Қысым және өлшеу аспаптар

Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 11 бет
Таңдаулыға:

ГАЗДЫҢ ҚЫСЫМЫ

Газдардың қатты денелер мен сұйықтардан айырмашылығын - газдар өздері тұрған ыдыстың, мысалы газ сақталатын болат баллонның, автомобиль шинасының немесе волейбол добының камерасының көлемін түгел алып тұратынын біз білеміз. Сонда газ баллонның, камераның немесе өзі тиіп тұрған кез келген басқа ыдыстың қабырғасына қысым түсіреді.

Мынадай тәжірибені қарастырайық. Ауа насосы қалпағының астына аузы байлаулы резеңке шар қойылған. Оның ішінде аздаған ауасы бар, оның формасы дұрыс емес, мыжырайған. Одан соң насоспен қалпақтың ішіндегі ауаны сорып шығарады. Айналасындағы ауа сиретіле бастағанда шардың қабыршағы торсия бастайды да, ақырында шар формасына келеді

Бұл тәжірибені қалай түсіндіру керек? Газ молекулалары үлкен жылдамдыкпен ретсіз қозғалып жүретіндігі белгілі. Молекулалар қозғалып жүріп басқа молекулалармен, сондай-ақ онымен бірге газ тұрған ыдыстың қабырғаларымен соғылысады Газдың молекулалары көп, сондықтан олардың соктығысу саны да өте көп-ақ. Есептеулерге қарағанда сығылмаған кәдімгі ауаның молекулаларының 1 секундта ыдыс қабырғасынын 1 см ² бетіне соғылу саны жиырма үш таңбалы санмен өрнектелген.

Жеке молекулалардың соққысы нашар болғанымен, барлық молекулалардың соншама көп соққыларының ыдыс қабырғасына тигізетін әсері едәуір болады да, ол газдың қысымы болып табылады.

Сөйтіп, газдың қысымы ыдыс қабырғасына (оның ішіндегі денеге де) газ молекулаларының соқтығуынан болады.

Біздің тәжірибемізде ауаның қозгалыстағы молекулалары, шардың қабырғасын ішінен де, сыртынан да үздіксіз соққылайды. Ауасын сорып шығарғанда қалпақ ішіндегі шар кабырғасының айналасындағы молекулалар саны азаяды. Бірақ аузы байлаулы шардың ішіндегі олардың саны өзгермейді. Сондықтан молекулалардың шардың ішкі бетіне соғылу саны олардың шардың сыртқы бетіне соғылу санынан көбірек болады да, шар торсияды. Сонда шардың резеңке қабы серпімділік күші газдың қысым күшіне теңелгенше ол торсия береді. Торсиған қалыпка келіп, шар формалы болуы - газдың оның қабырқасына барлық бағытта бірдей қысым түсіретіндігін көрсетеді, басқаша айтқанда, оның әрбір квадрат сантиметр бетіне келетін молекулалар соққыларының саны барлық бағытта бірдей болады. Барлық бағытта қысымның бірдей болуы газдарға тән қасиет және бұл саны орасан көп молекулалардың ретсіз қозғалысының салдары болып табылады.

Газдың ыдыс қабырғасына түсіретін қысымы, оның молекулалары ыдыс қабырғасына неғұрлым жиі соғылысса, соғұрлым үлкен болатындығы айқын.

Егер газдын, массасы өзгермей, көлемі кішірейсе, онда газдың бір куб сантиметрдегі молекулалар саны көбейеді де, онын, тығыздығы артады, газ молекулаларының ыдыс қабырғасына соғу саны көбейеді, яғни оның қысымы артады.

84, а-суретте бір ұшындағы аузы жұқа резеңке пленкамен қапталған шыны түтік кескінделген. Түтіктің ішіне поршень сұғылған. Поршеньді ілгері жылжытканда түтіктегі ауаның көлемі кішірейеді, яғни газ сығылады . Сонда резеңке пленка сыртқа торсиып түтіктегі ауаның қысымы артқандығын көрсетеді.

Газдың массасы өзгермей, енді керісінше, көлемі ұлғайса, газдың 1 см ³ -дегі молекулаларының саны азаяды, осыдан барып ыдыс қабырғасына молекулалардың соғылу саны азаяды - газ қысымы кемиді. Поршеньді кері жылжытқанда, түтіктегі ауаның көлемі ұлғаяды, пленканың торсиюы ішке қарай өзгеріп, түтіктегі ауаның қысымы азайғандығын көрсетеді . Егер түтікте ауа емес, басқа бір газ болса, онда да дәл осындай құбылыс байқалған болар еді.

Сонымен, газдың массасы өзгермей көлемі кішірейгенде, оның қысымы артады, ал көлемі ұлғайғанда, қысым кемиді.

