ความดันเป็นปริมาณทางกายภาพที่คำนวณได้ดังนี้ แบ่งแรงกดตามพื้นที่ที่แรงนี้กระทำ แรงกดถูกกำหนดโดยน้ำหนัก วัตถุทางกายภาพใด ๆ ออกแรงกดเพราะมันมีน้ำหนักอย่างน้อย บทความนี้จะกล่าวถึงรายละเอียดเกี่ยวกับความดันในก๊าซ ตัวอย่างจะแสดงให้เห็นสิ่งที่ขึ้นอยู่กับและการเปลี่ยนแปลง
ความแตกต่างของกลไกแรงดันของสารที่เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซ
ของเหลว ของแข็ง และก๊าซต่างกันอย่างไร? สองตัวแรกมีปริมาณ ร่างกายที่เป็นของแข็งยังคงรูปร่างไว้ ก๊าซที่วางอยู่ในเรือกินพื้นที่ทั้งหมด นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าโมเลกุลของก๊าซแทบไม่มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ดังนั้นกลไกของแรงดันแก๊สจึงแตกต่างอย่างมากจากกลไกของแรงดันของของเหลวและของแข็ง
มาลดน้ำหนักกันบนโต๊ะกันเถอะ ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง น้ำหนักจะยังคงเคลื่อนลงสู่โต๊ะต่อไป แต่สิ่งนี้ไม่เกิดขึ้น ทำไม เนื่องจากโมเลกุลของตารางจะเข้าใกล้โมเลกุลจากซึ่งน้ำหนักถูกสร้างขึ้น ระยะห่างระหว่างพวกมันลดลงมากจนแรงผลักเกิดขึ้นระหว่างอนุภาคของน้ำหนักกับโต๊ะ ในก๊าซ สถานการณ์แตกต่างอย่างสิ้นเชิง
ความกดอากาศ
ก่อนพิจารณาความดันของสารที่เป็นก๊าซ เรามาแนะนำแนวคิดที่ไม่มีคำอธิบายเพิ่มเติมที่เป็นไปไม่ได้ - ความดันบรรยากาศ นี่คือผลกระทบที่อากาศ (บรรยากาศ) รอบตัวเรามี อากาศดูเหมือนไม่มีน้ำหนักสำหรับเรา อันที่จริงมันมีน้ำหนัก และเพื่อพิสูจน์สิ่งนี้ เรามาทำการทดลองกัน
เราจะชั่งน้ำหนักอากาศในภาชนะแก้ว มันเข้าไปในท่อยางที่คอ ไล่อากาศด้วยปั๊มสุญญากาศ มาชั่งน้ำหนักขวดแบบไม่มีอากาศกัน จากนั้นเปิดก๊อก และเมื่ออากาศเข้าไป น้ำหนักของขวดจะถูกเพิ่มเข้าไปในน้ำหนักของขวด
ความดันในเรือ
มาดูกันว่าก๊าซทำปฏิกิริยากับผนังของเรืออย่างไร โมเลกุลของแก๊สแทบไม่มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน แต่จะไม่กระจายออกจากกัน ซึ่งหมายความว่าพวกเขายังไปถึงผนังของเรือแล้วกลับมา เมื่อโมเลกุลชนกับผนัง แรงกระแทกจะส่งผลต่อภาชนะด้วยแรงบางอย่าง พาวเวอร์นี้มีอายุสั้น
อีกตัวอย่าง โยนลูกบอลไปที่กระดาษแข็งกัน ลูกบอลจะเด้ง และกระดาษแข็งจะเบี่ยงเบนเล็กน้อย มาแทนที่ลูกบอลด้วยทราย ผลกระทบจะเล็กน้อย เราจะไม่ได้ยินมันด้วยซ้ำ แต่พลังของพวกมันจะเพิ่มขึ้น แผ่นงานจะถูกปฏิเสธอย่างต่อเนื่อง
