквівалентно 133,32 Па. отже:
- 760 мм Hg × 133,32 Па / мм = 101 323 Па
Паскаль - занадто маленька одиниця для вимірювання тиску газів, подібно до того як кубічний метр - занадто незручна одиниця для вимірювання обсягів рідин в лабораторних умовах. Тому зазвичай тиск газів вимірюють в стандртних атмосферах:
- 1 атмосфера (атм) = 101 325 Па = 760 мм Hg
Приклад 3. У горах, висота яких становить близько 2500 м над рівнем моря, атмосферний тиск приблизно дорівнює 3/4 тиску на рівні моря. Висловіть це тиск в стандартних атмофсеру, паскалях і міліметрах ртутного стовпа.
Відповідь: тиск одно 0,750 атм, 76 000 Па або 570 мм Hg
Сподіваюся урок 24 «Тиск газу» допоміг створити певне уявлення про поняття тиску і його одиницях виміру. Якщо у вас виникли питання, пишіть їх в коментарі. Якщо питань немає, то переходите до наступного уроку.