Көлемі тұрақты болған жағдайда егер газды қыздырсақ, оның қысымы калай өзгереді? Біз газ қызғанда оның молекулаларының жылдамдығы артатынын білеміз. Шапшаң қозғалған молекулалар ыдыс қабырғаларына жиі соғылады. Сонымен катар, молекуланың ыдыс қабырғасына әрбір соққысы күштірек болады. Мұның салдарынан ыдыстың қабырғаларына көбірек қысым түседі.

Сондықтан, газдың - температурасы неғұрлым жоғары болса, оның белгілі бір массасының берілген көлемдегі қысьімы соғұрлым үлкен болады.

Газдарды сақтағанда және тасығанда оларды қатты сығып, өте берік арнаулы болат баллондардың ішінде ұстайды. Өйткені сыққанда олардың қысымы артады. Мысалы сүңгуір қайықтарда сырылған ауа, металдарды пісіргенде пайдаланылатын оттегі және көптеген басқа да газдар осындай баллондарда сақталады.

АУАНЫҢ САЛМАҒЫ. АТМОСФЕРАЛЫҚ ҚЫСЫМ

Жер бетіндегі әрбір денедегі сияқты, ауаға да ауырлык күші әсер етеді. Демек ауаның салмағы бар.

Ауаның салмағын тәжірибе жасап оп-оңай өлшеуге болады. Ол үшін тырындаулы берік шыны шар алынады. Оның тығынынан өткізілген резеңке түтігінде қысқышы бар, насоспен шардың ішінен ауасын айдап шығарып, оны таразыға салып теңгереді. Одан соң кранды ашып шар ішіне ауа жібереді. Сонда таразы тең баспайды, бұзылады. Оны теңгеру үшін таразының екінші табағына жүк (гир) салынады. Жүктің салмағы шар ішіндегі ауаның салмағындай болады.

Дәл істелген тәжірибелерге қарағанда кәдімгі жағдайда 1 м ³ ауанын, салмағы 13 Н-ға тең.

Жерді қоршап тұрған ауа қабығы атмосфера деп аталады. Жердің жасанды спутниктерінің ұшуын бақылау нәтижелеріне қарағанда, атмосфера жоғары қарай бірнеше мың километр биіктікке тарайды. Біз орасан үлкен ауа мұхитының түбінде тіршілік етеміз. Жердің беті - осы ауа мұхитының түбі.

Ауырлық күшінін әсері салдарынан, ауаның жоғарғы қабаттары мұхиттағы су сияқты, төменгі қабаттарын басып қысады. Тікелей Жер бетімен жапсарлас ауа қабаты барлығынан күштірек қысылады және өзіне түскен қысымды, Паскаль заңына сәйкес барлык бағытта бірдей береді.

Осының нәтижесінде Жердің бетіне және ондағы барлық денелерге ауаның барлық қабаттары қысым түсіреді басқаша айтқанда, оларға атмосфералық қысым түседі.

Атмосфералық қысымның болуына байланысты көптеген құбылыстарды түсіндіруге болады. Солардың кейбіреулерін қарастыралык.

шыны түтік кескінделген, оның ішінде қабырғаларына тығыз кептеліп тұрған жылжымалы поршень бар. Түтіктің төменгі ұшы суға батырылған. Егер сол поршеньді жоғары жылжытсақ, онымен ілесіп су да жоғары көтеріледі. Поршень жоғары көтерілгенде поршень мен судың аралығында ауасыз кеңістік пайда болады. Сыртқы ауаның қысымының әсерінен осы кеңістікке поршеньге ілесіп, су да көтеріледі. Осы құбылыс су насосында пайдаланылады.

цилиндр ыдыс кескінделген. Ол ыдыс краны бар түтік өткізілген тығынмен тығындалған. Ыдыстағы ауа насоспен сорып шығарылады, одан соң түтіктің ұшы суға батырылады. Егер енді кранды ашсақ, су ыдыстың ішіне фонтанша атқылайды. Судың ыдыс ішіне ену себебі атмосфераның қысымының ыдыстағы сиретілген ауаның қысымынан артық болуына байланысты.

Әрі қарай. атмосфералык. қысымның бар болуына сүйеніп түсіндіруге болатын бірқатар құбылыстарды қарастырамыз.

ЖЕРДІҢ АУА ҚАБЫҒЫНЫҢ БОЛУЫ

Жердің ауа қабығының құрамына енетін газдардың молекулалары, басқа денелер сияқты, Жерге тартылады.

