Lernziele
- Definieren Sie den Druck.
- Lernen Sie die Einheiten des Drucks und wie man zwischen ihnen umrechnet.
Die kinetische Theorie der Gase besagt, dass Gasteilchen immer in Bewegung sind und mit anderen Teilchen und den Wänden des Behälters, in dem sie sich befinden, zusammenstoßen. Obwohl Kollisionen mit Behälterwänden elastisch sind (d.h. es gibt keinen Netto-Energiegewinn oder -verlust aufgrund der Kollision), übt ein Gasteilchen während der Kollision eine Kraft auf die Wand aus. Die Ansammlung all dieser Kräfte, verteilt über die Fläche der Behälterwände, verursacht etwas, das wir Druck nennen. Der Druck (P) ist definiert als die Kraft aller Gaspartikel/Wand-Kollisionen geteilt durch die Fläche der Wand:
Alle Gase üben Druck aus; er ist eine der grundlegenden messbaren Größen dieser Phase der Materie. Sogar unsere Atmosphäre übt Druck aus – in diesem Fall wird das Gas durch die Schwerkraft der Erde „festgehalten“, anstatt dass sich das Gas in einem Behälter befindet. Der Druck der Atmosphäre beträgt 101.325 Pa.
Der Druck hat eine Vielzahl von Einheiten. Die formale, von der SI anerkannte Einheit des Drucks ist das Pascal (Pa), das als 1 N/m2 (ein Newton Kraft über eine Fläche von einem Quadratmeter) definiert ist. Diese Einheit ist jedoch in der Regel zu klein, um nützlich zu sein. Eine gebräuchliche Einheit für den Druck ist die Atmosphäre (atm), die ursprünglich als durchschnittlicher atmosphärischer Druck auf Meereshöhe definiert wurde.
Der „durchschnittliche atmosphärische Druck auf Meereshöhe“ ist jedoch aufgrund der atmosphärischen Druckschwankungen schwer zu bestimmen. Eine zuverlässigere und gebräuchlichere Einheit ist Millimeter Quecksilbersäule (mmHg), die den Druck angibt, den eine Quecksilbersäule von genau 1 mm Höhe ausübt. Eine äquivalente Einheit ist das Torr, das 1 mmHg entspricht (Das Torr ist nach Evangelista Torricelli benannt, einem italienischen Wissenschaftler des 17. Jahrhunderts, der das Quecksilberbarometer erfand). Mit diesen Definitionen des Drucks wird die Einheit der Atmosphäre neu definiert: 1 atm ist definiert als genau 760 mmHg bzw. 760 torr. Wir haben also folgende Äquivalenzen:
1 atm = 760 mmHg = 760 torr
Wir können diese Äquivalenzen wie alle anderen Äquivalenzen verwenden, um Umrechnungen von einer Einheit in eine andere vorzunehmen. Bezogen auf die formale SI-Einheit des Drucks ist 1 atm = 101,325 Pa.
Beispiel 1
Wie viele Atmosphären sind in 595 torr enthalten?
Lösung
Unter Verwendung der Druckäquivalenzen konstruieren wir einen Umrechnungsfaktor zwischen torr und Atmosphären: 1 atm = 760 torr. Also,
Da die Zahlen im Umrechnungsfaktor exakt sind, wird die Anzahl der signifikanten Stellen in der endgültigen Antwort durch den Anfangswert des Drucks bestimmt.
Testen Sie sich selbst
Wie viele Atmosphären sind in 1.022 Torr enthalten?
Antwort
1,345 atm
Beispiel 2
Die Atmosphäre auf dem Mars besteht zum größten Teil aus CO2 bei einem Druck von 6,01 mmHg. Wie hoch ist dieser Druck in Atmosphären?
Lösung
Benutzen Sie die Druckäquivalenzen, um den richtigen Umrechnungsfaktor zwischen Millimeter Quecksilber und Atmosphären zu konstruieren.
Am Ende haben wir die Antwort in wissenschaftlicher Notation ausgedrückt.
Testen Sie sich selbst
Im Auge eines Hurrikans ist der atmosphärische Druck niedrig. Bei einem Hurrikan aus dem Jahr 1979 im Pazifischen Ozean wurde im Auge ein Druck von 0,859 atm gemessen. Wie hoch ist dieser Druck in Torr?
Antwort
652 Torr
Key Takeaways
- Druck ist eine Kraft, die auf eine Fläche ausgeübt wird.
- Druck hat mehrere gebräuchliche Einheiten, die umgerechnet werden können.
Übungen
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Bestimmen Sie den Druck. Wodurch wird er verursacht?
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Bestimme und setze drei Druckeinheiten in Beziehung.
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Wenn eine Kraft von 16.7 N gegen eine Fläche von 2,44 m2 gedrückt wird, wie hoch ist der Druck in Pascal?
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Wenn eine Kraft von 2.546 N gegen eine Fläche von 0.0332 m2 gepresst wird, wie hoch ist dann der Druck in Pascal?
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Erläutern Sie, warum die ursprüngliche Definition von Atmosphäre nicht gut funktioniert hat?
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Welche Druckeinheiten sind gleichwertig?
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Wie viele Atmosphären sind in 889 mmHg?
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Wie viele Atmosphären sind in 223 Torr?
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Wie viele Torr sind in 2,443 atm?
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Wie viele Millimeter Quecksilber sind in 0,334 atm?
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Wie viele Millimeter Quecksilber sind in 334 torr?
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Wie viele Torr sind in 0,777 mmHg?
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Wie viele Pascal sind in 1 Torr?
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Ein Druck von 0,887 atm entspricht wie vielen Pascal?
Antworten
Druck ist Kraft pro Flächeneinheit. Er wird durch Gasteilchen verursacht, die auf die Wände ihres Behälters treffen.
6,84 Pa
Da der atmosphärische Druck auf Meereshöhe variabel ist, ist er keine einheitliche Druckeinheit.
1,17 atm
1.857 torr
334 mmHg
133 Pa