La presión es una cantidad física que se calcula de la siguiente manera: divida la fuerza de presión por el área sobre la que actúa esta fuerza. La fuerza de presión está determinada por el peso. Cualquier objeto físico ejerce presión porque tiene al menos algo de peso. El artículo discutirá en detalle la presión en los gases. Los ejemplos ilustrarán de qué depende y cómo cambia.
La diferencia en los mecanismos de presión de sustancias sólidas, líquidas y gaseosas
¿Cuál es la diferencia entre líquidos, sólidos y gases? Los dos primeros tienen volumen. Los cuerpos sólidos conservan su forma. Un gas colocado en un recipiente ocupa todo su espacio. Esto se debe al hecho de que las moléculas de gas prácticamente no interactúan entre sí. Por lo tanto, el mecanismo de presión de gas es significativamente diferente del mecanismo de presión de líquidos y sólidos.
Pongamos el peso sobre la mesa. Bajo la influencia de la gravedad, el peso continuaría moviéndose hacia abajo a través de la mesa, pero esto no sucede. ¿Por qué? Debido a que las moléculas de la mesa se acercan a las moléculas deque está hecho el peso, la distancia entre ellos disminuye tanto que surgen fuerzas repulsivas entre las partículas del peso y la mesa. En los gases, la situación es completamente diferente.
Presión atmosférica
Antes de considerar la presión de las sustancias gaseosas, introduzcamos un concepto sin el cual es imposible obtener más explicaciones: la presión atmosférica. Este es el efecto que tiene el aire (atmósfera) que nos rodea. El aire solo nos parece ingrávido, de hecho tiene peso, y para demostrarlo, hagamos un experimento.
Vamos a pesar el aire en un recipiente de vidrio. Entra allí a través de un tubo de goma en el cuello. Retire el aire con una bomba de vacío. Pesamos el matraz sin aire, luego abrimos el grifo, y cuando entre el aire, se sumará su peso al peso del matraz.
Presión en el recipiente
Veamos cómo actúan los gases en las paredes de los recipientes. Las moléculas de gas prácticamente no interactúan entre sí, pero no se dispersan entre sí. Esto significa que aún alcanzan las paredes del recipiente y luego regresan. Cuando una molécula golpea la pared, su impacto actúa sobre el vaso con cierta fuerza. Este poder es de corta duración.
Otro ejemplo. Lancemos una pelota a una hoja de cartón, la pelota rebotará y el cartón se desviará un poco. Reemplacemos la pelota con arena. Los impactos serán pequeños, ni siquiera los escucharemos, pero su poder se acumulará. La hoja será rechazada constantemente.
Ahora tomemos las partículas más pequeñas, por ejemplo, las partículas de aire que tenemos en nuestros pulmones. Soplamos sobre el cartón, y se desviará. obligamoslas moléculas de aire golpean el cartón, como resultado, una fuerza actúa sobre él. ¿Qué es este poder? Esta es la fuerza de la presión.
Concluyamos: la presión del gas es causada por los impactos de las moléculas de gas en las paredes del recipiente. Las fuerzas microscópicas que actúan sobre las paredes se suman y obtenemos lo que se llama la fuerza de presión. El resultado de dividir la fuerza por el área es la presión.
Surge la pregunta: ¿por qué, si tomas una hoja de cartón en la mano, no se desvía? Después de todo, está en el gas, es decir, en el aire. Porque los impactos de las moléculas de aire en uno y otro lado de la lámina se equilibran entre sí. ¿Cómo verificar si las moléculas de aire realmente golpean la pared? Esto se puede hacer eliminando los impactos de las moléculas en un lado, por ejemplo, bombeando aire.
Experimento
Hay un dispositivo especial: una bomba de vacío. Este es un frasco de vidrio en una placa de vacío. Tiene una junta de goma para que no quede ningún espacio entre la tapa y la placa para que encajen firmemente entre sí. Se adjunta un manómetro a la unidad de vacío, que mide la diferencia en la presión del aire fuera y debajo del capó. El grifo permite conectar la manguera que va a la bomba al espacio debajo de la campana.
