Slėgis yra fizikinis dydis, kuris apskaičiuojamas taip: padalinkite slėgio jėgą iš srities, kurią ši jėga veikia. Slėgio jėgą lemia svoris. Bet koks fizinis objektas daro spaudimą, nes turi bent šiek tiek svorio. Straipsnyje bus išsamiai aptariamas slėgis dujose. Pavyzdžiai parodys, nuo ko tai priklauso ir kaip tai keičiasi.
Kietų, skystų ir dujinių medžiagų slėgio mechanizmų skirtumas
Kuo skiriasi skysčiai, kietosios medžiagos ir dujos? Pirmieji du turi tūrį. Kietieji kūnai išlaiko savo formą. Dujos, patalpintos į indą, užima visą jo erdvę. Taip yra dėl to, kad dujų molekulės praktiškai nesąveikauja viena su kita. Todėl dujų slėgio mechanizmas labai skiriasi nuo skysčių ir kietųjų medžiagų slėgio mechanizmo.
Padėkime svorį ant stalo. Gravitacijos įtakoje svoris ir toliau judėtų žemyn per stalą, bet taip neatsitinka. Kodėl? Kadangi lentelės molekulės artėja prie molekulių iškurio svoris yra pagamintas, atstumas tarp jų sumažėja tiek, kad tarp svarelio dalelių ir stalo atsiranda atstumiamos jėgos. Su dujomis padėtis visiškai kitokia.
Atmosferos slėgis
Prieš svarstydami dujinių medžiagų slėgį, pristatykime sąvoką, be kurios tolesni paaiškinimai neįmanomi – atmosferos slėgis. Tai yra mus supančio oro (atmosferos) poveikis. Oras mums tik atrodo nesvarus, iš tikrųjų jis turi svorį, ir norėdami tai įrodyti, atlikime eksperimentą.
Sversime orą stikliniame inde. Ten jis patenka per guminį vamzdelį kakle. Pašalinkite orą vakuuminiu siurbliu. Pasverkime kolbą be oro, tada atidarykime čiaupą, o kai oras pateks, jo svoris bus pridėtas prie kolbos svorio.
Slėgis inde
Išsiaiškinkime, kaip dujos veikia indų sieneles. Dujų molekulės praktiškai nesąveikauja viena su kita, bet ir neišsisklaido viena nuo kitos. Tai reiškia, kad jie vis tiek pasiekia indo sieneles, o paskui grįžta. Kai molekulė atsitrenkia į sieną, jos smūgis tam tikra jėga veikia indą. Ši galia yra trumpalaikė.
Kitas pavyzdys. Meskime kamuolį į kartono lakštą, kamuolys atšoks, o kartonas šiek tiek nukryps. Pakeiskime kamuolį smėliu. Smūgiai bus nedideli, mes jų net negirdėsime, bet jų galia sustiprės. Lapas bus nuolat atmetamas.
Dabar paimkime mažiausias daleles, pavyzdžiui, oro daleles, kurias turime plaučiuose. Pučiame ant kartono, ir jis nukryps. Mes priverčiameoro molekulės atsitrenkia į kartoną, todėl jį veikia jėga. Kas tai per galia? Tai yra slėgio jėga.
Padarykite išvadą: dujų slėgis susidaro dėl dujų molekulių poveikio indo sienelėms. Mikroskopinės jėgos, veikiančios sienas, sumuojasi ir gauname vadinamąją slėgio jėgą. Jėgos padalijimo iš ploto rezultatas yra slėgis.
Kyla klausimas: kodėl, paėmus į ranką kartono lakštą, jis nenukrypsta? Juk tai yra dujose, tai yra ore. Kadangi oro molekulių poveikis vienoje ir kitoje lapo pusėje subalansuoja vienas kitą. Kaip patikrinti, ar oro molekulės tikrai atsitrenkia į sieną? Tai galima padaryti pašalinus molekulių poveikį vienoje pusėje, pavyzdžiui, išpumpuojant orą.
Eksperimentas
Yra specialus prietaisas – vakuuminis siurblys. Tai stiklinis indas ant vakuuminės plokštės. Jame yra guminis tarpiklis, kad tarp dangtelio ir plokštės nebūtų tarpo, kad jie tvirtai priglustų vienas prie kito. Prie vakuuminio bloko pritvirtintas manometras, kuris matuoja oro slėgio skirtumą lauke ir po gaubtu. Maišytuvas leidžia žarną, vedančią į siurblį, prijungti prie vietos po gaubtu.
