Definicja i pomiar ciśnienia: ciśnienie atmosferyczne, barometr i manometr

Przypomnijmy, że gaz zawsze przyjmuje kształt i objętość naczynia, w którym się znajduje. Mikroskopijnie gaz składa się z poruszających się cząstek, które zderzają się ze sobą i ściankami swojego pojemnika.

Każde zderzenie ze ścianą wywiera niewielką siłę na obszar kontaktu. Siły wynikające z dużej liczby takich zderzeń sumują się do jego ciśnienia.

Mniej cząstek gazu prowadzi do mniejszej liczby zderzeń, mniejszej siły na jednostkę powierzchni, a co za tym idzie, niższego ciśnienia. Ciśnienie jest zatem wprost proporcjonalne do liczby cząstek w danej objętości lub gęstości gazu.

Powietrze – mieszanina różnych gazowych atomów i cząsteczek – wywiera nacisk na wszystko, co znajduje się na powierzchni ziemi. Jest to ciśnienie atmosferyczne, które mierzy się za pomocą barometru. Tradycyjny barometr to szklana rurka wypełniona rtęcią, która jest odwracana do naczynia zawierającego rtęć.

W odpowiedzi na ciśnienie wywierane przez atmosferę wysokość słupa rtęci wzrasta lub opada. Pomiar wysokości zapewnia miarę ciśnienia atmosferycznego.

Na poziomie morza ciśnienie atmosferyczne wynosi 1 atm, co podnosi kolumnę rtęci na wysokość 760 milimetrów słupa rtęci. Na większych wysokościach, gdzie powietrze jest mniej gęste, wysokość słupa rtęci spada, co wskazuje na niższe ciśnienie atmosferyczne.

Ciśnienie gazu uwięzionego w pojemniku mierzy się za pomocą manometru. Manometr z zamkniętym końcem składa się z rurki U wypełnionej rtęcią. Jeden koniec jest uszczelniony w próżni, a drugi koniec jest połączony z pojemnikiem wypełnionym próbką gazu.

Cząsteczki gazu napierają na rtęć na jednym końcu rury, tworząc różnicę wysokości, która odpowiada ciśnieniu wywieranemu przez gaz.

W manometrze otwartym jeden koniec pozostaje otwarty na atmosferę. Mierzy ciśnienie próbki gazu w stosunku do ciśnienia atmosferycznego.

Gdy gaz wywiera ciśnienie wyższe niż ciśnienie atmosferyczne, różnica wysokości jest dodawana do ciśnienia atmosferycznego. W ten sposób powstaje ciśnienie gazu.

I odwrotnie, gdy atmosfera wywiera ciśnienie większe niż próbka gazu, różnica wysokości jest odejmowana od ciśnienia atmosferycznego, aby uzyskać ciśnienie gazu.