La pressione è una grandezza fisica che si calcola come segue: dividere la forza di pressione per l'area su cui agisce questa forza. La forza di pressione è determinata dal peso. Qualsiasi oggetto fisico esercita pressione perché ha almeno un certo peso. L'articolo discuterà in dettaglio la pressione nei gas. Gli esempi illustreranno da cosa dipende e come cambia.
La differenza nei meccanismi di pressione di sostanze solide, liquide e gassose
Qual è la differenza tra liquidi, solidi e gas? I primi due hanno volume. I corpi solidi mantengono la loro forma. Un gas posto in una nave occupa tutto il suo spazio. Ciò è dovuto al fatto che le molecole di gas praticamente non interagiscono tra loro. Pertanto, il meccanismo della pressione del gas è significativamente diverso dal meccanismo della pressione dei liquidi e dei solidi.
Mettiamo il peso sul tavolo. Sotto l'influenza della gravità, il peso continuerebbe a scendere attraverso il tavolo, ma ciò non accade. Come mai? Perché le molecole del tavolo si stanno avvicinando alle molecole daquale il peso è formato, la distanza tra loro diminuisce tanto che si creano forze repulsive tra le particelle del peso e la tavola. Nei gas la situazione è completamente diversa.
Pressione atmosferica
Prima di considerare la pressione delle sostanze gassose, introduciamo un concetto senza il quale ulteriori spiegazioni sono impossibili: la pressione atmosferica. Questo è l'effetto che ha l'aria (atmosfera) intorno a noi. Solo l'aria ci sembra priva di peso, infatti ha peso, e per dimostrarlo conduciamo un esperimento.
Peseremo l'aria in un recipiente di vetro. Vi entra attraverso un tubo di gomma nel collo. Rimuovere l'aria con una pompa a vuoto. Pesiamo il pallone senza aria, quindi apriamo il rubinetto e, quando l'aria entra, il suo peso sarà aggiunto al peso del pallone.
Pressione nel vaso
Capiamo come i gas agiscono sulle pareti dei vasi. Le molecole di gas praticamente non interagiscono tra loro, ma non si disperdono l'una dall' altra. Ciò significa che raggiungono ancora le pareti della nave e poi ritornano. Quando una molecola colpisce il muro, il suo impatto agisce sulla nave con una certa forza. Questo potere è di breve durata.
Un altro esempio. Lanciamo una palla su un foglio di cartone, la palla rimbalzerà e il cartone devierà leggermente. Sostituiamo la palla con la sabbia. Gli impatti saranno minimi, non li sentiremo nemmeno, ma il loro potere aumenterà. Il foglio verrà costantemente rifiutato.
Ora prendiamo le particelle più piccole, per esempio le particelle d'aria che abbiamo nei nostri polmoni. Soffiiamo sul cartone e si discosterà. Forziamole molecole d'aria colpiscono il cartone, di conseguenza, una forza agisce su di esso. Qual è questo potere? Questa è la forza della pressione.
Concludiamo: la pressione del gas è causata dall'impatto delle molecole di gas sulle pareti del recipiente. Le forze microscopiche che agiscono sulle pareti si sommano e otteniamo quella che viene chiamata forza di pressione. Il risultato della divisione della forza per area è la pressione.
La domanda sorge spontanea: perché, se prendi in mano un foglio di cartone, non si discosta? Dopotutto, è nel gas, cioè nell'aria. Perché gli impatti delle molecole d'aria sull'uno e sull' altro lato del foglio si bilanciano a vicenda. Come verificare se le molecole d'aria colpiscono davvero il muro? Questo può essere fatto rimuovendo gli impatti delle molecole su un lato, ad esempio pompando aria.
Esperimento
C'è un dispositivo speciale: una pompa a vuoto. Questo è un barattolo di vetro su un piatto sottovuoto. Ha una guarnizione in gomma in modo che non ci sia spazio tra il cappuccio e la piastra in modo che si adattino saldamente l'uno all' altro. Un manometro è collegato all'unità di aspirazione, che misura la differenza di pressione dell'aria all'esterno e sotto il cofano. Il rubinetto permette di collegare il tubo che porta alla pompa nello spazio sotto il cofano.
