Tekanan adalah besaran fisika yang dihitung sebagai berikut: bagi gaya tekanan dengan luas area di mana gaya ini bekerja. Kekuatan tekanan ditentukan oleh berat. Setiap benda fisik memberikan tekanan karena memiliki setidaknya beberapa berat. Artikel ini akan membahas secara rinci tekanan dalam gas. Contoh akan mengilustrasikan bergantung pada apa dan bagaimana perubahannya.
Perbedaan mekanisme tekanan zat padat, cair, dan gas
Apa perbedaan zat cair, padat, dan gas? Dua yang pertama memiliki volume. Benda padat mempertahankan bentuknya. Suatu gas yang ditempatkan dalam bejana menempati seluruh ruangnya. Ini disebabkan oleh fakta bahwa molekul gas praktis tidak berinteraksi satu sama lain. Oleh karena itu, mekanisme tekanan gas sangat berbeda dengan mekanisme tekanan zat cair dan padat.
Mari kita taruh beban di atas meja. Di bawah pengaruh gravitasi, berat akan terus bergerak ke bawah melalui meja, tetapi ini tidak terjadi. Mengapa? Karena molekul tabel mendekati molekul dariyang beratnya dibuat, jarak di antara mereka berkurang sedemikian rupa sehingga gaya tolak muncul antara partikel-partikel berat dan meja. Dalam gas, situasinya sama sekali berbeda.
Tekanan atmosfer
Sebelum mempertimbangkan tekanan zat gas, mari kita perkenalkan konsep yang tanpanya penjelasan lebih lanjut tidak mungkin - tekanan atmosfer. Ini adalah efek yang dimiliki udara (atmosfer) di sekitar kita. Udara hanya tampak tidak berbobot bagi kita, sebenarnya memiliki berat, dan untuk membuktikannya, mari kita lakukan eksperimen.
Kami akan menimbang udara dalam bejana kaca. Ia masuk ke sana melalui tabung karet di leher. Keluarkan udara dengan pompa vakum. Mari kita timbang labu tanpa udara, lalu buka keran, dan ketika udara masuk, beratnya akan ditambahkan ke berat labu.
Tekanan dalam bejana
Mari kita cari tahu bagaimana gas bekerja pada dinding bejana. Molekul gas praktis tidak berinteraksi satu sama lain, tetapi mereka tidak menyebar satu sama lain. Ini berarti bahwa mereka masih mencapai dinding kapal, dan kemudian kembali. Ketika sebuah molekul menabrak dinding, dampaknya bekerja pada bejana dengan beberapa gaya. Kekuatan ini berumur pendek.
Contoh lain. Mari kita lempar bola ke selembar karton, bola akan memantul, dan karton akan sedikit menyimpang. Mari kita ganti bola dengan pasir. Dampaknya akan kecil, kita bahkan tidak akan mendengarnya, tetapi kekuatannya akan meningkat. Lembar akan terus-menerus ditolak.
Sekarang mari kita ambil partikel terkecil, misalnya partikel udara yang ada di paru-paru kita. Kami meniup karton, dan itu akan menyimpang. Kami memaksamolekul udara menabrak karton, sebagai akibatnya, sebuah gaya bekerja padanya. Apa kekuatan ini? Ini adalah kekuatan tekanan.
Mari kita simpulkan: tekanan gas disebabkan oleh tumbukan molekul gas pada dinding bejana. Gaya mikroskopis yang bekerja pada dinding bertambah, dan kita mendapatkan apa yang disebut gaya tekanan. Hasil pembagian gaya dengan luas adalah tekanan.
Pertanyaan muncul: mengapa, jika Anda mengambil selembar karton di tangan Anda, itu tidak menyimpang? Bagaimanapun, itu ada di dalam gas, yaitu di udara. Karena tumbukan molekul udara di satu sisi dan sisi lain lembaran itu saling menyeimbangkan. Bagaimana cara memeriksa apakah molekul udara benar-benar menabrak dinding? Hal ini dapat dilakukan dengan menghilangkan dampak molekul di satu sisi, misalnya dengan memompa udara keluar.
Eksperimen
Ada perangkat khusus - pompa vakum. Ini adalah toples kaca di atas piring vakum. Memiliki gasket karet sehingga tidak ada celah antara tutup dan pelat sehingga saling menempel erat. Sebuah manometer dipasang pada unit vakum, yang mengukur perbedaan tekanan udara di luar dan di bawah kap mesin. Keran memungkinkan selang menuju pompa untuk dihubungkan ke ruang di bawah kap.
Tempatkan balon yang sedikit mengembang di bawah tutupnya. Karena fakta bahwa itu sedikit meningkat, dampak molekul di dalam dan di luar bola dikompensasi. Kami menutupi bola dengan topi, menyalakan pompa vakum, membuka keran. Pada pengukur tekanan, kita akan melihat bahwa perbedaan antara udara di dalam dan di luar semakin besar. Bagaimana dengan balon? Ukurannya bertambah. Tekanan, yaitu, dampak molekuldi luar bola, semakin kecil. Partikel udara di dalam bola tetap ada, kompensasi guncangan dari luar dan dari dalam dilanggar. Volume bola bertambah karena fakta bahwa gaya tekanan molekul udara dari luar diambil alih sebagian oleh gaya elastis karet.
Sekarang tutup keran, matikan pompa, buka keran lagi, lepaskan selang untuk membiarkan udara di bawah tutup. Bola akan mulai menyusut ukurannya. Ketika perbedaan tekanan di luar dan di bawah tutup adalah nol, itu akan menjadi ukuran yang sama seperti sebelum dimulainya percobaan. Pengalaman ini membuktikan bahwa Anda dapat melihat tekanan dengan mata kepala sendiri jika lebih besar di satu sisi daripada di sisi lain, yaitu jika gas dikeluarkan dari satu sisi dan dibiarkan di sisi lain.
Kesimpulannya begini: tekanan adalah besaran yang ditentukan oleh tumbukan molekul, tetapi dampaknya bisa lebih banyak dan lebih sedikit. Semakin banyak pukulan di dinding kapal, semakin besar tekanannya. Selain itu, semakin besar kecepatan molekul yang mengenai dinding bejana, semakin besar tekanan yang dihasilkan oleh gas ini.
Ketergantungan tekanan pada volume
Katakanlah kita memiliki massa mata tertentu, yaitu sejumlah molekul tertentu. Selama percobaan yang akan kita pertimbangkan, kuantitas ini tidak berubah. Gas berada dalam silinder dengan piston. Piston dapat digerakkan ke atas dan ke bawah. Bagian atas silinder terbuka, kami akan meletakkan film karet elastis di atasnya. Partikel gas menabrak dinding bejana dan film. Ketika tekanan udara di dalam dan di luar sama, film menjadi datar.
Jika Anda menggerakkan piston ke atas,jumlah molekul akan tetap sama, tetapi jarak antara mereka akan berkurang. Mereka akan bergerak dengan kecepatan yang sama, massa mereka tidak akan berubah. Namun, jumlah tumbukan akan meningkat karena molekul harus menempuh jarak yang lebih pendek untuk mencapai dinding. Akibatnya, tekanan harus meningkat, dan film harus menekuk ke luar. Oleh karena itu, dengan penurunan volume, tekanan gas meningkat, tetapi dengan syarat massa gas dan suhu tetap tidak berubah.
Jika Anda menggerakkan piston ke bawah, jarak antar molekul akan bertambah, yang berarti waktu yang dibutuhkan mereka untuk mencapai dinding silinder dan lapisan film juga akan bertambah. Hit akan menjadi lebih jarang. Gas di luar memiliki tekanan yang lebih tinggi daripada yang ada di dalam silinder. Oleh karena itu, film akan menekuk ke dalam. Kesimpulan: tekanan adalah besaran yang bergantung pada volume.
Ketergantungan tekanan pada suhu
Misalkan kita memiliki bejana dengan gas pada suhu rendah dan bejana dengan gas yang sama dalam jumlah yang sama pada suhu tinggi. Pada suhu berapa pun, tekanan gas disebabkan oleh tumbukan molekul. Jumlah molekul gas di kedua bejana adalah sama. Volumenya sama, jadi jarak antar molekulnya tetap sama.
Saat suhu naik, partikel mulai bergerak lebih cepat. Akibatnya, jumlah dan kekuatan dampaknya pada dinding kapal meningkat.
Percobaan berikut membantu memverifikasi kebenaran pernyataan bahwa ketika suhu gas meningkat, tekanannya meningkat.
Ambilbotol, yang lehernya ditutup dengan balon. Masukkan ke dalam wadah berisi air panas. Kita akan melihat bahwa balon itu mengembang. Jika Anda mengubah air dalam wadah menjadi dingin dan meletakkan botol di sana, balon akan mengempis dan bahkan tertarik.
