Áp suất khí quyển là lực mà không khí ép lên Trái đất, con người và mọi thứ xung quanh anh ta. Bài báo sẽ cho bạn biết thế kỷ XVII. Với sự trợ giúp của thí nghiệm, lần đầu tiên lực của áp suất không khí đã được hiển thị. Nó rất thú vị! Chúng ta sẽ tìm hiểu cách biểu thị áp suất khí quyển và cách đo áp suất khí quyển.
Trải nghiệm Otto von Guericke
Áp suất khí quyển lớn như thế nào, thế giới đã biết vào năm 1654. Điều này xảy ra là nhờ thợ lò của thành phố Magdeburg (Đức) Otto von Guericke. Ông đã thể hiện kinh nghiệm với cái gọi là bán cầu Magdeburg. Sau đó, không có cuộc nói chuyện về cách áp suất không khí được chỉ ra, bởi vì họ vẫn chưa biết cách đo nó. Hình dạng của các bán cầu có thể được nhìn thấy trong bức ảnh từ Bảo tàng Magdeburg.
Đây là hai hình bán cầu bằng đồng, một trong số đó là khối rắn, và hình thứ hai có lỗ. Một miếng đệm da được bôi dầu đã được đặt giữa các bán cầu để tạo độ kín và kết nối. Không khí được bơm ra qua lỗ từ các bán cầu. Điều thú vị là bản thân Guericke bốn năm trước đó, vào năm 1650phát minh ra máy bơm chân không. Anh ta cũng được hình dung. Khi không khí được bơm ra ngoài, các bán cầu bị ép bởi áp suất khí quyển. Để tách chúng khỏi nhau, họ đã sử dụng lực kéo của ngựa.
Thử nghiệm với bán cầu Magdeburg
Trước khi tìm hiểu cách biểu thị áp suất khí quyển, chúng ta hãy tiến hành một thí nghiệm. Đối với nó, chúng tôi sẽ sử dụng mô hình bán cầu Magdeburg. Gắn một máy bơm chân không vào lỗ của bán cầu bằng một ống cao su. Bật nó lên, mở vòi trên một trong các bán cầu. Áp suất trong không gian giữa chúng sẽ giảm. Do đó, lực tác dụng lên các bán cầu từ bên trong giảm xuống và lực tác động từ bên ngoài tăng lên.
Trong quá trình bơm khí ra ngoài, không thể tách các bán cầu ra, vì chúng vừa khít với nhau. Tắt máy bơm, ngắt kết nối ống cao su. Không khí sẽ bắt đầu đi vào không gian giữa các bán cầu. Sau đó, chúng sẽ tách ra một cách dễ dàng.
Chữ cái đại diện cho áp suất không khí
Hãy thử tính lực ép các bán cầu. Khi chúng ta bơm không khí ra ngoài, chỉ có lực của áp suất khí quyển tác động lên các bán cầu. Nó nén các bán cầu và được hướng từ các bức tường bên trong của các hình cầu rỗng vào tâm của không gian giữa chúng. Đường kính của bán cầu (d) ở Guericke là 35,5 cm.
Dựa trên thực tế là chúng ta không thể tách các bán cầu ra, rõ ràng lực ép là rất lớn. Ngay cả tám con ngựa mỗi bên cũng không thể phá vỡ các bán cầu này. Đây là một bản khắc minh họa trải nghiệm của Otto von Guericke.
Chữ cái nào đại diện cho áp lực? Chữ P. Áp suất khí quyển bình thường (Patm) là 100 kilopascal (kPa). Một lực như vậy tác dụng lên từng phần của bán cầu. Lực ép F bằng tích của áp suất khí quyển và diện tích thiết diện của các bán cầu S.
S=πd2/ 4. F=100103Pa3, 14(0,355 m)2/ 4≈10 kN (kilonewtons). Đây là trọng lượng của một tải trọng một tấn, vì vậy những con ngựa không thể phá vỡ các bán cầu này.
Phong vũ biểu
Áp suất khí quyển được biểu thị như thế nào, chúng ta biết, nhưng nó được đo như thế nào? Phong vũ biểu, được phát minh bởi Torricelli người Ý vào nửa đầu thế kỷ 17, có sai sót. Nó có thể dễ dàng bị vỡ, chứa đầy thủy ngân độc và bạn thực sự muốn mang nó đến những nơi khác nhau để dự đoán thời tiết.
Cần thiết phải đưa ra một thiết bị không có ống thủy tinh, tức là không có chất lỏng. Một phong vũ biểu như vậy đã được phát minh chỉ hai trăm năm sau đó và nó được gọi là khí áp kế. Từ này dịch sang tiếng Nga có nghĩa là không chất lỏng. Xem xét phong vũ biểu là gì.
Đây là một thiết bị nhỏ. Không giống như ống thủy ngân Torricelli cao một mét, nó có thể dễ dàng mang theo bên mình mọi lúc mọi nơi. Có gì trong đó bên trong? Hãy xem phong vũ biểu đã phát nổ.
Áp suất trong đó được chỉ ra như thế nào? Thiết bị có thang đo tương tự như mặt số đồng hồ. Áp suất tính bằng kilopascal được biểu thị bằng một mũi tên. Phía sau mặt số, chúng ta thấy ba hộp phẳng. Không khí được bơm ra khỏi chúng, và có một lò xo bên trong. Nếu không có nó, bầu không khí sẽhộp nghiền. Xa hơn khỏi lò xo, đòn bẩy di chuyển ra xa, nó truyền chuyển động của các hộp. Tại sao họ di chuyển? Hộp có thể thay đổi độ dày của chúng. Khi áp suất khí quyển lớn hơn, không khí nén các hộp, độ dày của chúng giảm đi. Khi lực ép nhỏ hơn, lò xo duỗi thẳng ra và các hộp trở nên dày hơn. Thông qua cơ chế của đòn bẩy, chuyển động được truyền tới mũi tên.
Thiết bị đo khí áp không lỏng
Chúng ta đã học cách biểu thị áp suất trong khí áp kế không lỏng và bây giờ chúng ta sẽ vẽ biểu đồ của nó.
Ba hộp cung cấp cho thiết bị độ chính xác hơn, nhưng về nguyên tắc, một hộp là đủ. Nó được làm đặc biệt để có khả năng thay đổi độ dày của nó. Hãy nhớ các ống gấp nếp, và do đó là ống mềm của máy hút bụi. Đáy hộp được gắn vào đế. Một lò xo được gắn vào đầu của nó, cố gắng làm thẳng hộp giống như một thước nhôm, nếu bị uốn cong, cố gắng duỗi thẳng ra. Ngược lại, áp suất khí quyển cố gắng nén hộp.
Khi áp suất tăng, độ dày của hộp giảm, có nghĩa là đòn bẩy làm quay trục. Nếu bạn gắn một mũi tên vào trục, nó sẽ xoay sang phải khi độ dày giảm và sang trái khi độ dày tăng.
