1. A térfogat, a hőmérséklet és a nyomás

Az első epochában már sokat tanultunk az anyagok szerkezetéről. Megállapítottuk, hogy az anyagokat részecskék építik fel (amik lehetnek, atomok, ionok vagy molekulák) és azonosítottuk, hogy milyen formában, halmazállapotban fordulhatnak elő az anyagok.

1.1. Töltsd ki a táblázatot!

 

Halmazállapot neve	Térfogat	Alak

Az anyagok jellemzésére sokféle tulajdonságukat használhatjuk beszélhetünk egy anyag tömegéről, anyagmennyiségéről (a benne levő részecskék számáról), elektromos töltéséről, térfogatáról, hőmérsékletéről, sűrűségéről és keménységéről. Minket most ezek közül a hőmérséklet, a térfogat, a sűrűség és a nyomás érdekel.

1.2. Írd le az egyes jellemzők meghatározását!

Hőmérséklet
Térfogat
Sűrűség
Nyomás

Ha nem sikerűlt íme egy kis segítség:

Hőmérséklet - az anyagot felépítő részecskék átlagos mozgási energiájával, minél gyorsabban mozognak a részecskék, annál magasabb a hőmérséklet
Térfogat - megmutatja, hogy hogy egy adott anyag mennyi helyet foglal el a térben
Sűrűség - az adott térfogategység tömegének mértéke
Nyomás - egységnyi felületre eső erőhatást adja meg, a részecskék ütköznek a tárolóedénnyel, ebből adódik az erőhatás

Jól láthatóan a gáz és a folyadék halmazállapot nem rendelkezik meghatározott alakkal, mivel a részecskék szabadon mozoghatnak benne. A gázokban egymástól függetlenül, csak néha ütközve, a folyadékokban egymáson elgördülve mozdulnak el. Ezt úgy mondjuk, hogy a részecskék ebben a két halmazállapotban minden irányú mozgást végeznek. Ennek következtében a gázokban és a folyadékokban a nyomás nem csak egy irányban jelentkezik, mint a szilárd testek esetében, hanem minden irányban egyforma.

Az ilyen nyomást nevezzük hidrosztatikai nyomásnak. A név ellenére nem csak a folyadékokra, hanem a gázokra is jellemző.

Nézzük meg, miként függenek össze az egyes jellemzők!

1.3. Hogyan változik a térfogat, ha növeljük a hőmérsékletet (és a nyomás nem változik)?
Gondolj a higanyos lázmérő működési elvére!

1.4. Hogyan változik a sűrűség, ha növeljük a hőmérsékletet (és a nyomás nem változik)?
1.5. Hogyan változik a nyomás, ha nő a hőmérséklet?

Alapvetően leszögezhetjük, hogy a hőmérséklet növekedésével a gázok kitágulnak, aminek köszönhetően a nyomásuk csökken. A hideg levegő tehát magas nyomású és sűrűségű, a meleg pedig alacsony nyomású és alacsony sűrűségű. Mivel az anyagok általában a sűrűségük szerint rétegződnek - gondolj csak az olaj víz keverékre, vagy a víz epochában a víz hőmérsékleti rétegződéséről tanultakra. Ennek köszönhetően a meleg levegő felfelé áramlik, a hideg pedig a helyére nyomul be.

1.6. Rajzoljátok az ábrára, hogyan mozog a levegő!

 

A légkörben a levegő nyomását légnyomásnak nevezzük. Ez a hidrosztatikai nyomás, ami egy adott ponton a légoszlop súlyából származik. Függ a levegő hőmérsékletétől, páratartalmától és a tengerszint feletti magasságtól is. Minél magasabban vagyunk, annál kisebb a légoszlop, tehát annál kisebb a légnyomás is.
A légnyomást sokféle mértékegységben mérhetjük. Az SI mértékegysége a Pascal (Pa). Az átlagos légköri nyomás 101 325 Pa, másképp 100 kPa vagy 0,1 Mpa. 1 KPa-t 1 barnak is nevezik, a légköri nyomás tehát mondható úgy is, hogy 1013 milibar. A hagyományos mértékegység a higanymiliméter (Hgmm), a légköri nyomás ebben kifejezve 760 Hgmm (más néven 1 torr). Ezen kívül használatos még az atmoszféra (atm), az átlagos légköri nyomás 1 atm. Talán ebből is érezhető, hogy miért volt szükség a mértékegységek egységesítésére (és akkor még szó sem volt a font per négyzethüvelyk-ről).

 

1.7. A képen Evangelista Torricelli mérésének elvét látod. Jelöld a képen, hogyan hat a légnyomás a higanyoszlopra!

hidrosztatikai nyomás, légnyomás