Атмосфералық қысымды өлшеу

Сабақ негізделген оқу

мақсаты (мақсаттары)

• Оқулықта берілген тапсырмаларды орындайды. Тақырыпты меңгереді.

• Тақырыптың маңызы туралы дәлелдеп айтып бере алады.

• Білімді сыныптастарына түсіндіріп оқулықтан тыс ресурстар қоса алады.

Жеке, жұптық, топтық тапсырмаларды орындай алады.

Сабақ барысында тыңдаушының назарын өзіне аудара алады.

Жоспарланған жаттығулар (төменде

жоспарланған жаттығулармен қатар,

ескертпелерді жазыңыз)

Сәлемдесу, түгендеу 2 минут

Үй тапсырмасын сұрау үшін 5 оқушыға түрлі тапсырмадағы карточкалар беріледі. Қалған оқушылардан ауызша сабақ сұралынады.

Білу және түсіну 10 минут

Оқулықтағы мәтінмен жұмыс істемес бұрын мұғалім тақырыпқа қысқаша түсінік беріп, ғалымдардың тәжірибелерін көрсетеді.

Оқулықпен жұмыс.

Жаңа білімді өздігінен меңгеруге дайындық

Біз Жердің ауа қабығының Жердегі барлық денелерге қысым түсіретінін білеміз. Бұл қысым атмосфералық деп аталады. Мұның шамасы қандай?Атмосфералық ауаның тұрақты тығыздығы (әр түрлі биіктікте әр түрлі) және белгілі бір биіктігі болмағандықтан (атмсофераның нақты шекарасы жоқ) атмосфералық қысымды өлшеу үшін p = ρgh формуласын қолдануға болмайды. Бірақ бәрібір атмосфералық қысымды анықтауға болады. Атмосфералық қысымды қалай өлшеу керектігін ең алағаш итальян ғалымы Э. Торричелли ойлап тапты. Оның ұсынған тәжірибесін 1643 ж. Г. Галилейдің шәкірті В. Вивиани жүзеге асырды. Бұл тәжірибеде бір ұшы бекітілген ұзындығы 1м-ге жуық шыны түтік қолданылды. Оны сынаппен толтырып саусақпен жауып, (сынап төгілмеу үшін) төңкеріп сынабы бар ыдысқа саламыз. Түтіктен саусақты алсақ, біраз сынап бөлігі ағып, жоғары жағында ауасыз кеңістік - “торичелли бостығы” (118-сурет) пайда болады. Мұндағы сынап бағанының биіктігі (ыдыстағы сынап деңгейі) 760 мм еді. Торричелли бұл тәжірибесінің нәтижесін былай түсіндіреді. “Бұған дейін, - деп жазды ол, - сыныптың табиғи қасиетіне қарамастан төмен түсуіне мүмкіндік бермейтін күш түтіктің жоғарғы бөлігінде не бостықта, не аса сиретілген затына орналасады, деген пікір бар еді. Бірақ та мен бұл күш -ішкі және де сырттан алынады деп бекітемін. Ыдыстағы сұйық бетіне өз салмағымен 50 миль ауа әсер етеді. Егер сынап сыртқы ауаның салмағын теңестіруге дейін көтерілсе бұл таң қаларлық жай емес”.

Атмосфералық қысым түтік бағанының қысымына тең:

pатм = pсынап

Егер бұл қысымдар тең болмаса, сынап тепе-теңдікте болмас еді. pсынап>pатм болғанда сынап түтікшеден табаққа төгілер еді, ал pатм>pсынап болғанда түтікше бойымен жоғары көтеріледі. Сондықтан ауа қысымын сынап бағанының сәйкес биіктігімен (әдетте мм арқылы берілген) өлшеуге болады. Мысалы, егер қандай да бір Жерде атмосфералық қысымы 760 мм сын. бағ тең десе, онда бұл жердің ауа қысымы биіктігі 760 мм вертикаль сынап бағаны түсіретін қысымына сәйкес келеді. Сынап бағанының биіктігі үлкен болса атмосфералық қысым үлкен, ал биіктігі аз болса қысым да аз болады. Егер, Торричелли тәжірибесіндегі сынабы бар түтікшеге вертикаль шкала бекітсек атмосфералық қысымды өлшеу құралы - сынап барометрі (грек сөзі “барос” - ауырлық) пайда болады. Қазіргі кезде 0 °С температурада биіктігі 760 мм түтікшедегі сынаптың түсірген қысымына тең атмосфералық қысымды қалыпты атмосфералық қысым деп атау қабылданған. Бұл қысымды паскальмен есептеп шығару үшін гидростатикалық қысымның формуласын қолданамыз:

p = ρgh.

Бұл формулаға ρ = 13595, 1 кг/м3 (0 °С сынап тығыздығы), g = 9, 80665 м/с2 (еркін түсу үдеуі) және

h = 760 мм = 0, 76 м (қалыпты атмосфералық қысымға сәйкес сынап бағаны) мәндерін қойсақ, онда келесі шаманы аламыз.

p = 101 325 Па.

