Откриване на въздушното налягане в учебното помагало за студент по лексика по физика
Историята на откриването на въздушното налягане се простира от древни времена до 17 век. Тя беше тясно свързана с търсенето на вакуума, вакуума. Около 1630 г. GALILEO GALILEI е бил осведомен за проблем от строители на кладенци, които са възложили на ученика си EVANGELISTA TORRICELLI да го реши. TORRICELLI успя да измери въздушното налягане за първи път.
BLAISE PASCAL, който разбра за това, построи първия барометър. OTTO VON GUERICKE стана световно известен със своите „полукълба на Магдебург“, с които демонстрира впечатляващо ефекта от въздушното налягане през 1654 година. Въздушното налягане е специален вид гравитационно налягане. Това се случва чрез теглото на въздушния стълб (атмосферата) и следователно е най-голямо на земята. Нормалното въздушно налягане при 0 ° C на морското равнище се нарича стандартно налягане. Той има сума от
1,013,25 hPa = 1,013,25 mbar = 101,325 kPa = 760 Torr.
Откриването на въздушното налягане беше тясно свързано с търсенето на вакуум.
От древни времена се смята, че не може да има вакуум. Как трябва да съществува нещо в „нищо“? АРИСТОТЪЛ (около 384-322 г. пр. Н. Е.) Приема, че природата е имала „ужас от празнота“ (horror vacui). Този принцип е бил валиден до Средновековието.
Първи изследвания на въздушното налягане
Около 1630 г. известният италиански натуралист ГАЛИЛЕО ГАЛИЛЕЙ (1564-1642) е бил осведомен за проблема от строителите на кладенци, че те могат да вдигат вода само от дълбочина около 10 м с техните помпи. Той възложи на своя ученик EVANGELISTA TORRICELLI (1608-1647) да разследва този проблем.
TORRICELLI (фиг. 1) експериментира с дълги тръби, пълни с живак вместо вода. Меркурий има много по-голяма плътност от водата. По време на тези експерименти той открива, че живачната колона в тръба, пълна с живак, която е обърната и поставена в живак с отвора, насочен надолу, потъва, докато е била дълга само около 760 mm.
Допълнителни изследвания на въздушното налягане
Френският изследовател BLAISE PASCAL (1623-1662) също научава за откритието на TORRICELLI. С тестовата настройка на TORRICELLI той първи определя колебанията на въздушното налягане и изобретява първия барометър. PASCAL беше на мнение, че налягането на въздуха се дължи на тежестта на въздуха. Той направи заключението, че тогава въздушното налягане с нарастваща надморска височина, напр. Б. при изкачване на планина, трябва да намалее. Тъй като самият той по това време не е имал възможност да проведе експеримента, той е писал на своя шурей ПЕРИЕ в родния си град Клермон на 15 ноември 1647 г. Той го помоли да провери дали барометърът на близкия около 900 м висок Пюи дьо Доме показва по-ниска стойност от тази в Клермон. PERIER беше готов и проведе експеримента на 19 септември 1648 г. с голямо внимание. Резултатът потвърди презумпцията, която накрая опроверга концепцията за „вакуум на ужасите“.
EVANGILASTA TORRICELLI (1608-1647)
Фигура 2 показва настройката на теста от TORRICELLI. Налягането на гравитацията на тази 760 мм дълга живачна колона трябваше да бъде балансирано с въздушното налягане. Явно над колоната имаше вакуум. Налягането от 760 mm живак съответства на нормалното въздушно налягане (стандартно налягане). В чест на TORRICELLI, съответната единица за въздушно налягане по-късно беше наречена 1 Torr:
1 Torr ≙ 1 mm живак 760 Torr ≙ 760 mm живак
Подобно разследване с вода показва: Водната колона , който упражнява нормално въздушно налягане и по този начин съответства на въздушното налягане, има дължина 10,33 m. Това е и причината, поради която смукателната помпа може да изпомпва вода само от дълбочина до около 10 m.
Следващият цитат от писмо до негов приятел ясно описва един от опитите на TORRICELLI да обясни резултатите си:
„Може да се приеме, че силата, която предотвратява падането на живака, в съответствие с неговото естество, действа вътре в съда или от вакуума, или от някое много разредено вещество. Но аз съм убеден, че ефектът идва отвън. Защото върху външната повърхност на живака има въздушна колона, висока петдесет мили. Така че в никакъв случай не е изненадващо, че живакът прониква в стъклената тръба и се издига толкова високо, че влиза в равновесие с тежестта на външното налягане, оказващо въздуха. "
(От: E. TORRICELLI: Писмо до RICCI от 11 юни 1644 г.)
Експериментът на TORRICELLI върху въздушното налягане
В Магдебург OTTO VON GUERICKE (1602-1686) експериментира с помпи независимо от TORRICELLI и PASCAL и изобретява въздушната помпа. Той стана световно известен чрез „полукълбите на Магдебург“.
