წნევა არის ფიზიკური სიდიდე, რომელიც გამოითვლება შემდეგნაირად: გაყავით წნევის ძალა იმ ფართობზე, რომელზეც მოქმედებს ეს ძალა. წნევის ძალა განისაზღვრება წონით. ნებისმიერი ფიზიკური ობიექტი ახდენს ზეწოლას, რადგან მას აქვს გარკვეული წონა. სტატიაში დეტალურად იქნება განხილული წნევა გაზებში. მაგალითები ასახავს რაზეა დამოკიდებული და როგორ იცვლება.
სხვაობა მყარი, თხევადი და აირისებრი ნივთიერებების წნევის მექანიზმებში
რა განსხვავებაა სითხეებს, მყარებსა და აირებს შორის? პირველ ორს აქვს მოცულობა. მყარი სხეულები ინარჩუნებენ ფორმას. ჭურჭელში მოთავსებული გაზი მთელ მის ადგილს იკავებს. ეს გამოწვეულია იმით, რომ გაზის მოლეკულები პრაქტიკულად არ ურთიერთობენ ერთმანეთთან. აქედან გამომდინარე, გაზის წნევის მექანიზმი მნიშვნელოვნად განსხვავდება სითხეებისა და მყარი ნივთიერებების წნევის მექანიზმისგან.
მოდით, სუფრაზე დავდოთ წონა. გრავიტაციის გავლენის ქვეშ, წონა განაგრძობდა ქვევით მოძრაობას მაგიდაზე, მაგრამ ეს ასე არ ხდება. რატომ? იმის გამო, რომ ცხრილის მოლეკულები უახლოვდებიან მოლეკულებსრომლითაც მზადდება წონა, მათ შორის მანძილი იმდენად მცირდება, რომ წონის ნაწილაკებსა და მაგიდას შორის წარმოიქმნება საგრებელი ძალები. გაზებში კი სულ სხვა სიტუაციაა.
ატმოსფერული წნევა
სანამ აირისებრი ნივთიერებების წნევას განვიხილავთ, შემოვიტანოთ კონცეფცია, რომლის გარეშეც შემდგომი ახსნა შეუძლებელია - ატმოსფერული წნევა. ეს არის ის ეფექტი, რომელიც ჩვენს გარშემო არსებულ ჰაერს (ატმოსფეროს) აქვს. ჰაერი მხოლოდ უწონად გვეჩვენება, სინამდვილეში მას წონა აქვს და ამის დასამტკიცებლად ჩავატაროთ ექსპერიმენტი.
ჰაერს ავწონით მინის ჭურჭელში. ის იქ შემოდის კისერზე არსებული რეზინის მილით. ამოიღეთ ჰაერი ვაკუუმური ტუმბოთ. კოლბა უჰაეროდ ავწონოთ, შემდეგ გავხსნათ ონკანი და როცა ჰაერი შევა, მისი წონა კოლბის წონას დაემატება.
ზეწოლა ჭურჭელში
მოდით გავარკვიოთ როგორ მოქმედებს აირები გემების კედლებზე. გაზის მოლეკულები პრაქტიკულად არ ურთიერთობენ ერთმანეთთან, მაგრამ ისინი არ იფანტებიან ერთმანეთისგან. ეს ნიშნავს, რომ ისინი კვლავ აღწევენ ჭურჭლის კედლებს და შემდეგ ბრუნდებიან. როდესაც მოლეკულა კედელს ხვდება, მისი ზემოქმედება ჭურჭელზე გარკვეული ძალით მოქმედებს. ეს ძალა ხანმოკლეა.
კიდევ ერთი მაგალითი. მოდი, მუყაოს ფურცელს ავაგდოთ ბურთი, ბურთი ატყდება, მუყაო კი ოდნავ გადახრის. მოდით შევცვალოთ ბურთი ქვიშით. ზემოქმედება იქნება მცირე, ჩვენ კი არ მოვისმენთ მათ, მაგრამ მათი ძალა გაიზრდება. ფურცელი მუდმივად უარყოფილი იქნება.
