A légnyomás felfedezése a fizika hallgatói lexikon tanulási segédletében
A légnyomás felfedezésének története az ókortól a 17. századig terjed. Szorosan összefüggött a vákuum, a vákuum keresésével. 1630 körül GALILEO GALILEI-t a kútépítők tudatosították a problémában, és felkérték tanítványát, EVANGELISTA TORRICELLI-t, hogy oldja meg. TORRICELLI először tudta mérni a légnyomást.
BLAISE PASCAL, aki erről értesült, megépítette az első barométert. OTTO VON GUERICKE "Magdeburgi féltekéivel" vált világhírűvé, amellyel 1654-ben lenyűgözően bemutatta a légnyomás hatását. A légnyomás a gravitációs nyomás speciális típusa. A légoszlop (légkör) súlyán keresztül jön létre, ezért a legnagyobb a földön. A normál légnyomást 0 ° C-on, tengerszinten szokásos nyomásnak nevezzük. Van egy mennyisége
1 013,25 hPa = 1013,25 mbar = 101,325 kPa = 760 Torr.
A légnyomás felfedezése szorosan kapcsolódott a vákuum kereséséhez.
Az ókortól kezdve úgy gondolták, hogy nem lehet vákuum. Hogyan létezhet valami a „semmiben”? ARISTOTLE (Kr. E. 384-322 körül) azon a véleményen volt, hogy a természetnek "az üresség borzalma" van (horror vacui). Ez a tantétel a középkorig érvényes volt.
A légnyomás első vizsgálata
1630 körül a híres olasz természettudós GALILEO GALILEI (1564-1642) kútépítők tudomásul vették a problémát, hogy a szivattyúikkal csak kb. 10 m mélyről tudnak vizet emelni. Megbízta tanítványát, EVANGELISTA TORRICELLI-t (1608-1647), hogy vizsgálja meg ezt a problémát.
TORRICELLI (1. ábra) hosszú csövekkel kísérletezett, amelyeket víz helyett higannyal töltöttek meg. A higany sokkal nagyobb sűrűségű, mint a víz. E kísérletek során felfedezte, hogy a higanyval töltött csőben lévő higanyoszlop, amelyet megfordítottak és a nyílással lefelé tették a higanyba, csak kb. 760 mm hosszú volt.
További kutatások a légnyomásról
A francia felfedező, BLAISE PASCAL (1623-1662) is megismerte TORRICELLI felfedezését. A TORRICELLI teszt beállításával ő volt az első, aki meghatározta a légnyomás ingadozásait, és feltalálta az első barométert. PASCAL azon a véleményen volt, hogy a légnyomás oka a levegő nehézsége. Arra a következtetésre jutott, hogy akkor a növekvő magasságú légnyomás, pl. B. ha hegymászik, csökkentenie kell. Mivel akkoriban neki magának nem volt lehetősége a kísérlet elvégzésére, 1647. november 15-én szülővárosában, Clermontban PERIER sógornak írt. Megkérte, ellenőrizze, hogy a közeli, mintegy 900 m magas Puy-de-Domê barométere alacsonyabb értéket mutat-e, mint Clermontban. A PERIER készen állt, és nagy gonddal végezte el a kísérletet 1648. szeptember 19-én. Az eredmény megerősítette a vélelmet, amely végül cáfolta a „horror vacui” fogalmát.
EVANGILASTA TORRICELLI (1608-1647)
A 2. ábra a TORRICELLI tesztbeállítását mutatja. Ennek a 760 mm hosszú higanyoszlopnak a súlynyomását ki kellett egyensúlyozni a légnyomással. Az oszlop fölött láthatóan vákuum volt. A 760 mm higanynyomás megfelel a normál légnyomásnak (normál nyomás). A TORRICELLI tiszteletére a megfelelő légnyomás mértékegységet később 1 Torr névre keresztelték:
1 Torr ≙ 1 mm higany 760 Torr ≙ 760 mm higany
A vízzel végzett hasonló vizsgálat azt mutatja: A vízoszlop , amely a normál légnyomást fejti ki, és így megfelel a légnyomásnak, hossza 10,33 m, ez az oka annak is, hogy egy szívószivattyú csak 10 m mélységből képes vizet szivattyúzni.
A barátjának írt levélből következő idézet világosan leírja TORRICELLI egyik próbálkozását az eredmények magyarázatára:
„Feltételezhető, hogy az erő, amely megakadályozza a higany esését, jellegének megfelelően az edény belsejében hat, akár a vákuumból, akár valamilyen nagyon híg anyagból. De meggyőződésem, hogy a hatás kívülről származik. Ugyanis a higany külső felületén ötven mérföld magas légoszlop található. Tehát korántsem meglepő, hogy a higany behatol az üvegcsőbe és olyan magasra emelkedik, hogy egyensúlyba kerül a levegőt kifejtő külső nyomás súlyával. "
(Feladó: TORRICELLI E.: Levél a RICCI-hez 1644. június 11-én)
TORRICELLI kísérlete a légnyomáson
Magdeburgban OTTO VON GUERICKE (1602-1686) szivattyúkkal kísérletezett TORRICELLI-től és PASCAL-tól függetlenül, és feltalálta a légszivattyút. A "Magdeburg féltekék" révén vált világhírűvé.
