Қысым – келесідей есептелетін физикалық шама: қысым күшін осы күш әсер ететін ауданға бөліңіз. Қысым күші салмақпен анықталады. Кез келген физикалық нысан қысым жасайды, өйткені оның салмағы аз. Мақалада газдардағы қысым егжей-тегжейлі қарастырылады. Мысалдар оның неге байланысты екенін және қалай өзгеретінін көрсетеді.
Қатты, сұйық және газ тәрізді заттардың қысым механизмдерінің айырмашылығы
Сұйықтардың, қатты заттардың және газдардың айырмашылығы неде? Алғашқы екеуінің көлемі бар. Қатты денелер пішінін сақтайды. Ыдысқа орналастырылған газ оның барлық кеңістігін алады. Бұл газ молекулаларының іс жүзінде бір-бірімен әрекеттеспеуіне байланысты. Сондықтан газ қысымының механизмі сұйықтар мен қатты заттардың қысым механизмінен айтарлықтай ерекшеленеді.
Салмақтарды үстелге қояйық. Ауырлық күшінің әсерінен салмақ үстелден төмен қарай жылжи береді, бірақ бұл болмайды. Неліктен? Өйткені кестенің молекулалары молекулаларға жақындайдықандай салмақ жасалса, олардың арасындағы қашықтық соншалықты азаяды, сондықтан салмақ бөлшектері мен үстел арасында итеру күштері пайда болады. Газдарда жағдай мүлдем басқаша.
Атмосфералық қысым
Газ тәрізді заттардың қысымын қарастырмас бұрын, онсыз әрі қарай түсіндіру мүмкін емес ұғымды енгізейік - атмосфералық қысым. Бұл бізді қоршаған ауаның (атмосфераның) әсері. Бізге ауа тек салмақсыз болып көрінеді, шын мәнінде оның салмағы бар, соны дәлелдеу үшін тәжірибе жасап көрейік.
Ауаны шыны ыдыста өлшейміз. Ол жерге мойындағы резеңке түтік арқылы кіреді. Ауаны вакуумдық сорғымен алыңыз. Колбаны ауасыз өлшейік, содан кейін шүмекті ашайық, ауа кірген кезде оның салмағы колбаның салмағына қосылады.
Ыдыстағы қысым
Газдардың ыдыстардың қабырғаларына қалай әсер ететінін анықтайық. Газ молекулалары іс жүзінде бір-бірімен әсерлеспейді, бірақ олар бір-бірінен шашырамайды. Бұл дегеніміз, олар әлі де ыдыстың қабырғаларына жетеді, содан кейін оралады. Молекула қабырғаға соғылған кезде оның әсері ыдысқа белгілі бір күшпен әсер етеді. Бұл қуат қысқа мерзімді.
Тағы бір мысал. Допты картон парағына лақтырайық, доп секіреді, ал картон сәл ауытқиды. Допты құммен ауыстырайық. Әсерлері шамалы болады, біз оларды тіпті естімейміз, бірақ олардың күші күшейеді. Парақ үнемі қабылданбайды.
Енді ең кішкентай бөлшектерді алайық, мысалы, біздің өкпеміздегі ауа бөлшектерін. Біз картонға үрлейміз, ол ауытқиды. Біз мәжбүрлеймізауа молекулалары картонға соғылады, нәтижесінде оған күш әсер етеді. Бұл қандай күш? Бұл қысым күші.
Қорытынды жасайық: газ қысымы газ молекулаларының ыдыс қабырғаларына әсерінен пайда болады. Қабырғаларға әсер ететін микроскопиялық күштер қосылып, біз қысым күші деп аталатын нәрсені аламыз. Күшті ауданға бөлудің нәтижесі қысым болып табылады.
Сұрақ туындайды: неге қолыңызға картон парағын алсаңыз, ол ауытқымайды? Өйткені, ол газда, яғни ауада. Өйткені парақтың бір және екінші жағына ауа молекулаларының әсерлері бір-бірін теңестіреді. Ауа молекулаларының шынымен қабырғаға соғылғанын қалай тексеруге болады? Мұны бір жағынан молекулалардың әсерін жою арқылы жасауға болады, мысалы, ауаны сорып алу.
Эксперимент
Арнайы құрылғы бар - вакуумдық сорғы. Бұл вакуумдық пластинадағы шыны ыдыс. Оның резеңке тығыздағыштары бар, сондықтан қақпақ пен пластина арасында бір-біріне тығыз орналасатындай бос орын болмайды. Вакуумдық қондырғыға манометр бекітіледі, ол сорғыштың сыртындағы және астындағы ауа қысымының айырмашылығын өлшейді. Кран сорғыға апаратын шлангты сорғыш астындағы кеңістікке қосуға мүмкіндік береді.
