Tlak je... Tlak v plinih in njegova odvisnost od različnih dejavnikov

Tlak je fizikalna veličina, ki jo izračunamo tako, da delimo tlačno silo s površino, na katero sila deluje. Moč pritiska je odvisna od teže. Vsak fizični predmet deluje pod pritiskom, ker ima vsaj nekaj teže. Članek bo podrobno obravnaval tlak v plinih. Primeri bodo ponazorili, od česa je odvisna in kako se spreminja.

Razlike v tlačnih mehanizmih med trdnimi snovmi, tekočinami in plini

Kakšna je razlika med tekočinami, trdnimi snovmi in plini?? Prva dva imata prostornino. Trdne snovi ohranijo svojo obliko. Plin v posodi zavzame ves prostor v posodi. To je posledica dejstva, da molekule plina praktično ne vplivajo druga na drugo. Mehanizem plinskega tlaka se zato precej razlikuje od mehanizma pri tekočinah in trdnih snoveh.

Pustite utež, da pade na mizo. Pod vplivom gravitacije bi se utež še naprej premikala po mizi navzdol, vendar se to ne zgodi. Zakaj? Ker se molekule mize približujejo molekulam, iz katerih je sestavljena utež, se razdalja med njimi tako zmanjša, da med delci uteži in mize nastane odbojna sila. V plinih je položaj precej drugačen.

Atmosferski tlak

Preden začnemo obravnavati tlak plinastih snovi, predstavimo pojem, brez katerega ni možna nadaljnja razlaga: atmosferski tlak. To je učinek zraka, ki nas obdaja (ozračje). Zrak se nam le zdi, da je breztežnosten, v resnici pa ima težo, in da bi to dokazali, bomo poskusili.

Zrak v steklenem kozarcu bomo stehtali. Vstavi se skozi gumijasto cevko v vratu. Zrak odstranimo z vakuumsko črpalko. Stehtamo bučko brez zraka, nato odpremo pipo, in ko pride zrak, se njegova teža prišteje k teži bučke.

Tlak v posodi

Poglejmo, kako plini delujejo na stene posode. Plinske molekule praktično ne vplivajo druga na drugo, vendar se tudi ne razletijo. Tako dosežejo stene plovila, nato pa se vrnejo nazaj. Ko molekula trči ob steno, njen udarec deluje na posodo z določeno silo. Ta sila je kratkotrajna.

Še en primer. Vrzi žogico v kos kartona, žogica se odbije nazaj, karton pa se rahlo odkloni. Žogico zamenjajte s peskom. Udarec bo majhen, niti ga ne bomo slišali, vendar se bo njegova moč kopičila. Pločevina se trajno odkloni.

Zdaj vzemimo najmanjše delce, kot so delci zraka, ki jih imamo v pljučih. Če pihnemo v karton, se bo ta odklonil. Zračne molekule udarijo ob karton, zato nastane sila. Kaj je ta sila?? Gre za moč pritiska.

Sklepamo, da je tlak plina posledica trka molekul plina ob stene posode. Mikroskopske sile, ki delujejo na stene, se seštevajo in dobimo tako imenovano silo pritiska. Rezultat deljenja sile s površino je tlak.

Zato se postavlja vprašanje, zakaj se kos kartona ne odkloni, če ga držite v roki? ker je v plinu, ki je zrak. Udarci molekul zraka na eni in drugi strani lista se namreč medsebojno izravnajo. Kako lahko preverimo, ali molekule zraka res udarjajo ob steno?? To lahko storimo tako, da odstranimo vpliv molekul na eni strani, na primer s črpanjem zraka.

Eksperiment

Obstaja posebna naprava, imenovana vakuumska črpalka. To je stekleni ovoj na vakuumski plošči. Na njem je gumijasto tesnilo, tako da med pokrovčkom in ploščo ni vrzeli, zato se hermetično ujemata. Proti vakuumu aparat je pritrjen manometer, ki meri razliko v tlaku med zrakom zunaj in pod zvonom. Pipa omogoča priključitev cevi do črpalke v prostor pod pokrovom motorja.