ახლა ავიღოთ ყველაზე პატარა ნაწილაკები, მაგალითად ჰაერის ნაწილაკები, რომლებიც გვაქვს ფილტვებში. მუყაოზე ვბერავთ და ის გადაუხვევს. ვაიძულებთჰაერის მოლეკულები მუყაოს მოხვდება, რის შედეგადაც მასზე მოქმედებს ძალა. რა არის ეს ძალა? ეს არის წნევის ძალა.
მოდით დავასკვნათ: გაზის წნევა გამოწვეულია ჭურჭლის კედლებზე გაზის მოლეკულების ზემოქმედებით. მიკროსკოპული ძალები, რომლებიც მოქმედებენ კედლებზე, ემატება და ვიღებთ იმას, რასაც წნევის ძალა ეწოდება. ძალის ფართობზე გაყოფის შედეგია წნევა.
იბადება კითხვა: რატომ, თუ ხელში მუყაოს ფურცელს აიღებთ, ის არ გადახრის? ის ხომ გაზშია, ანუ ჰაერში. იმის გამო, რომ ჰაერის მოლეკულების ზემოქმედება ფურცლის ერთ და მეორე მხარეს აბალანსებს ერთმანეთს. როგორ შევამოწმოთ, ჰაერის მოლეკულები ნამდვილად მოხვდა კედელზე? ეს შეიძლება გაკეთდეს მოლეკულების ზემოქმედების მოხსნით ერთ მხარეს, მაგალითად, ჰაერის ამოტუმბვით.
ექსპერიმენტი
არსებობს სპეციალური მოწყობილობა - ვაკუუმის ტუმბო. ეს არის მინის ქილა ვაკუუმურ ფირფიტაზე. მას აქვს რეზინის შუასადებები ისე, რომ არ იყოს უფსკრული თავსახურსა და ფირფიტას შორის ისე, რომ ისინი მჭიდროდ ერგებოდეს ერთმანეთს. ვაკუუმურ ერთეულზე მიმაგრებულია მანომეტრი, რომელიც ზომავს ჰაერის წნევის განსხვავებას გარეთ და კაპოტის ქვეშ. ონკანი საშუალებას იძლევა, რომ ტუმბოსკენ მიმავალი შლანგი დაუკავშირდეს კაპოტის ქვეშ არსებულ სივრცეს.
თავსახურის ქვეშ მოათავსეთ ოდნავ გაბერილი ბუშტი. იმის გამო, რომ ის ოდნავ გაბერილია, ბურთის შიგნით და მის გარეთ მოლეკულების ზემოქმედება კომპენსირებულია. ბურთულას თავსახური ვაფარებთ, ვაკუუმ ტუმბოს ჩართავთ, ონკანს ვხსნით. წნევის ლიანდაგზე დავინახავთ, რომ განსხვავება ჰაერს შიგნით და გარედან შორის იზრდება. რაც შეეხება ბუშტს? ის იზრდება ზომაში. წნევა, ანუ მოლეკულების ზემოქმედებაბურთის გარეთ, მცირდება. ბურთის შიგნით რჩება ჰაერის ნაწილაკები, ირღვევა დარტყმების კომპენსაცია გარედან და შიგნიდან. ბურთის მოცულობა იზრდება იმის გამო, რომ ჰაერის მოლეკულების გარედან ზეწოლის ძალა ნაწილობრივ აითვისება რეზინის დრეკადობის ძალით.
ახლა დახურეთ ონკანი, გამორთეთ ტუმბო, კვლავ გახსენით ონკანი, გამორთეთ შლანგი, რომ ჰაერი ჩაუშვას თავსახურის ქვეშ. ბურთი დაიწყებს ზომით შემცირებას. როდესაც წნევის სხვაობა გარეთ და თავსახურის ქვეშ ნულის ტოლია, ის იგივე ზომა იქნება, რაც იყო ექსპერიმენტის დაწყებამდე. ეს გამოცდილება ადასტურებს, რომ თქვენ შეგიძლიათ ნახოთ წნევა საკუთარი თვალით, თუ ის უფრო დიდია ერთ მხარეს, ვიდრე მეორეზე, ანუ თუ გაზი ამოიღეს ერთი მხრიდან და დატოვეს მეორეზე.