Қалпақтың астына сәл үрленген шарды қойыңыз. Аздап үрленгендіктен, доптың ішіндегі және оның сыртындағы молекулалардың әсерлері өтеледі. Біз допты қақпақпен жабамыз, вакуумдық сорғыны қосамыз, кранды ашамыз. Манометрде біз ішкі және сыртқы ауа арасындағы айырмашылықтың өсіп келе жатқанын көреміз. Ал шар ше? Ол мөлшері артады. Қысым, яғни молекулалардың әсерідоптың сыртында, кішірейеді. Шардың ішіндегі ауа бөлшектері қалады, сыртқы және ішкі соққылардың компенсациясы бұзылады. Шардың көлемі сырттан келетін ауа молекулаларының қысым күшін резеңкенің серпімділік күші ішінара қабылдауына байланысты өседі.
Енді кранды жабыңыз, сорғыны өшіріңіз, кранды қайтадан ашыңыз, қақпақтың астына ауа жіберу үшін шлангты ажыратыңыз. Доп көлемі кішірейе бастайды. Қақпақ сыртындағы және астындағы қысым айырмашылығы нөлге тең болғанда, ол тәжірибе басталғанға дейінгі көлемдегідей болады. Бұл тәжірибе қысымды өз көзіңізбен көруге болатынын дәлелдейді, егер қысым бір жағынан екінші жағынан үлкен болса, яғни газ бір жағынан алынып, екінші жағында қалдырылса.
Қорытынды мынадай: қысым молекулалардың әсерлерімен анықталатын шама, бірақ әсерлер көбірек және азырақ болуы мүмкін. Ыдыстың қабырғаларына соғұрлым көп соққылар соғұрлым көп болады. Сонымен қатар, молекулалардың ыдыс қабырғаларына соғу жылдамдығы неғұрлым жоғары болса, осы газдың қысымы соғұрлым жоғары болады.
Қысымның көлемге тәуелділігі
Бізде көздің белгілі бір массасы, яғни молекулалардың белгілі бір саны бар делік. Біз қарастыратын тәжірибелер барысында бұл шама өзгермейді. Газ поршені бар цилиндрде. Поршеньді жоғары және төмен жылжытуға болады. Цилиндрдің жоғарғы бөлігі ашық, біз оған серпімді резеңке пленканы саламыз. Газ бөлшектері ыдыстың қабырғаларына және пленкаға соқты. Ішкі және сыртқы ауа қысымы бірдей болғанда, пленка тегіс болады.
Поршеньді жоғары жылжытсаңыз,молекулалардың саны өзгеріссіз қалады, бірақ олардың арасындағы қашықтық азаяды. Олар бірдей жылдамдықпен қозғалады, олардың массасы өзгермейді. Дегенмен, соққылар саны артады, өйткені молекула қабырғаға жету үшін азырақ қашықтықты жүруі керек. Нәтижесінде қысым күшейіп, пленка сыртқа қарай иілу керек. Сондықтан көлем азайған сайын газдың қысымы артады, бірақ бұл газдың массасы мен температурасының өзгеріссіз қалуы шарт.
Поршеньді төмен жылжытсаңыз, молекулалар арасындағы қашықтық артады, яғни олардың цилиндр қабырғалары мен пленкаға жету уақыты да артады. Хиттер сирек болады. Сырттағы газдың қысымы цилиндр ішіндегіге қарағанда жоғары. Сондықтан пленка ішке қарай иіледі. Қорытынды: қысым – көлемге тәуелді шама.
Қысымның температураға тәуелділігі
Төмен температурада газы бар ыдыс және жоғары температурада бірдей мөлшерде бірдей газы бар ыдыс болсын делік. Кез келген температурада газдың қысымы молекулалардың әсерінен болады. Екі ыдыстағы газ молекулаларының саны бірдей. Көлемі бірдей, сондықтан молекулалар арасындағы қашықтық өзгеріссіз қалады.
Температура көтерілген сайын бөлшектер жылдамырақ қозғала бастайды. Демек, олардың ыдыс қабырғаларына әсерінің саны мен күші артады.
Келесі тәжірибе газдың температурасы көтерілген сайын оның қысымы артады деген тұжырымның дұрыстығын тексеруге көмектеседі.
Алубөтелке, оның мойны шармен жабылған. Оны ыстық суы бар ыдысқа салыңыз. Біз шардың үрленгенін көреміз. Ыдыстағы суды салқын етіп ауыстырып, оған бөтелкені қойсаңыз, шар сөніп, тіпті ішке тартылады.