ตอนนี้ มาดูอนุภาคที่เล็กที่สุดกัน เช่น อนุภาคอากาศที่เรามีในปอดของเรา เราเป่ากระดาษแข็งและมันจะเบี่ยงเบน เราบังคับโมเลกุลของอากาศกระทบกระดาษแข็งส่งผลให้มีแรงกระทำ พลังนี้คืออะไร? นี่คือความกดดัน
มาสรุปกัน: แรงดันแก๊สเกิดจากผลกระทบของโมเลกุลของแก๊สที่ผนังของภาชนะ แรงเล็กๆ น้อยๆ ที่กระทำกับผนังรวมกัน และเราก็ได้สิ่งที่เรียกว่าแรงกด ผลลัพธ์ของแรงหารด้วยพื้นที่คือแรงกด
เกิดคำถามว่า ทำไมถ้าถือกระดาษลังในมือไม่เบี่ยง ท้ายที่สุดมันอยู่ในก๊าซนั่นคือในอากาศ เนื่องจากผลกระทบของโมเลกุลอากาศที่ด้านหนึ่งและอีกด้านหนึ่งของแผ่นทำให้สมดุลกัน วิธีการตรวจสอบว่าโมเลกุลของอากาศกระทบผนังจริงหรือไม่? ซึ่งสามารถทำได้โดยการขจัดผลกระทบของโมเลกุลในด้านหนึ่ง เช่น โดยการสูบลมออก
การทดลอง
มีอุปกรณ์พิเศษ - ปั๊มสุญญากาศ นี่คือโถแก้วบนจานสูญญากาศ มีปะเก็นยางเพื่อไม่ให้มีช่องว่างระหว่างฝาปิดและแผ่นเพื่อให้พอดีกัน มาโนมิเตอร์ติดอยู่กับชุดสุญญากาศ ซึ่งวัดความแตกต่างของแรงดันอากาศภายนอกและใต้ฝากระโปรงหน้า faucet ช่วยให้ท่อที่นำไปสู่ปั๊มเชื่อมต่อกับพื้นที่ใต้ประทุน
วางบอลลูนที่พองลมเล็กน้อยไว้ใต้หมวก เนื่องจากมีการพองตัวเล็กน้อย การชดเชยผลกระทบของโมเลกุลในลูกบอลและภายนอกลูกบอล เราคลุมลูกบอลด้วยฝาปิดเปิดปั๊มสุญญากาศเปิดก๊อก บนมาตรวัดความดันเราจะเห็นว่าอากาศภายในและภายนอกมีความแตกต่างกันมากขึ้น แล้วบอลลูนล่ะ? มันเพิ่มขนาด ความดัน คือ ผลกระทบของโมเลกุลนอกลูกเล็กลง อนุภาคอากาศภายในลูกบอลยังคงอยู่ การชดเชยแรงกระแทกจากภายนอกและภายในถูกละเมิด ปริมาตรของลูกบอลเพิ่มขึ้นเนื่องจากแรงกดของโมเลกุลอากาศจากภายนอกบางส่วนถูกยึดครองโดยแรงยืดหยุ่นของยาง
ปิดก๊อกน้ำ ปิดปั๊ม เปิดก๊อกน้ำอีกครั้ง ถอดสายยางเพื่อให้อากาศเข้าใต้ฝา ลูกบอลจะเริ่มลดขนาดลง เมื่อความแตกต่างของแรงดันภายนอกและใต้ฝาครอบเป็นศูนย์ ก็จะมีขนาดเท่ากันก่อนเริ่มการทดสอบ ประสบการณ์นี้พิสูจน์ให้เห็นว่าคุณสามารถเห็นแรงกดดันด้วยตาของคุณเองหากด้านใดด้านหนึ่งมากกว่าอีกด้านหนึ่ง เช่น หากแก๊สถูกขับออกจากด้านหนึ่งและปล่อยทิ้งไว้อีกด้านหนึ่ง
