Back to chapter

5.1:

Basınç ve Basınç Ölçümü

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Definition and Measurement of Pressure: Atmospheric Pressure, Barometer, and Manometer

Languages

Share

Bir gazın her zaman içinde bulunduğu kabın şeklini ve hacmini aldığını hatırlayalım. Mikroskobik olarak gaz, birbirleriyle ve içinde bulunduğu kabın duvarlarıyla çarpışan hareketli parçacıklardan oluşur. Duvarla her çarpışma, temas alanına küçük bir kuvvet uygular.Bu tür çok sayıda çarpışmadan kaynaklanan kuvvetler, basıncını arttırır. Daha az gaz parçacığı daha az çarpışmaya, birim alan başına daha düşük bir kuvvete ve dolayısıyla daha düşük bir basınca yol açar. Bu nedenle basınç, belirli bir hacimdeki partikül sayısı veya gazın yoğunluğu ile doğru orantılıdır.Hava farklı gaz atomlarının ve moleküllerinin karışımı dünya yüzeyindeki her şeye basınç uygular. Bu atmosferik basınçtır ve bir barometre kullanılarak ölçülür. Geleneksel bir barometre, cıva içeren bir kaba ters şekilde yerleştirilen cıva dolu bir cam tüptür.Atmosferin uyguladığı basınca yanıt olarak cıva sütununun yüksekliği artar veya düşer. Yüksekliğin ölçülmesi, atmosfer basıncının bir ölçüsünü sağlar. Deniz seviyesinde, atmosferik basınç 1 atmosferdir ve civa sütununu 760 milimetre yüksekliğe yükseltir.Havanın daha az yoğun olduğu daha yüksek rakımlarda, cıva sütununun yüksekliği düşer ve bu da daha düşük bir atmosfer basıncına işaret eder. Bir kapta hapsolmuş bir gazın basıncı bir manometre kullanılarak ölçülür. Kapalı uçlu bir manometre, cıva dolu bir U tüpünden oluşur.Bir ucu vakumla kapatılır ve diğer ucu gaz numunesi ile dolu kaba bağlanır. Gaz parçacıkları tüpün bir ucundaki civayı iterek gazın uyguladığı basınca karşılık gelen bir yükseklik farkı yaratır. Açık uçlu bir manometrede, bir ucu atmosfere açık bırakılır.Bu, gaz numunesinin basıncını atmosferik basınca göre ölçer. Gaz, atmosferik basınçtan daha yüksek bir basınç uyguladığında, yükseklik farkı atmosfer basıncına eklenir. Bu, gazın basıncını verir.Tersine, atmosfer gaz örneğinden daha büyük bir basınç uyguladığında, yükseklik farkı, gaz basıncını elde etmek için atmosferik basınçtan çıkarılır.

5.1:

Basınç ve Basınç Ölçümü

Gaz basıncı, nesnelerin yüzeyleri ile çarpışan gaz molekülleri tarafından uygulanan kuvvetten kaynaklanır. Her çarpışmanın kuvveti çok küçük olmasına rağmen, kayda değer bir alanın herhangi bir yüzeyi kısa sürede çok sayıda çarpışma yaşar ve bu da yüksek basınca neden olabilir.

Genel olarak basınç, belirli bir alana uygulanan kuvvet olarak tanımlanır: 

Basınç, kuvvet ile doğru orantılıdır ve alanla ters orantılıdır. Böylece basınç, ya kuvvet miktarını artırarak ya da uygulandığı alanı azaltarak arttırılabilir; basınç, kuvveti azaltarak ya da alanı artırarak azaltılabilir.

SI basınç birimi, 1 Pa = 1 N/m2 olan pascal'dır (Pa), burada N, 1 kg·m/s2 olarak tanımlanan kuvvet birimi olan newton'dur. Bir pascal küçük bir basınçtır; birçok durumda, kilopaskal (1 kPa = 1000 Pa) veya bar (1 bar = 100.000 Pa) birimlerini kullanmak daha uygundur. Basınç, birim atmosfer (atm) kullanılarak da ölçülebilir. 

Basınç Ölçümü

Atmosferik basınç, atmosferin dünya yüzeyine uyguladığı kuvvet, bir barometre ile ölçülür. Barometre, bir ucunda kapalı, cıva gibi uçucu olmayan bir sıvı ile doldurulmuş ve daha sonra ters çevrilmiş ve bir sıvı dolu kaba daldırılmış cam tüptür. Atmosfer, tüpün dışındaki sıvıya basınç uygular, sıvı sütunu tüpün içine basınç uygular ve sıvı yüzeyindeki basınç tüpün içinde ve dışında aynıdır. Bu nedenle, tüp içindeki sıvının yüksekliği, atmosfer tarafından uygulanan basınçla orantılıdır.

Barometrede, 13,5 kat daha yoğun olduğu için su yerine cıva tercih edilir. Atmosferik basınç, sadece yaklaşık 0,760 m yüksekliğinde bir cıva sütununu destekleyebilirken, bir su sütununun 10,3 m yüksekliğinde olması gerekir. Bu yüzden basıncı ölçmek için bir cıva sütununun kullanılması daha uygun olacaktır.

Deniz seviyesinde 1 atm (101.325 Pa) standart atmosferik basınç, yaklaşık 760 mm (29,92 inç) yüksekliğinde olan bir cıva sütununa karşılık gelir. Yerçekimi nedeniyle bir sıvı tarafından uygulanan basınç hidrostatik basınç (p) olarak bilinir:

burada h sıvının yüksekliği, ρ sıvının yoğunluğu ve g ise yerçekimi ivmesidir.

Manometre, bir kapta sıkışan gazın basıncını ölçmek için kullanılan cihazdır. Kapalı uçlu bir manometre, bir kapalı kol, ölçülecek gaza bağlanan bir kol ve aralarında cıva bulunan U şeklinde bir tüpten oluşur. Tüpün iki kolundaki sıvı seviyeleri arasındaki mesafe, H, kaptaki gazın basıncı ile orantılıdır. Açık uçlu bir manometrede, tüpün bir kolu atmosfere açıktır. Bu durumda sıvı seviyeleri arasındaki mesafe, kaptaki gaz ile atmosfer arasındaki basınç farkına karşılık gelir. 

Bu metin bu kaynaktan uyurlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 9.1: Gas Pressure.