OTTO VON GUERICKE (фиг. 3) изучава първо право в Лайпциг, Хелмщет и Йена, а след това математика, механика и строителство в Лайден, Холандия. В родния си град Магдебург, в който се завръща през 1626 г., той става съветник, а по-късно и кмет.
Освен това GUERICKE се занимаваше с въпроса дали има празно пространство, вакуум. За тази цел той провежда множество експериментални изследвания. Една от идеите му беше следната: Ако напълно напълните варел с вода и след това изпомпате тази вода, тогава цевта трябва да е празна след това. В него трябва да има вакуум.
Експерименталната реализация на тази идея се сблъска с големи трудности: Веднага след като част от водата беше изпомпана от цевта, въздухът свистеше през всички пукнатини в цевта. Когато се използва тънкостенна топка, тя е напълно компресирана от въздушното налягане. Само много по-стабилна конструкция, състояща се от две полукълба, устоя на огромния натиск.
OTTO VON GUERICKE (1602-1686)
През 1654 г. GUERICKE извършва известния си експеримент с двете полукълба пред Регенсбургския райхстаг (фиг. 4). Въздухът се изпомпва от двете полукълба, събрани в сфера. Шестнадесет коня не успяха да преодолеят налягането на въздуха, който държеше полукълбите заедно. В чест на родния град на GUERICKE такива полукълба сега се наричат "полукълба на Магдебург".
По-нататъшни разследвания по физиката на газовете дължим на ирландския физик и химик РОБЪРТ БОЙЛ (1627-1691). Основен предмет на неговите физически изследвания бяха експерименти с въздушната помпа, които той значително подобри. Най-значимото му откритие е законът за връзката между обема и налягането на въздуха, кръстен на него и френския MARIOTTE.
Известният експеримент с магдебургските полукълба
Създаване на въздушно налягане
Създаването на въздушното налягане може да бъде илюстрирано със скица (фиг. 2): Ако сте напр. Б. на земята, теглото на въздушната колона по-горе действа върху зона А в този момент. Силата на площ е равна на налягането, упражнявано от въздушната колона. По този начин налягането на въздуха е налягане на гравитацията, подобно на налягането на тежестта в течностите.
Ако, от друга страна, сте на по-голяма височина, въздушната колона отгоре има по-ниска височина. Налягането на въздуха е по-ниско. Но няма пропорционална връзка между височината над земята и въздушното налягане.
Стандартното налягане
Нормалното въздушно налягане на морското равнище при 0 ° C се нарича стандартно налягане. Това е 101,325 kPa. Въздушното налягане, както и стандартното налягане, понякога се дават в други единици. Единиците на милибар (1 mbar), хектопаскал (1 hPa) или torr (1 torr) също са често срещани за въздушното налягане. Прилага се следното:
101,325 kPa = 1,013,25 mbar
101,325 kPa = 1,013,25 hPa
101,325 kPa = 760 Torr = 10,33 m водна колона
Въздушното налягане варира около това стандартно налягане и обикновено има стойности между 970 hPa за зона с ниско налягане и до
1030 hPa за зона с високо налягане.
Измерване на въздушното налягане
Устройствата за измерване на въздушното налягане се наричат барометри. Те са манометри, които са специално проектирани за измерване на въздушното налягане и имат обхват на измерване около стандартното налягане. По-подробна информация можете да намерите под ключовата дума „Барометър“.
Въздушното налягане се създава от самия въздух. Гравитационното налягане се създава от теглото на въздушния стълб (атмосферата).
Зависимост на въздушното налягане от надморската височина
Налягането на въздуха зависи от височината над земята. Прилага се следното:
Налягането на въздуха намалява с увеличаване на надморската височина.
Диаграма въздушно налягане-височина показва връзката по-точно (фиг. 6): Въздушното налягане първо рязко намалява с увеличаване на надморската височина, след това все по-малко и по-малко. Няма обаче пропорционалност между надморската височина и въздушното налягане. Прилага се така наречената формула за барометрична височина:
p = p 0 ⋅ e - ρ 0 ⋅ g ⋅ h p 0 p 0 стандартно налягане e число на Ойлер ρ 0 плътност на въздуха при стандартно налягане g пространствен фактор (ускорение поради гравитацията) h височина над земната повърхност
Например въздушното налягане на най-високата планина в Германия, Цугшпитце (надморска височина: 2 962 м), все още е около 700 hPa. На най-високата планина на земята, връх Еверест (8 848 m), е само около 340 hPa и на височина на полета съвременните пътнически самолети (10 000 m) все още 290 hPa.
Зависимостта на въздушното налягане от височината се използва в висотомери. Тъй като налягането зависи от надморската височина, важи следното: Нормалното въздушно налягане има определена стойност за всяка надморска височина. Ако измервате въздушното налягане, можете да изведете надморската височина от него.