Бұл қалыпты атмосфералық қысым болып табылады. Әдетте қалыпты атмосфералық қысымға жуық қысым теңіз деңгейіндегі жерлерде байқалады. Теңіз деңгейінен биіктеген сайын (мысалы, тауда) қысым азаяды. Торричелли тәжірибесі оның көптеген замандас-ғалымдарының қызығушылығын туғызады. Тәжірибені естіген Паскаль әр түрлі сұйықтармен (май, шарап, су) оны қайталап жасап көрді. 119-суретте 1646 ж. Паскаль жасаған су барометрі көрсетілген. Атмосфералық қысымды теңестірген су бағаны сынап бағанынан биіктеу болып шықты. 1648 ж. Паскальдың тапсырмасымен, Ф. Перье Пюи-де-Дом тауының етегі мен төбесіндегі барометрдің сынап бағанының биіктігін өлшеп, Паскальдің атмосфералық қысым биіктікке байланысты деген болжамын дәлелдеді: тау төбесіндегі сынап бағаны 84, 4 мм аз болып шықты. Жер бетінен биіктеген сайын атмосфералық қысымның азаятынына ешқандай күмән қалмас үшін Паскаль тағы да бірнеше тәжірибелерін, бұл жолы Парижде, Нотр-Дам соборының етегі мен төбесінде, Сен-Жак мұнарасында, сондай-ақ 90 баспалдақты биік үйде жасады. Өзінің нәтижелерін ол “сұйықтардың тепе-теңдігінің ұлы тәжірибесі туралы” еңбегінде жариялады.

Неміз физигі Отто фон Герикенің (1602-1686) де тәжірибесі көпке танымал болды. Атмоссфералық қысымның бар екенін Торичеллиден тыс қорытындылаған еді (оның тәжірибелері туралы 9 жыл өткесін естіген) . Өте жұқа қабырғалы металл шардың ауасын сора отырып, Герике шардың жиырылғанын байқады. Бұл құбылыстың себебін ойлана отырып, шардың жиырылуы қоршаған ауаның қысымының әсерінен болғанын түсінді. Атмосфеалық қысымды ашқан Герике Магдебургтегі үйінің алдына сұйық бетінде жүзіп жүрген адам бейнесі шыныдағы бөліктерді көрсететін су барометрін жасады. 1654 ж. атмосфералық қысымның бар екеніне көз жеткізу үшін Герике “Магдебург жартышарларымен” өзінің атақты тәжірибесін жасады. Тәжірибенің көрсетілуіне император Фердинанд ІІІ және Регенсбург рейхстагының мүшелері қатысты. Олардың көзінше өзара біріктірілген екі жарты шарлардың қуысынан ауа сорылып алынады. Осы жарты шарларды атмосефералық қысым күші бір-біріне жабыстырғаны сонша, оларды бірнеше жегулі аттармен ажырату қиын болды (120-сурет) . Барометр-анероид . ХІХ ғасырдың ортасына дейін атмосфералық қысымды өлшеу үшін Э. Торричелли ойлап тапқан сұйық барометрлер (негізінен сынапты) қолданылды. 1844 ж. Л. Види жаңа сұйықсыз барометр жасап шығарды, ол барометр-анероид деп аталды (“анерос” - грек сөзі - сұйықсыз) Барометр-анероидтың құрылысы 121-суретте көрсетілген. Оның басты бөлігі домалақ 1 металл қорап, оның толқынды (гофрирленген) негізі бар. Осы қораптың ішіндегі ауаны сорып алады. Атмосфералық қысым артқан кезде қорап сығылады да, оның жоғарғы иілген беті оған бектілген 2 серіппені тарта бастайды. Қысым азайған кезде, серіппе жазылады да, қораптың жоғарғы бөлігі көтеріледі. Беріліс механизмі 3 көмегімен серіппеге 4 стрелка - көрсеткіш бекітілген. Бұл стрелка 5 шкала бойынша ауысып, қозғалады. Анероидтың шкаласын сынапты барометрдің көрсетуі бойынша градуирлейді. Сынапты барометрлермен салыстырғанды барометр-анероидтар аса берік, сенімді емес, өйткені ондағы серіппе мен мембранасы уақыт өтуімен өзінің серпімділігін өзгертеді. Дегенмен, ол әрі портативті және сұйығы жоқ, қолдануға ыңғайлы болғандықтан іс жүзінде жиі пайдаланады. Барометрлер метерологиялық зерттеулерде ең қажетті құралдар болып саналады, өткені атмосфралық қысымды білу, жақын күндердегі ауа райын болжауға қажет. Сынапты барометрлермен салыстырғанды барометр-анероидтар аса берік, сенімді емес, өйткені ондағы серіппе мен мембранасы уақыт өтуімен өзінің серпімділігін өзгертеді. Дегенмен, ол әрі портативті және сұйығы жоқ, қолдануға ыңғайлы болғандықтан іс жүзінде жиі пайдаланады. Барометрлер метерологиялық зерттеулерде ең қажетті құралдар болып саналады, өйткені атмосфралық қысымды білу, жақын күндердегі ауа райын болжауға қажет. Анероидтардың сезімталдығының жоғарылығы сонша, оны тіпті 2-3 м-ге көтерген кезде стрелка-көрсесткіші бірден қозғала бастайды. Бұл атмосфералық қысымның өзгерісін тіпті үйдегі баспалдақтар бойымен немесе метродағы эскалаторлармен көтеріліп келе жатқанда байқауға мүмкіндік береді. Жер бетінен биіктеген сайын ауа қысымы азая берді. Барометрмен аэростатта көтерілу кезінде әр түрлі биіктіктен атмосфера қысымын өлшеуге болады. Әрбір 12 м биікті

Әр топ өз түсінгендері бойынша сабақтың мазмұнын айтады.

Топтар бір біріне сұрақтар қояды:

1. Атмосфералық қысым қалай пайда болады.

2. Қысым деген не?

3. Атмосфералық қысымды өлшейтін құрал?

4. Барометрлік