Back to chapter

5.1:

Druk en het Meten van Druk

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

Bedenk dat een gas altijd de vorm en het volume aanneemt van het vat waarin het zich bevindt. Microscopisch bestaat een gas uit bewegende deeltjes die met elkaar en de wanden van hun houder botsen. Elke botsing met de wand oefent een kleine kracht uit op het contactgebied.De krachten die het gevolg zijn van een groot aantal van dergelijke botsingen worden opgeteld bij de druk. Minder gasdeeltjes leiden tot minder botsingen, een lagere kracht per oppervlakte-eenheid en dus een lagere druk. De druk is daarom recht evenredig met het aantal deeltjes in een bepaald volume of de dichtheid van het gas.Lucht een mengsel van verschillende gasvormige atomen en moleculen oefent druk uit op alles op het aardoppervlak. Dit is atmosferische druk en wordt gemeten met een barometer. Een traditionele barometer is een met kwik gevulde glazen buis die wordt omgekeerd in een schaal die kwik bevat.Als reactie op de druk die door de atmosfeer wordt uitgeoefend, stijgt of daalt de hoogte van de kwikkolom. Het meten van de hoogte geeft een maat voor de atmosferische druk. Op zeeniveau is de atmosferische druk 1 atmosfeer waardoor de kwikkolom stijgt tot een hoogte van 760 millimeter kwik.Op grotere hoogten, waar de lucht minder dicht is, daalt de hoogte van de kwikkolom, wat wijst op een lagere atmosferische druk. De druk van een gas dat in een container zit, wordt gemeten met een manometer. Een manometer met gesloten uiteinde bestaat uit een met kwik gevulde U-buis.Het ene uiteinde is vacuüm verzegeld en het andere uiteinde is verbonden met de container die is gevuld met het gasmonster. De gasdeeltjes drukken het kwik in een uiteinde van de buis naar beneden, waardoor een hoogteverschil ontstaat dat overeenkomt met de druk die door het gas wordt uitgeoefend. Bij een manometer met open uiteinde wordt één uiteinde opengelaten naar de atmosfeer.Dit meet de druk van het gasmonster ten opzichte van de atmosferische druk. Wanneer het gas een hogere druk uitoefent dan de atmosferische druk, wordt het hoogteverschil opgeteld bij de atmosferische druk. Dit levert de druk van het gas op.Omgekeerd, wanneer de atmosfeer een grotere druk uitoefent dan het gasmonster, wordt het hoogteverschil afgetrokken van de atmosferische druk om de druk van het gas te verkrijgen.

5.1:

Druk en het Meten van Druk

Gas pressure is caused by force exerted by gas molecules colliding with the surfaces of objects. Although the force of each collision is very small, any surface of an appreciable area experiences a large number of collisions in a short time, which can result in high pressure.

In general, pressure is defined as the force exerted on a given area: 

Eq1

Pressure is directly proportional to force and inversely proportional to area. Thus, pressure can be increased either by increasing the amount of force or by decreasing the area over which it is applied; pressure can be decreased by decreasing the force or increasing the area.

The SI unit of pressure is the pascal (Pa), with 1 Pa = 1 N/m2, where N is the newton, a unit of force defined as 1 kg·m/s2. One pascal is a small pressure; in many cases, it is more convenient to use units of kilopascal (1 kPa = 1000 Pa) or bar (1 bar = 100,000 Pa). Pressure can also be measured using the unit atmosphere (atm). 

Measuring Pressure

Atmospheric pressure, the force exerted by the atmosphere on the earth’s surface, is measured with a barometer. A barometer is a glass tube that is closed at one end, filled with a nonvolatile liquid, such as mercury, and then inverted and immersed in a container of that liquid. The atmosphere exerts pressure on the liquid outside the tube, the column of liquid exerts pressure inside the tube, and the pressure at the liquid surface is the same inside and outside the tube. The height of the liquid in the tube is, therefore, proportional to the pressure exerted by the atmosphere.

In the barometer, mercury is the preferred choice over water, since it is 13.5 times denser than water. The atmospheric pressure can support a column of mercury that is only about 0.760 m tall, whereas a column of water would need to be 10.3 m tall. This makes a column of mercury a convenient way to measure pressure.

Standard atmospheric pressure of 1 atm at sea level (101,325 Pa) corresponds to a column of mercury that is about 760 mm (29.92 in.) high. The pressure exerted by a fluid due to gravity is known as hydrostatic pressure, p:

Eq2

where h is the height of the fluid, ρ is the density of the fluid, and g is the acceleration due to gravity.

A manometer is a device used to measure the pressure of a gas trapped in a container. A closed-end manometer is a U-shaped tube with one closed arm, one arm that connects to the gas to be measured, and mercury in between. The distance between the liquid levels in the two arms of the tube, h, is proportional to the pressure of the gas in the container. In an open-end manometer, one arm of the tube is open to the atmosphere. In this case, the distance between the liquid levels corresponds to the difference in pressure between the gas in the container and the atmosphere. 

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 9.1: Gas Pressure.