OTTO VON GUERICKE (3. ábra) először Lipcsében, Helmstedtben és Jenában tanult jogot, majd matematikát, mechanikát és építkezést a hollandiai Leidenben. Szülővárosában, Magdeburgban, ahová 1626-ban visszatért, tanácsos, majd polgármester lett.
Ezen kívül GUERICKE azzal a kérdéssel foglalkozott, hogy van-e üres hely, vákuum. Ennek érdekében számos kísérleti tanulmányt végzett. Az egyik ötlete a következő volt: Ha teljesen megtöltenek egy hordót vízzel, majd kiszivattyúzzák ezt a vizet, akkor a hordónak utána üresnek kell lennie. Vákuumnak kell lennie benne.
Ennek az ötletnek a kísérleti megvalósítása nagy nehézségekbe ütközött: Amint a víz egy részét kiszivattyúzták a hordóból, a levegő az összes repedésen át fütyült a hordóba. Vékony falú golyó használatakor a levegő nyomása teljesen összenyomta. Csak egy sokkal stabilabb, két félgömbből álló szerkezet állt ellen az óriási nyomásnak.
OTTO VON GUERICKE (1602-1686)
1654-ben GUERICKE elvégezte híres kísérletét a két félgömbbel a Regensburgi Reichstag előtt (4. ábra). A levegőt kiszivattyúzták a gömbbe összeállított két féltekéből. Tizenhat ló nem tudta legyőzni a félgömböket összetartó levegő nyomását. GUERICKE szülővárosának tiszteletére ezeket a félgömböket ma "Magdeburg féltekének" nevezik.
A gázok fizikájának további vizsgálatával tartozunk ROBERT BOYLE ír fizikusnak és vegyésznek (1627-1691). Fizikai vizsgálódásainak fő témája a légszivattyúval végzett kísérletek voltak, amelyeket jelentősen javított. Legjelentősebb felfedezése a levegő térfogatának és nyomásának kapcsolatáról szóló törvény volt, amelyet róla és a francia MARIOTTE-ról neveztek el.
A híres kísérlet a Magdeburg féltekékkel
A légnyomás létrehozása
A légnyomás létrejöttét vázlattal szemléltethetjük (2. ábra): Ha Ön pl. B. a földön a fenti légoszlop súlya ezen a ponton az A területre hat. A területenkénti erő megegyezik a légoszlop által kifejtett nyomással. A légnyomás tehát gravitációs nyomás, hasonló a folyadékokban lévő gravitációs nyomáshoz.
Ha viszont nagyobb magasságban van, akkor a fenti légoszlop alacsonyabb. A légnyomás alacsonyabb. De nincs arányos kapcsolat a talaj feletti magasság és a légnyomás között.
A szokásos nyomás
A normál légnyomást 0 ° C-on tengerszinten szokásos nyomásnak nevezzük. 101,325 kPa. A légnyomást, valamint a szokásos nyomást néha más egységekben adják meg. A millibár (1 mbar), a hektopascal (1 hPa) vagy a torr (1 torr) egységei szintén gyakoriak a légnyomás szempontjából. Az alábbiak érvényesek:
101,325 kPa = 1013,25 mbar
101,325 kPa = 1013,25 hPa
101,325 kPa = 760 Torr = 10,33 m vízoszlop
A légnyomás ezen standard nyomás körül ingadozik, és értéke általában 970 hPa között van egy alacsony nyomású területen és legfeljebb
1030 hPa nagynyomású területen.
A légnyomás mérése
A légnyomás mérésére szolgáló eszközöket barométereknek nevezzük. Kifejezetten a légnyomás mérésére tervezett nyomásmérők, amelyek mérési tartománya a szokásos nyomás körül van. Részletesebb információk a „Barométer” kulcsszó alatt találhatók.
A légnyomást maga a levegő hozza létre. Ez a gravitációs nyomás, amelyet a légoszlop súlya (légkör) hoz létre.
A légnyomás függése a magasságtól
A légnyomás a talaj feletti magasságtól függ. Az alábbiak érvényesek:
A légnyomás a magasság növekedésével csökken.
A légnyomás-magasság diagram pontosabban mutatja az összefüggést (6. ábra): A légnyomás először a magasság növekedésével meredeken csökken, majd egyre kevésbé. A magasság és a légnyomás között azonban nincs arányosság. Az úgynevezett barometrikus magasság képlet érvényes:
p = p 0 ⋅ e - ρ 0 ⋅ g ⋅ h p 0 p 0 standard nyomás e Euler-szám ρ 0 levegő sűrűsége normál nyomáson g térbeli tényező (gravitációs gyorsulás) h magasság a föld felszíne felett
Például Németország legmagasabb hegyén, a Zugspitze-n (magasság: 2 962 m) a légnyomás továbbra is 700 hPa körül mozog. A föld legmagasabb hegyén, a Mount Everesten (8848 m) csak 340 hPa és modern utasszállító repülőgépek (10 000 m) még 290 hPa repülési magasságban.
A légnyomás magasságtól való függését a magasságmérőkben alkalmazzák. Mivel a nyomás a tengerszint feletti magasságtól függ, a következők érvényesek: A normál légnyomásnak minden magasságra van egy bizonyos értéke. Ha megméred a légnyomást, levezetheted belőle a magasságot.