Padėkite šiek tiek pripūstą balioną po dangteliu. Dėl to, kad jis yra šiek tiek pripūstas, kompensuojamas molekulių poveikis rutulio viduje ir išorėje. Uždengiame rutulį dangteliu, įjungiame vakuuminį siurblį, atidarome čiaupą. Ant manometro pamatysime, kad oro skirtumas viduje ir išorėje didėja. O kaip su balionu? Jis didėja dydžiu. Slėgis, tai yra molekulių poveikisuž kamuolio ribų, mažėja. Kamuolio viduje lieka oro dalelės, pažeidžiama smūgių iš išorės ir iš vidaus kompensacija. Rutulio tūris didėja dėl to, kad oro molekulių slėgio jėgą iš išorės iš dalies perima gumos tamprumo jėga.
Dabar uždarykite čiaupą, išjunkite siurblį, vėl atidarykite čiaupą, atjunkite žarną, kad oras patektų po dangteliu. Rutulys pradės mažėti. Kai slėgio skirtumas lauke ir po dangteliu yra lygus nuliui, jis bus tokio pat dydžio, koks buvo prieš pradedant eksperimentą. Ši patirtis įrodo, kad slėgį galite pamatyti savo akimis, jei vienoje pusėje jis didesnis nei kitoje, t. y. jei dujos iš vienos pusės pašalinamos, o kitoje paliekamos.
Išvada tokia: slėgis yra dydis, kurį lemia molekulių poveikis, tačiau poveikių gali būti daugiau ir mažiau. Kuo daugiau smūgių į indo sieneles, tuo didesnis slėgis. Be to, kuo didesnis molekulių, atsitrenkiančių į indo sieneles, greitis, tuo didesnis šių dujų sukuriamas slėgis.
Slėgio priklausomybė nuo garsumo
Tarkime, kad turime tam tikrą akies masę, tai yra, tam tikrą molekulių skaičių. Eksperimentų, kuriuos mes apsvarstysime, metu šis kiekis nesikeičia. Dujos yra cilindre su stūmokliu. Stūmoklis gali būti judinamas aukštyn ir žemyn. Viršutinė cilindro dalis atvira, ant jos uždėsime elastingą guminę plėvelę. Dujų dalelės atsitrenkė į indo sieneles ir plėvelę. Kai oro slėgis viduje ir išorėje yra vienodas, plėvelė yra plokščia.
Jei pakeliate stūmoklį aukštyn,molekulių skaičius išliks toks pat, tačiau atstumas tarp jų mažės. Jie judės vienodais greičiais, jų masė nesikeis. Tačiau pataikymų skaičius padidės, nes molekulė turi nuvažiuoti trumpesnį atstumą, kad pasiektų sieną. Dėl to slėgis turėtų padidėti, o plėvelė išlinkti į išorę. Todėl, mažėjant tūriui, didėja dujų slėgis, tačiau su sąlyga, kad dujų masė ir temperatūra nesikeičia.
Jei nustumsite stūmoklį žemyn, atstumas tarp molekulių padidės, o tai reiškia, kad laikas, per kurį jos pasieks cilindro sieneles ir plėvelę, taip pat padidės. Hitai taps retesni. Išorėje esančios dujos turi didesnį slėgį nei baliono viduje. Todėl plėvelė įlinks į vidų. Išvada: slėgis yra dydis, kuris priklauso nuo tūrio.
Slėgio priklausomybė nuo temperatūros
Tarkime, kad turime indą su dujomis žemoje temperatūroje ir indą su tokiomis pat dujomis aukštoje temperatūroje. Bet kurioje temperatūroje dujų slėgis susidaro dėl molekulių poveikio. Dujų molekulių skaičius abiejuose induose yra vienodas. Tūris yra toks pat, todėl atstumas tarp molekulių išlieka toks pat.
Kai temperatūra pakyla, dalelės pradeda judėti greičiau. Dėl to didėja jų smūgių į laivo sieneles skaičius ir stiprumas.
Toliau pateiktas eksperimentas padeda patikrinti teiginio, kad didėjant dujų temperatūrai, didėja jų slėgis, teisingumą.
Paimkbuteliukas, kurio kaklelis uždaromas balionu. Įdėkite jį į indą su karštu vandeniu. Pamatysime, kad balionas pripūstas. Jei pakeisite vandenį inde į š altą ir įdėsite ten butelį, balionas išleis ir netgi bus įtrauktas.