สรุปคือ: ความดันเป็นปริมาณที่กำหนดโดยผลกระทบของโมเลกุล แต่ผลกระทบอาจมีจำนวนมากขึ้นและมีจำนวนน้อยลง ยิ่งชนกับผนังของเรือมากเท่าไหร่ แรงกดดันก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น นอกจากนี้ ยิ่งความเร็วของโมเลกุลพุ่งชนผนังของภาชนะมากเท่าใด ก๊าซก็จะยิ่งมีแรงดันมากขึ้น
ขึ้นอยู่กับแรงกดดันต่อปริมาณ
สมมุติว่าเรามีมวลตาจำนวนหนึ่ง นั่นคือจำนวนโมเลกุลที่แน่นอน ในระหว่างการทดลองที่เราจะพิจารณา ปริมาณนี้จะไม่เปลี่ยนแปลง แก๊สอยู่ในกระบอกสูบที่มีลูกสูบ ลูกสูบสามารถเลื่อนขึ้นลงได้ ส่วนบนของกระบอกสูบเปิดอยู่เราจะใส่ฟิล์มยางยืดหยุ่นลงไป อนุภาคก๊าซกระทบกับผนังของเรือและฟิล์ม เมื่อความดันอากาศภายในและภายนอกเท่ากัน ฟิล์มจะแบน
ถ้าคุณขยับลูกสูบขึ้นจำนวนโมเลกุลจะยังคงเท่าเดิม แต่ระยะห่างระหว่างโมเลกุลจะลดลง พวกมันจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าเดิม มวลของพวกมันจะไม่เปลี่ยนแปลง อย่างไรก็ตามจำนวนครั้งจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากโมเลกุลต้องเดินทางในระยะทางที่สั้นกว่าเพื่อไปถึงกำแพง เป็นผลให้ความดันควรเพิ่มขึ้นและฟิล์มควรงอออกไปด้านนอก ดังนั้นด้วยปริมาตรที่ลดลง ความดันของก๊าซจะเพิ่มขึ้น แต่สิ่งนี้มีเงื่อนไขว่ามวลของก๊าซและอุณหภูมิจะไม่เปลี่ยนแปลง
ถ้าคุณขยับลูกสูบลง ระยะห่างระหว่างโมเลกุลจะเพิ่มขึ้น ซึ่งหมายความว่าเวลาที่พวกมันจะไปถึงผนังกระบอกสูบและฟิล์มก็จะเพิ่มขึ้นด้วย ฮิตจะกลายเป็นหายาก ก๊าซภายนอกมีความดันสูงกว่าภายในกระบอกสูบ ดังนั้นฟิล์มจะงอเข้าด้านใน สรุป: ความดันเป็นปริมาณที่ขึ้นอยู่กับปริมาณ
ขึ้นอยู่กับแรงกดดันของอุณหภูมิ
สมมติว่าเรามีภาชนะที่มีก๊าซที่อุณหภูมิต่ำและภาชนะที่มีก๊าซในปริมาณเท่ากันที่อุณหภูมิสูง ที่อุณหภูมิใดๆ ความดันของแก๊สเกิดจากผลกระทบของโมเลกุล จำนวนโมเลกุลของแก๊สในเรือทั้งสองลำเท่ากัน ปริมาตรเท่ากัน ระยะห่างระหว่างโมเลกุลจึงเท่าเดิม
เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น อนุภาคก็เริ่มเคลื่อนที่เร็วขึ้น ดังนั้นจำนวนและความแข็งแกร่งของผลกระทบที่มีต่อผนังของเรือจึงเพิ่มขึ้น
การทดลองต่อไปนี้ช่วยยืนยันความถูกต้องของข้อความที่ว่าเมื่ออุณหภูมิของก๊าซเพิ่มขึ้น ความดันของมันก็จะเพิ่มขึ้น
เทคขวดคอซึ่งปิดด้วยบอลลูน วางไว้ในภาชนะที่มีน้ำร้อน เราจะเห็นว่าบอลลูนพองตัว หากคุณเปลี่ยนน้ำในภาชนะให้เย็นและวางขวดไว้ที่นั่น บอลลูนจะปล่อยลมออกและดึงเข้าไปได้