დასკვნა ასეთია: წნევა არის სიდიდე, რომელიც განისაზღვრება მოლეკულების ზემოქმედებით, მაგრამ ზემოქმედება შეიძლება იყოს უფრო მრავალრიცხოვანი და ნაკლებად მრავალრიცხოვანი. რაც უფრო მეტი ურტყამს ჭურჭლის კედლებს, მით მეტია წნევა. გარდა ამისა, რაც უფრო დიდია მოლეკულების შეჯახების სიჩქარე ჭურჭლის კედლებზე, მით მეტია ამ გაზის მიერ წარმოქმნილი წნევა.
წნევის დამოკიდებულება მოცულობაზე
ვთქვათ, გვაქვს თვალის გარკვეული მასა, ანუ მოლეკულების გარკვეული რაოდენობა. ექსპერიმენტების დროს, რომლებსაც განვიხილავთ, ეს რაოდენობა არ იცვლება. გაზი არის ცილინდრში დგუშით. დგუში შეიძლება გადაადგილდეს ზემოთ და ქვემოთ. ცილინდრის ზედა ნაწილი ღიაა, მასზე დავდებთ ელასტიური რეზინის ფილას. გაზის ნაწილაკები ხვდება ჭურჭლის კედლებსა და ფილმს. როდესაც ჰაერის წნევა შიგნით და გარეთ ერთნაირია, ფილმი ბრტყელია.
თუ დგუშს მაღლა აწევთ,მოლეკულების რაოდენობა იგივე დარჩება, მაგრამ მათ შორის მანძილი შემცირდება. ისინი იმავე სიჩქარით იმოძრავებენ, მათი მასა არ შეიცვლება. თუმცა, დარტყმების რაოდენობა გაიზრდება, რადგან მოლეკულას კედელამდე მისასვლელად უფრო მოკლე მანძილი უნდა გაიაროს. შედეგად, წნევა უნდა გაიზარდოს და ფილმი გარედან უნდა დაიხაროს. მაშასადამე, მოცულობის შემცირებით, აირის წნევა იზრდება, მაგრამ ეს იმ პირობით, რომ გაზის მასა და ტემპერატურა უცვლელი რჩება.
თუ დგუშს ქვევით გადაიტანთ, მოლეკულებს შორის მანძილი გაიზრდება, რაც იმას ნიშნავს, რომ დრო, რომელიც მათ დასჭირდებათ ცილინდრისა და ფილმის კედლებამდე მისასვლელად, ასევე გაიზრდება. ჰიტები უფრო იშვიათი გახდება. გარე გაზს აქვს უფრო მაღალი წნევა, ვიდრე ცილინდრის შიგნით. აქედან გამომდინარე, ფილმი იქნება მოხრილი შიგნით. დასკვნა: წნევა არის სიდიდე, რომელიც დამოკიდებულია მოცულობაზე.
ზეწოლის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე
დავუშვათ, რომ გვაქვს ჭურჭელი, რომელსაც აქვს გაზი დაბალ ტემპერატურაზე და ჭურჭელი იგივე გაზით, იმავე რაოდენობით მაღალ ტემპერატურაზე. ნებისმიერ ტემპერატურაზე, გაზის წნევა გამოწვეულია მოლეკულების ზემოქმედებით. გაზის მოლეკულების რაოდენობა ორივე ჭურჭელში ერთნაირია. მოცულობა იგივეა, ამიტომ მანძილი მოლეკულებს შორის იგივე რჩება.
ტემპერატურის მატებასთან ერთად, ნაწილაკები უფრო სწრაფად იწყებენ მოძრაობას. შესაბამისად, იზრდება მათი ზემოქმედების რაოდენობა და სიძლიერე გემის კედლებზე.
შემდეგი ექსპერიმენტი დაგეხმარებათ დაადასტუროთ განცხადების სისწორე, რომ გაზის ტემპერატურის მატებასთან ერთად მისი წნევა იზრდება.
მიიღეთბოთლი, რომლის ყელი დახურულია ბუშტით. მოათავსეთ იგი ცხელი წყლით კონტეინერში. ჩვენ დავინახავთ, რომ ბუშტი გაბერილია. თუ კონტეინერში წყალს ცივზე შეცვლით და იქ ბოთლს დადებთ, ბუშტი ამოიწურება და შიგც კი გაიყვანება.