Pod pokrov motorja vstavimo rahlo napihnjen balon. Ker je balon nekoliko napihnjen, se molekule znotraj in zunaj balona izravnajo. Kroglico pokrijte s pokrovom, vklopite vakuumsko črpalko, odprite pipo. Na manometru vidimo, da se razlika med zrakom znotraj in zunaj povečuje. Kaj pa zračni balon? Poveča se. Tlak, tj. molekule, ki udarjajo ob zunanjo stran balona, je vedno manjši. Delci zraka v notranjosti balona ostanejo, primanjkuje izravnave za udarce od zunaj in od znotraj. Prostornina balona se povečuje, ker silo pritiska molekul zraka od zunaj delno prevzame elastična sila gume.

Zdaj zaprite pipo, izklopite črpalko, ponovno odprite pipo in odklopite cev, da se zrak izpusti pod zvon. Kroglica se bo začela zmanjševati. Ko je tlačna razlika med zunanjostjo in notranjostjo zvona enaka nič, je zvon enako velik, kot je bil pred poskusom. Ta poskus dokazuje, da je mogoče videti tlak z na eni strani je večji od drugega. е. če se plin na eni strani odstrani, na drugi pa pusti.

Zaključek je naslednji: tlak je količina, ki jo določa vpliv molekul, vendar je vpliv lahko številčnejši in manj številčen. Bolj ko pritisk udari na steno posode, višji je pritisk. Večja kot je hitrost molekul ob steni posode, večji je tudi tlak, ki ga ustvarja plin.

Odvisnost prostornine od tlaka

Recimo, da imamo v očesu določeno maso, tj. določeno število molekul. V poskusih, ki si jih bomo ogledali, se ta količina ne spremeni. Plin je v valju z batom. Bat se lahko premika navzgor in navzdol. Zgornji del jeklenke je odprt, nanj namestimo elastično gumijasto folijo. Plinski delci udarijo ob stene posode in folijo. Ko je zračni tlak znotraj in zunaj enak, je folija ravna.

Če bat premaknete navzgor, bo število molekul ostalo enako, razdalja med njimi pa se bo zmanjšala. Gibala se bosta z enako hitrostjo, njuna masa se ne bo spremenila. Vendar bo število udarcev večje, ker mora molekula prepotovati krajšo razdaljo, da doseže steno. Zaradi tega se mora tlak povečati in film se mora upogniti navzven. Zato se z zmanjševanjem prostornine tlak plina povečuje, vendar pod pogojem, da masa plina in temperatura ostaneta nespremenjeni.

Če bat premikate navzdol, se razdalja med molekulami poveča, posledično pa se poveča tudi čas, ki ga potrebujejo, da dosežejo stene valja in film. Učinek bo manj pogost. Plin zunaj jeklenke ima višji tlak kot plin v jeklenki. Zato se bo folija upognila navznoter. Sklep: tlak je vrednost, ki je odvisna od prostornine.

Tlak glede na temperaturo

Predpostavimo, da imamo posodo s plinom pri nizki temperaturi in posodo z istim plinom v enaki količini pri visoki temperaturi. Pri vsaki temperaturi je tlak plina posledica udarca molekul. Število molekul plina v obeh posodah je enako. Prostornina je enaka, zato je razdalja med molekulami enaka.

Z višanjem temperature se delci začnejo gibati hitreje. Posledično se povečata število in moč udarcev v bok plovila.

Naslednja izkušnja pomaga potrditi trditev, da se z naraščajočo temperaturo plina povečuje tudi njegov tlak.

jemanje steklenice z vratom, prekritim z balonom. Damo ga v posodo z vroče vode. Videli bomo, da se balon napihne. Če vodo v posodi spremenite v hladno in vanjo postavite steklenico, se balon napihne in celo umakne v notranjost.