Олай болса неліктен олардың барлығы Жердің бетіне құлап түспейді? Жердің ауа қабығы, онын. атмосферасы қалайша сақталады? Мұны түсіну үшін атмосфераны құраушы газдардың молекулалары үздіксіз және ретсіз қозғалатындығын ескеру керек. Бірақ онда ол молекулалар неліктен әлем кеңістігіне тарап ұшып кетпейді?-деген сұрақ туады.

Жерді біржола тастап ұшып кету үшін молекула, космос корабліне не ракетаға ұқсап, 11, 2 км/с тан кем емес жылдамдықпен қозғалуы тиіс. Бұл жылдамдық екінші космостық жылдамдық деп аталады. Ал Жердің ауа қабығының молекулаларының орташа жылдамдығы бұл космостық жылдамдықтан едәуір кем. Сондықтан ауаның молекулаларының көпшілігі ауырлық күші әсерінен Жерге «матаулы». Молекулалардың ретсіз қозғалысы мен оларға ауырлық күші әсер етуі нәтижесінде, газдардың молекулалары еркін ауа қабығын, немесе атмосфераны кұрап, Жердің маңындағы кеңістікте «қалықтап» ұшып жүреді.

Жүргізілген өлшеулерге қарағанда, ауаның тығыздығы жоғары көтерілген сайын тез кемиді. Мысалы, Жер бетінен 5, 5 км биіктіктегі ауаның тығыздығы оның Жер бетіндегі тығыздығынан 2 есе кем, 11 км биіктікте-4 есе кем т. т. Неғұрлым жоғарылаған сайын, ауа соғұрлым сирей береді. Ақыры, ең жоғарғы қабаттарында (Жер бетінен жүздеғен. және мыңдаған километр биіктікте) атмосфера біртіндеп ауасыз кеңістікке айналады. Атмосфераның нақты шекарасы жоқ Жердің атмосферасындағы газдардың молекулаларының таралу көрінісінің схемасы кескінделген.

Дәлірек айтқанда, кез келген аузы жабык ыдыстағы газдың тығыздығы да, ауырлық күші әсер ететіндіктен тұтас ыдыс көлемі бойынша бірдей болмайды. Ыдыстың төменгі бөлігіндегі газдьң тығыздығы оньщ жоғарғы бөлігіндегіден артық болады, сондыктан ыдыс ішіндегі қысым да бірдей болмайды: қысым ыдыстың түбінде оның жоғары жағындағыдан гөрі артығырақ болады. Сөйткенмен, ыдыстағы газдың тығыздығыньң және қысымынын мұндай айырмашылыктары сондайлық аз, оны тіпті көптеген жағдайларда есепке алмаса да болады. Алайда бірнеше мыңдаған километрге жайылып жаткан атмосфера үшін бұл айырмашылық айтарлык-тай-ақ.

АТМОСФЕРАЛЫҚ ҚЫСЫМДЫ ӨЛШЕУ. ТОРРИЧЕЛЛИДІҢ ТӘЖІРИБЕСІ

Сұйық бағанының қысымын есептеген сияқты, біз атмосфера қысымының шамасын есептей алмаймыз. Неліктен? Бұлай есептеу ушін біз атмосфераның биіктігін және ауанын, тығыздығын білуіміз керек. Бірак атмосфераның анық шекарасы жоқ, ал ауанын тығыздығы Жер бетінен жоғарылаған сайын өзінің ең үлкен мәнінен нольге дейін кемиді. Әйткенмен де атмосфераның қысымын XVII ғасырда итальян ғалымы Торричелли ұсынған тәжірибеге сүйенін өлшеуге болады.

Торричелли тәжірибесінің мазмұны мынадай: ұзындығы 1 метрдей, бір жағы бітеу шыны түтікке толтыра сынап құйылады. Одан соң бұл тұтіктің аузын жақсылап жауып, оны төңкереді де, табақшадағы сынапқа батырады, сынаптың ішіндегі түтіктің аузын ашады. Сонда сынаптың біразы табақшаға төгіледі де, түтіктің ішінде биіктігі 760 мм-re жуық сынап бағаны қалады. Түтіктің ішіндегі сынаптың үстінде ауа жоқ, ол ауасыз кеңістік.

Жоғарыда баяндалған тәжірибені Торричелли өзі ұсынып, өзі түсіндірді. Атмосфера табақшадағы сынаптың бетіне қысым түсіреді. Сынап тепе-теңдік қалыпта тұр. Демек, табакшадағы сынаптың аа денгейінде түтіктегі қысым да атмосфералық қысымға тең. Ал түтіктің үстіңгі бөлігінде ауа жоқ, сондықтан аа деңгейде түтіктегі қысымды тек сол түтік ішіндегі сынап бағанының салмағы ғана тудырады. Бұдан түтік ішіндегі сынап бағанының қысымы атмосфералық қысымға тең екені байқалады.