Coloque un globo ligeramente inflado debajo de la tapa. Debido a que está ligeramente inflado, se compensan los impactos de las moléculas dentro y fuera de la pelota. Cubrimos la bola con una tapa, encendemos la bomba de vacío, abrimos el grifo. En el manómetro veremos que la diferencia entre el aire del interior y el del exterior es cada vez mayor. ¿Qué tal un globo? Aumenta de tamaño. Presión, es decir, impactos de moléculas.fuera del balón, haciéndose más pequeño. Las partículas de aire dentro de la pelota permanecen, se viola la compensación de los golpes desde el exterior y desde el interior. El volumen de la pelota crece debido al hecho de que la fuerza de presión de las moléculas de aire desde el exterior es absorbida parcialmente por la fuerza elástica de la goma.
Ahora cierre el grifo, apague la bomba, abra el grifo nuevamente, desconecte la manguera para que entre aire debajo de la tapa. La pelota comenzará a encogerse de tamaño. Cuando la diferencia de presión fuera y debajo de la tapa sea cero, será del mismo tamaño que antes del inicio del experimento. Esta experiencia demuestra que puedes ver la presión con tus propios ojos si es mayor en un lado que en el otro, es decir, si el gas se quita de un lado y se deja en el otro.
La conclusión es esta: la presión es una cantidad determinada por los impactos de las moléculas, pero los impactos pueden ser más o menos numerosos. Cuantos más golpes en las paredes del recipiente, mayor es la presión. Además, cuanto mayor sea la velocidad de las moléculas al chocar contra las paredes del recipiente, mayor será la presión producida por este gas.
Dependencia de la presión en el volumen
Digamos que tenemos una cierta masa del ojo, es decir, un cierto número de moléculas. En el curso de los experimentos que consideraremos, esta cantidad no cambia. El gas está en un cilindro con un pistón. El pistón se puede mover hacia arriba y hacia abajo. La parte superior del cilindro está abierta, le pondremos una película de goma elástica. Las partículas de gas golpean las paredes del recipiente y la película. Cuando la presión del aire dentro y fuera es la misma, la película es plana.
Si mueves el pistón hacia arriba,el número de moléculas seguirá siendo el mismo, pero la distancia entre ellas disminuirá. Se moverán a la misma velocidad, su masa no cambiará. Sin embargo, el número de aciertos aumentará porque la molécula tiene que recorrer una distancia más corta para llegar a la pared. Como resultado, la presión debería aumentar y la película debería doblarse hacia afuera. Por lo tanto, con una disminución de volumen, la presión de un gas aumenta, pero esto siempre que la masa del gas y la temperatura permanezcan sin cambios.
Si mueves el pistón hacia abajo, la distancia entre las moléculas aumentará, lo que significa que el tiempo que tardarán en llegar a las paredes del cilindro y la película también aumentará. Los aciertos serán más raros. El gas exterior tiene una presión más alta que el interior del cilindro. Por lo tanto, la película se doblará hacia adentro. Conclusión: la presión es una cantidad que depende del volumen.
Dependencia de la presión en la temperatura
Supongamos que tenemos un recipiente con un gas a baja temperatura y un recipiente con el mismo gas en la misma cantidad a alta temperatura. A cualquier temperatura, la presión de un gas se debe a los impactos de las moléculas. El número de moléculas de gas en ambos recipientes es el mismo. El volumen es el mismo, por lo que la distancia entre las moléculas sigue siendo la misma.
A medida que aumenta la temperatura, las partículas comienzan a moverse más rápido. En consecuencia, aumenta el número y la fuerza de sus impactos en las paredes del recipiente.
El siguiente experimento ayuda a verificar la exactitud de la afirmación de que a medida que aumenta la temperatura de un gas, aumenta su presión.
Tomarbotella, cuyo cuello se cierra con un globo. Colócala en un recipiente con agua caliente. Veremos que el globo se infla. Si cambias el agua del recipiente a fría y colocas una botella allí, el globo se desinflará e incluso se hundirá.
