Chapter 5: Gases

Back to chapter

5.1:

Druck und Druckmessung

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

Next Video
5.2: Gas Laws: Boyle’s, Gay-Lussac, Charles’, Avogadro’s, and Ideal Gas Law

Languages

Share

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

Erinnern Sie sich, dass ein Gas immer die Form und das Volumen des Behälters, in dem es enthalten ist, annimmt. Mikroskopisch gesehen besteht ein Gas aus sich bewegenden Teilchen, die miteinander und mit den Wänden ihres Behälters kollidieren. Jeder Zusammenstoß mit der Wand übt eine geringe Kraft auf der Kontaktfläche aus.Die Kräfte, die aus einer großen Anzahl solcher Kollisionen resultieren, addieren sich zu seinem Druck. Weniger Gasteilchen führen zu weniger Zusammenstößen, und somit einer geringeren Kraft pro Flächeneinheit und damit einen geringeren Druck. Der Druck ist also direkt zur Zahl der Teilchen einem bestimmten Volumen oder der Dichte des Gases proportional.Luft eine Mischung verschiedener gasförmiger Atome und Moleküle übt Druck auf alles an der Erdoberfläche aus. Dies ist der atmosphärische Druck, und es wird mit einem Barometer gemessen. Ein traditionelles Barometer ist eine mit Quecksilber gefüllte Glasröhre, die in eine quecksilberhaltige Schale invertiert wird.Als Reaktion auf den von der Atmosphäre ausgeübten Druck, steigt oder fäll die Höhe der Quecksilbersäule. Die Messung der Höhe liefert ein Maß des atmosphärischen Drucks. Auf Meereshöhe, beträgt der atmosphärische Druck 1 atm, was die Quecksilbersäule bis zu einer Höhe von 760 Millimeter Quecksilber anhebt.In höher gelegenen Regionen, wo die Luft weniger dicht ist, fällt die Höhe der Quecksilbersäule, was auf einen niedrigeren Atmosphärendruck hinweist. Der Druck eines in einem Behälter eingeschlossenen Gases wird mit einem Manometer gemessen. Ein Manometer mit geschlossenem Ende besteht aus einem mit Quecksilber gefüllten U-Rohr.Ein Ende wird in einem Vakuum versiegelt, und das andere Ende ist mit dem Behälter verbunden, der mit der Gasprobe gefüllt wird. Die Gasteilchen drücken auf das Quecksilber an dem einem Ende des Rohrs, wodurch ein Höhenunterschied entsteht, der dem durch das Gas ausgeübten Druck entspricht. Bei einem Manometer mit offenem Ende, wird ein Ende zur Atmosphäre offen gelassen.Dieser misst den Druck der Gasprobe relativ zum atmosphärischen Druck. Wenn das Gas einen höheren Druck ausübt als der atmosphärische Druck, wird der Höhenunterschied dem atmosphärischen Druck hinzugefügt. Daraus ergibt sich der Druck des Gases.Umgekehrt, wenn die Atmosphäre einen Druck ausübt, der höher ist als die Gasprobe, wird die Höhendifferenz vom atmosphärischen Druck subtrahiert um den Druck des Gases zu messen.

5.1:

Druck und Druckmessung

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:

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:

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.