La pressió és una magnitud física que es calcula de la següent manera: divideix la força de pressió per l'àrea sobre la qual actua aquesta força. La força de pressió ve determinada pel pes. Qualsevol objecte físic exerceix pressió perquè té almenys una mica de pes. L'article tractarà detalladament la pressió dels gasos. Els exemples il·lustraran de què depèn i com canvia.
La diferència en els mecanismes de pressió de les substàncies sòlides, líquides i gasoses
Quina diferència hi ha entre líquids, sòlids i gasos? Els dos primers tenen volum. Els cossos sòlids conserven la seva forma. Un gas col·locat en un recipient ocupa tot el seu espai. Això es deu al fet que les molècules de gas pràcticament no interaccionen entre elles. Per tant, el mecanisme de pressió del gas és significativament diferent del mecanisme de pressió de líquids i sòlids.
Deixem el pes a la taula. Sota la influència de la gravetat, el pes continuaria movent-se cap avall a través de la taula, però això no passa. Per què? Perquè les molècules de la taula s'apropen a les molècules des dedel qual es fa el pes, la distància entre ells disminueix tant que entre les partícules del pes i la taula sorgeixen forces repulsives. En els gasos, la situació és completament diferent.
Presió atmosfèrica
Abans de considerar la pressió de les substàncies gasoses, introduïm un concepte sense el qual no hi ha més explicacions: la pressió atmosfèrica. Aquest és l'efecte que té l'aire (atmosfera) que ens envolta. L'aire només ens sembla sense pes, de fet té pes, i per demostrar-ho, fem un experiment.
Pesarem l'aire en un recipient de vidre. Hi entra per un tub de goma al coll. Traieu l'aire amb una bomba de buit. Pesem el matràs sense aire, obrim l'aixeta i, quan entri l'aire, el seu pes s'afegirà al pes del matràs.
Pressió al recipient
Anem a esbrinar com actuen els gasos a les parets dels vaixells. Les molècules de gas pràcticament no interaccionen entre elles, però no es dispersen les unes de les altres. Això vol dir que encara arriben a les parets del vaixell i després tornen. Quan una molècula colpeja la paret, el seu impacte actua sobre el vas amb certa força. Aquest poder és de curta durada.
Un altre exemple. Llancem una pilota a un full de cartró, la pilota rebotarà i la cartolina es desviarà una mica. Substituïm la pilota per sorra. Els impactes seran minúsculs, ni tan sols els escoltarem, però el seu poder augmentarà. El full serà rebutjat constantment.
Ara anem a prendre les partícules més petites, per exemple les partícules d'aire que tenim als pulmons. Bufem sobre el cartró, i es desviarà. Forcemles molècules d'aire xoquen contra el cartró, com a resultat, hi actua una força. Què és aquest poder? Aquesta és la força de la pressió.
Concloem: la pressió del gas és causada pels impactes de les molècules de gas a les parets del vaixell. Les forces microscòpiques que actuen sobre les parets se sumen i obtenim el que s'anomena força de pressió. El resultat de dividir la força per àrea és la pressió.
Sorgeix la pregunta: per què, si agafes un full de cartró a la mà, no es desvia? Després de tot, està al gas, és a dir, a l'aire. Perquè els cops de molècules d'aire d'un costat i de l' altre costat de la làmina s'equilibren. Com comprovar si les molècules d'aire realment toquen la paret? Això es pot fer eliminant els impactes de les molècules d'un costat, per exemple, bombejant aire.
Experiment
Hi ha un dispositiu especial: una bomba de buit. Aquest és un pot de vidre en un plat al buit. Té una junta de goma perquè no hi hagi espai entre la tapa i la placa perquè s'ajustin bé entre si. A la unitat de buit s'adjunta un manòmetre, que mesura la diferència de pressió de l'aire fora i sota el capó. L'aixeta permet connectar la mànega que condueix a la bomba a l'espai sota el capó.
