Cele nauczania

  1. Zdefiniuj ciśnienie.
  2. Poznaj jednostki ciśnienia i sposób przeliczania między nimi.

Kinetyczna teoria gazów wskazuje, że cząsteczki gazu są zawsze w ruchu i zderzają się z innymi cząsteczkami oraz ze ściankami pojemnika, w którym się znajdują. Chociaż zderzenia ze ściankami pojemnika są sprężyste (tzn. nie ma zysku lub straty energii netto z powodu zderzenia), cząsteczka gazu wywiera siłę na ściankę podczas zderzenia. Kumulacja wszystkich tych sił rozłożonych na powierzchni ścianek zbiornika powoduje coś, co nazywamy ciśnieniem. Ciśnienie (P) definiuje się jako siłę wszystkich zderzeń cząsteczek gazu ze ściankami podzieloną przez powierzchnię ścianki:

Wszystkie gazy wywierają ciśnienie; jest to jedna z podstawowych mierzalnych wielkości tej fazy materii. Nawet nasza atmosfera wywiera ciśnienie – w tym przypadku gaz jest „przytrzymywany” przez grawitację ziemską, a nie przez gaz znajdujący się w pojemniku. Ciśnienie atmosfery wynosi 101,325 Pa.

Ciśnienie ma wiele różnych jednostek. Formalną, zatwierdzoną przez SI jednostką ciśnienia jest paskal (Pa), który jest zdefiniowany jako 1 N/m2 (jeden niuton siły na powierzchni jednego metra kwadratowego). Jednakże, jest to zazwyczaj zbyt mała wartość, aby była użyteczna. Popularną jednostką ciśnienia jest atmosfera (atm), która została pierwotnie zdefiniowana jako średnie ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza.

Jednakże „średnie ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza” jest trudne do określenia z powodu zmian ciśnienia atmosferycznego. Bardziej wiarygodną i powszechną jednostką jest milimetr rtęci (mmHg), który jest wielkością ciśnienia wywieranego przez słup rtęci o wysokości dokładnie 1 mm. Równoważną jednostką jest torr, który równa się 1 mmHg (torr został nazwany na cześć Evangelisty Torricelli, siedemnastowiecznego włoskiego naukowca, który wynalazł barometr rtęciowy). Wraz z tymi definicjami ciśnienia, jednostka atmosfery została zdefiniowana na nowo: 1 atm jest zdefiniowany jako dokładnie 760 mmHg, lub 760 torr. Mamy zatem następujące równoważności:

1 atm = 760 mmHg = 760 torr

Możemy użyć tych równoważności, jak każdej innej równoważności, aby dokonać konwersji z jednej jednostki na inną. Odnosząc je do formalnej jednostki ciśnienia w układzie SI, 1 atm = 101,325 Pa.

Przykład 1

Ile atmosfer mieści się w 595 torr?

Rozwiązanie

Korzystając z równoważników ciśnienia, konstruujemy przelicznik między torr a atmosferami: 1 atm = 760 torr. W ten sposób,

Ponieważ liczby we współczynniku konwersji są dokładne, liczba cyfr znaczących w ostatecznej odpowiedzi jest określona przez początkową wartość ciśnienia.

Test Yourself

Ile atmosfer jest w 1,022 torr?

Odpowiedź

1,345 atm

Przykład 2

Atmosfera na Marsie to w dużej mierze CO2 pod ciśnieniem 6,01 mmHg. Ile wynosi to ciśnienie w atmosferach?

Rozwiązanie

Użyj równoważników ciśnienia, aby skonstruować właściwy przelicznik między milimetrami rtęci a atmosferami.

Na końcu wyraziliśmy odpowiedź w notacji naukowej.

Sprawdź się

Ciśnienie atmosferyczne jest niskie w oku huraganu. Podczas huraganu na Oceanie Spokojnym w 1979 roku odnotowano ciśnienie 0,859 atm wewnątrz oka. Ile wynosi to ciśnienie w torr?

Odpowiedź

652 torr

Key Takeaways

  • Ciśnienie jest siłą wywieraną na pewien obszar.
  • Ciśnienie ma kilka wspólnych jednostek, które mogą być przeliczane.

Ćwiczenia

  1. Zdefiniuj ciśnienie. Co je powoduje?

  2. Zdefiniuj i odnieś trzy jednostki ciśnienia.

  3. Jeśli siła o wartości 16.7 N jest wywierana na powierzchnię 2,44 m2, to ile wynosi ciśnienie w paskalach?

  4. Jeśli siła o wartości 2,546 N jest wywierana na powierzchnię 0.0332 m2, to jakie jest ciśnienie w paskalach?

  5. Wyjaśnij, dlaczego pierwotna definicja atmosfery nie działała dobrze.

  6. Jakie jednostki ciśnienia są sobie równe?

  7. Ile atmosfer mieści się w 889 mmHg?

  8. Ile atmosfer mieści się w 223 torr?

  9. Ile torr mieści się w 2,443 atm?

  10. Ile milimetrów rtęci mieści się w 0,334 atm?

  11. Ile milimetrów rtęci mieści się w 334 torr?

  12. Ile torr mieści się w 0,777 mmHg?

  13. Ile paskali mieści się w 1 torr?

  14. Ciśnienie 0,887 atm równa się ilu paskalom?

Odpowiedzi

Ciśnienie to siła na jednostkę powierzchni. Wywołują ją cząsteczki gazu uderzające o ścianki swojego pojemnika.

6,84 Pa

Ponieważ ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza jest zmienne, nie jest to spójna jednostka ciśnienia.

1,17 atm

1,857 torr

334 mmHg

133 Pa

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *