Урок 46, 7 клас "Атмосферний тиск та його вимірювання"

 Вивчення нового матеріалу.

Атмосфера

Наукова назва газової оболонки Землі - атмосфера, що в перекладі з грецької мови означає "сфера випарів".

Дійсно, до складу повітря входить пара води, але її частка незначна і зрідка досягає 3 %.

До складу атмосфери входить азот (78,1 %), кисень (21 %), аргон (0,9 %), вміст інших газів (вуглекислого газу, неону, гелію, криптону, ксенону, водню, озону) незначний.

Молекули цих газів, знаходячись у полі тяжіння Землі, притягуються до неї. Унаслідок цього шари повітря, розміщені вище, тиснуть на нижчі шари і в кінцевому підсумку чинять тиск на поверхню Землі і на всі тіла, що знаходяться на ній. Молекули газів, що складають атмосферу, перебувають у неперервному русі. Через це вони не падають на Землю, а «носяться» в просторі біля Землі.

 Атмосферний тиск

Тиск, який створює атмосфера на всі тіла, що в ній перебувають, а також на земну поверхню, називають атмосферним тиском.

За підрахунками, атмосфера Землі важить близько 5·10¹⁸ кг.

Дослід Торрічеллі.

В 1634 року італійський учений Торрічеллі, вперше експериментально визначив значення атмосферного тиску. Для цього він взяв скляну трубку завдовжки близько 1 м, один кінець якої запаяно, заповнив її ртуттю і, закривши отвір другого кінця, перевернув та занурив трубку у посудину із ртуттю. Потім отвір було відкрито, частина ртуті із трубки вилилась в посудину, а в трубці залишився стовп ртуті висотою h (над ним у трубці утворюється безповітряний простір, заповнений парами ртуті).

Дослід Торрічеллі свідчить, що тиск стовпа ртуті висотою h зрівноважує тиск атмосфери.

P_атм = Р_ртуті

Тиск атмосфери, що дорівнює тиску стовпа ртуті висотою 760 мм при температурі 0⁰С, називають нормальним атмосферним тиском.

1 мм.рт.ст.= 133,3 Па

760 мм.рт.ст. = 101 325Па або 10⁵Па

У фізиці й техніці також використовують позасистемну одиницю атмосферного тиску — фізичну атмосферу (1 атм).

Одна фізична атмосфера дорівнює нормальному атмосферному тиску на висоті рівня моря: 1атм ≈100 кПа.

При підйомі на кожні 100 метрів тиск зменшується на 10 мм рт.ст.

Однак на відміну від тиску в рідинах зміна атмосферного тиску відбувається не пропорційно зміні висоти стовпа, а набагато швидше. Причиною цього є значно більша стисливість газів порівняно з рідинами.

Вимірювання показують, що атмосферний тиск залежить і від вмісту в повітрі водяної пари. Зі зростанням вологості тиск атмосфери зменшується.

Якщо ж показання барометра зменшуються, то це означає, що зростає кількість пари і наближається негода з дощами і тривалими вітрами.

Чому люди не відчувають дії атмосферного тиску?

Кровоносні судини та інші порожнини організму, які заповнені рідинами чи газами, чинять на стінки судин і порожнин такий самий тиск. Тому тканини організму не деформуються, а атмосферний тиск не відчувається.

Прилади для вимірювання атмосферного тиску

                                                                                  Ртутний барометр

Для вимірювання атмосферного тиску використовують ртутний барометр, барометр-анероїд і барограф.

Анероїд — прилад для вимірювання атмосферного тиску за деформацією пружної металевої коробки, без повітря. Деформація коробки через систему важелів передається на стрілку, що переміщується по шкалі.

Барограф ( βαρος — вага, γραφω — пишу) — прилад для безперервного запису зміни атмосферного тиску. Складається з приймальної частини, передавального механізму, з'єднаного з пером, та барабана з стрічкою, який обертається за допомогою годинникового механізму. Розрізняють в залежності від принципу дії анероїдні та ртутні.

3. Вчимося розв’язувати задачі.

Задача 1. Виразити в кілопаскалях атмосферний тиск 800 мм рт.ст; 500 мм рт. ст; 530 мм рт. ст.

800 мм рт.ст*133,3 = 106640 Па = 10⁷ кПа

500 мм рт. ст.* 133,3 = 66650 Па = 67 кПа

530 мм рт. ст.* 133,3 = 70649 Па = 71 кПа

Задача 2. Якою є відносна висота гори, якщо на її вершині атмосферний тиск дорівнює 250 мм.рт.ст., а біля підніжжя - 760 мм.рт.ст.?

Розв’язання.

1. Обчислюємо різницю тисків біля підніжжя та на вершині:

760 – 250 = 510 (мм.рт.ст.).

2. Знаючи, що на кожні 100 м підйому вгору тиск знижується приблизно на 10 мм рт.ст., складаємо пропорцію:

100 м - 10 мм. рт.ст.

X м. - 510 мм. рт. ст.

X = 100 * 510 : 10 = 5100 (м.)

4. Запитання на закріплення.

1. Що таке атмосфера і чому вона існує?

2. Чому існує атмосферний тиск?

3. Які факти свідчать про існування атмосферного тиску?

4. У яких одиницях вимірюють атмосферний тиск?

5. Дайте визначення нормального атмосферного тиску.

6. Які прилади використовують для вимірювання атмосферного тиску? 7. Чому за допомогою барометрів можна передбачати погоду та вимірювати висоту?

5. Домашнє завдання. Вивчити § 28

Задача 1. Подайте тиск 550 мм рт. ст. у кілопаскалях, а тиск 93 324 Па — у міліметрах ртутного стовпа.

Задача 2. На якій висоті розташований оглядовий майданчик телевізійної вежі, якщо атмосферний тиск біля підніжжя вежі становить 760 мм рт. ст., а на висоті майданчика — 740 мм рт. ст.?

6. Для допитливих Отто фон  Геріке і атмосферний тиск

Большую известность получили также опыты немецкого физика Отто фон Герике (1602-1686). К выводу о существовании атмосферного давления он пришел независимо от Торричелли (об опытах которого он узнал с опозданием на девять лет). Откачивая как-то воздух из тонкостенного металлического шара, Герике вдруг увидел, как этот шар сплющился. Размышляя над причиной аварии, он понял, что расплющивание шара произошло под действием давления окружающего воздуха.

Открыв атмосферное давление, Герике построил около фасада своего дома в г. Магдебурге водяной барометр, в котором на поверхности жидкости плавала фигурка в виде человечка, указывающего на деления, нанесенные на стекле.

В 1654 г. Герике, желая убедить всех в существовании атмосферного давления, произвел знаменитый опыт с "магдебургскими полушариями". На демонстрации опыта присутствовали император Фердинанд III и члены Регенсбургского рейхстага. В их присутствии из полости между двумя сложенными вместе металлическими полушариями выкачали воздух. При этом силы атмосферного давления так сильно прижали эти полушария друг к другу, что их не смогли разъединить несколько пар лошадей (рис. 120).