Торричеллидің тәжірибесіндегі сынап бағанының биіктігін өлшеп, оның түсіретін қысымын есептеп табуға болады, ол атмосфералық қысымға тең болады.

Атмосфералық қысым неғұрлым көп болса, Торричсллидің тәжірибесіндегі сынап бағаны соғүрлым биік болады. Сондықтан практика-да атмосфералық қысым көбінесе миллиметрмен немесе сантиметрмен алынған сынап бағанының биіктігімен өлшенеді. Егер, мысалы, атмосфераның қысьшы 780 мм сынап. бағ. тең деген сөз биіктігі 780 мм вертикаль сынап бағаны қандай қысым түсірсе, ауа да сондай қысым түсіреді дегенмен бір.

Сонымен, бұл жағдайда ат-мосфералық қысым бірлігі ретінде 1 миллиметр сынап бағаны (1мм сын. бағ. ) алынады.

Осы қысым бірлігі мен өзімізге белгілі қысым бірлігі паскаль арасындағы қатысты табайық.

Биіктігі 1 мм сынап бағаныны4 қысымы мынаған тең:

Сөйтіп 1 мм сын. бағ. = 133, 3 Па = 1, 33 г Па

Атмосфералық қысымды осы кезде гектопаскальмен де өлшеу қабылданған.

Торричелли түтіктегі сынап бағанының биіктігін күнбе-күн бақылап жүріп, оның биіктігі кейде артып, кейде кеміп, өзгеріп отыратындығын байқаған. Осыдан ол атмосфералық қысым тұрақты емес, өзгеріп тұрады, - деген қорытынды жасады. Торричелли атмосфералық қысымның өзгеруі ауа райының өзгеруіне байланысты. екендігін де байқады.

Торричеллидің тәжірибесіндегі сынапты түтікке вертикаль шкала орнатылса, ол сонда ең қарапайым сынапты барометр - атмосфералық қысымды өлшейтін прибор - болып шығады.

БАРОМЕТР - АНЕРОИД

Практикада атмосфералык, қысымды өлшеу үшін анероид деп аталатын металл барометр жиі пайдаланылады.

Анероидтың сырткы түрі 122-суретте кескінделген. Оның негізгі бөлігі беті толқын тәрізді ирек-ирек гофрирленген металл қорапша (1) Оның ішіндегі ауа айдап шығарыла-ды, ал атмосфералық қысым қорапшаны жапырып жібермеу үшін оның қақпағын пружинамен (2) жоғары керіп қояды. Атмосфералық қысым артқанда қақпақ төмен карай майысады да, пружина керіліп ұзарады, қысым кеміген кезде пружина қақпақты түзетеді. Пружинаға беріліс механизмі (3) арқылы көрсеткіш - стрелка (4) бекітілген, қысым өзгерген кезде, ол стрелка оң жаққа немесе сол жаққа қарай жылжып қозғалады, Стрелканың астын ала шкала орнатылған, оның бөліктері сы-напты барометрдің көрсетуі бойынша сызылған (градуирленген) . Мысалы, анероид стрелкасы қарсысына келіп тоқтаған 750 саны сынапты барометр бағанынын, сол мезеттегі биіктігі 750 мм екендігін көрсетеді.

Ендеше, атмосфералық қысым 750 мм сын. бағна тең, немесе 1000 гПа.

Таяу күндерде ауа райынын кандай болатындығын алдын ала болжап айту үшін атмосфералық кысымды білудің маңызы өте зор, өйткені атмосфералық қысымның өзгерісі ауа райының өзгерісімен байлаңысты. Барометр - метеорологиялық бақылаулар жүргізу үшін өте қажет прибор.

ӘР ТҮРЛІ БИІКТІКТЕГІ АТМОСФЕРАЛЫҚ ҚЫСЫМ

Біз әрбір сұйықтың ішіндегі қысымы әр турлі деңгейлерде түрліше болатындығын білеміз (§43) және ол сұйықтың тығыздығына және сұйық бағанының биіктігіне байланысты. Сұйыктың сығылғыштығы болымсыз аз болғандықтан, әр түрлі тереңдіктегі сұйық тығыздығы бірдей деуге болады. Сондықтан ондай сұйықтың ішіндегі қысымды анықтағанда оның тығыздығын турақты деп санап, тек оның деңгейінің өзгерісін ғана ескереміз.

Газдарға келгенде мәселе күрделірек. Газдар өте күшті сығылады. Газ неғұрлым күштірек сығылған болса, оның тығыздығы соғұрлым көп болады, соғұрлым ол күштірек қысым түсіреді. Өйткені газдың қысымы газ молекулаларының дене бетіне соғылуынан туады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.