Coloqueu un globus lleugerament inflat sota la tapa. Com que està lleugerament inflada, es compensen els impactes de les molècules dins i fora de la pilota. Tapem la pilota amb un tap, encenem la bomba de buit, obrim l'aixeta. Al manòmetre, veurem que la diferència entre l'aire de dins i l'exterior va creixent. Què passa amb un globus? Augmenta de mida. La pressió, és a dir, els impactes de les molèculesfora de la pilota, cada cop més petita. Queden partícules d'aire a l'interior de la pilota, es viola la compensació dels cops des de l'exterior i des de l'interior. El volum de la pilota creix a causa del fet que la força de pressió de les molècules d'aire des de l'exterior és parcialment absorbida per la força elàstica de la goma.
Ara tanqueu l'aixeta, tanqueu la bomba, torneu a obrir l'aixeta, desconnecteu la mànega per deixar aire sota la tapa. La bola començarà a reduir-se de mida. Quan la diferència de pressió fora i sota la tapa sigui zero, tindrà la mateixa mida que abans de l'inici de l'experiment. Aquesta experiència demostra que pots veure la pressió amb els teus propis ulls si és més gran d'un costat que de l' altre, és a dir, si s'elimina el gas d'un costat i es deixa a l' altre.
La conclusió és aquesta: la pressió és una quantitat que ve determinada pels impactes de les molècules, però els impactes poden ser més i menys nombrosos. Com més cops a les parets del recipient, més gran serà la pressió. A més, com més gran sigui la velocitat de les molècules que xoquen contra les parets del recipient, més gran serà la pressió produïda per aquest gas.
Dependència de la pressió sobre el volum
Diguem que tenim una massa determinada de l'ull, és a dir, un cert nombre de molècules. En el transcurs dels experiments que tindrem en compte, aquesta quantitat no varia. El gas està en un cilindre amb un pistó. El pistó es pot moure cap amunt i cap avall. La part superior del cilindre està oberta, li posarem una pel·lícula de goma elàstica. Les partícules de gas xoquen contra les parets del recipient i la pel·lícula. Quan la pressió de l'aire a l'interior i a l'exterior és la mateixa, la pel·lícula és plana.
Si moveu el pistó cap amunt,el nombre de molècules es mantindrà igual, però la distància entre elles disminuirà. Es mouran a la mateixa velocitat, la seva massa no canviarà. Tanmateix, el nombre de cops augmentarà perquè la molècula ha de recórrer una distància més curta per arribar a la paret. Com a resultat, la pressió hauria d'augmentar i la pel·lícula s'hauria de doblegar cap a fora. Per tant, amb una disminució de volum, la pressió d'un gas augmenta, però això sempre que la massa del gas i la temperatura es mantinguin sense canvis.
Si mous el pistó cap avall, augmentarà la distància entre les molècules, la qual cosa significa que també augmentarà el temps que trigaran a arribar a les parets del cilindre i la pel·lícula. Els hits es tornaran més rars. El gas a l'exterior té una pressió superior a la de l'interior del cilindre. Per tant, la pel·lícula es doblegarà cap a dins. Conclusió: la pressió és una quantitat que depèn del volum.
Dependència de la pressió de la temperatura
Suposem que tenim un recipient amb un gas a baixa temperatura i un recipient amb el mateix gas en la mateixa quantitat a alta temperatura. A qualsevol temperatura, la pressió d'un gas es deu als impactes de les molècules. El nombre de molècules de gas als dos recipients és el mateix. El volum és el mateix, de manera que la distància entre les molècules segueix sent la mateixa.
A mesura que augmenta la temperatura, les partícules comencen a moure's més ràpid. En conseqüència, augmenta el nombre i la força dels seus impactes a les parets del vaixell.
L'experiment següent ajuda a verificar la correcció de l'afirmació que a mesura que augmenta la temperatura d'un gas, augmenta la seva pressió.
Preneuampolla, el coll de la qual es tanca amb un globus. Posa-ho en un recipient amb aigua calenta. Veurem que el globus està inflat. Si canvieu l'aigua del recipient a freda i hi poseu una ampolla, el globus es desinflarà i fins i tot es tirarà cap a dins.