Posiziona un palloncino leggermente gonfio sotto il cappuccio. A causa del fatto che è leggermente gonfiato, gli impatti delle molecole all'interno e all'esterno della palla vengono compensati. Copriamo la palla con un tappo, accendiamo la pompa del vuoto, apriamo il rubinetto. Sul manometro vedremo che la differenza tra l'aria interna ed esterna è in aumento. E un palloncino? Aumenta di dimensioni. Pressione, cioè impatti delle molecolefuori dalla palla, sempre più piccolo. Le particelle d'aria all'interno della palla rimangono, la compensazione degli urti dall'esterno e dall'interno viene violata. Il volume della palla cresce a causa del fatto che la forza di pressione delle molecole d'aria dall'esterno è parzialmente assorbita dalla forza elastica della gomma.
Ora chiudi il rubinetto, spegni la pompa, riapri il rubinetto, scollega il tubo per far passare l'aria sotto il tappo. La palla inizierà a ridursi di dimensioni. Quando la differenza di pressione all'esterno e al di sotto del tappo è zero, avrà le stesse dimensioni di prima dell'inizio dell'esperimento. Questa esperienza dimostra che puoi vedere la pressione con i tuoi occhi se è maggiore da un lato che dall' altro, cioè se il gas viene rimosso da un lato e lasciato dall' altro.
La conclusione è questa: la pressione è una quantità che è determinata dagli impatti delle molecole, ma gli impatti possono essere più numerosi e meno numerosi. Più colpi sulle pareti della nave, maggiore è la pressione. Inoltre, maggiore è la velocità delle molecole che colpiscono le pareti del recipiente, maggiore è la pressione prodotta da questo gas.
Dipendenza della pressione dal volume
Diciamo che abbiamo una certa massa dell'occhio, cioè un certo numero di molecole. Nel corso degli esperimenti che prenderemo in considerazione, questa quantità non cambia. Il gas è in un cilindro con un pistone. Il pistone può essere spostato su e giù. La parte superiore del cilindro è aperta, su di essa metteremo una pellicola di gomma elastica. Le particelle di gas hanno colpito le pareti della nave e il film. Quando la pressione dell'aria all'interno e all'esterno è la stessa, la pellicola è piatta.
Se alzi il pistone,il numero di molecole rimarrà lo stesso, ma la distanza tra loro diminuirà. Si muoveranno alle stesse velocità, la loro massa non cambierà. Tuttavia, il numero di colpi aumenterà perché la molecola deve percorrere una distanza più breve per raggiungere il muro. Di conseguenza, la pressione dovrebbe aumentare e il film dovrebbe piegarsi verso l'esterno. Pertanto, al diminuire del volume, la pressione di un gas aumenta, ma ciò a condizione che la massa del gas e la temperatura rimangano invariate.
Se sposti il pistone verso il basso, la distanza tra le molecole aumenterà, il che significa che aumenterà anche il tempo impiegato per raggiungere le pareti del cilindro e la pellicola. I colpi diventeranno più rari. Il gas all'esterno ha una pressione maggiore di quella all'interno della bombola. Pertanto, il film si piegherà verso l'interno. Conclusione: la pressione è una quantità che dipende dal volume.
Dipende della pressione dalla temperatura
Supponiamo di avere un recipiente con un gas a bassa temperatura e un recipiente con lo stesso gas nella stessa quantità ad alta temperatura. A qualsiasi temperatura, la pressione di un gas è dovuta all'impatto delle molecole. Il numero di molecole di gas in entrambi i vasi è lo stesso. Il volume è lo stesso, quindi la distanza tra le molecole rimane la stessa.
Quando la temperatura aumenta, le particelle iniziano a muoversi più velocemente. Di conseguenza, il numero e la forza dei loro impatti sulle pareti della nave aumenta.
Il seguente esperimento aiuta a verificare la correttezza dell'affermazione che all'aumentare della temperatura di un gas, la sua pressione aumenta.
Prendibottiglia, il cui collo è chiuso con un palloncino. Mettilo in un contenitore di acqua calda. Vedremo che il palloncino è gonfiato. Se cambi l'acqua nel contenitore in modo che sia fredda e ci metti una bottiglia, il palloncino si sgonfierà e verrà persino tirato dentro.
