Fizika · Mexanika · 7-sinf

Atmosfera bosimi

Chimyon tog‘ida suv nega 100 °C ga yetmay qaynaydi?

Vaziyat

Toshkentdan Chimyonga dam olishga chiqdingiz. Tog‘da choy qaynatsangiz, suv tezroq qaynaydi, lekin termometr 100 °C emas, taxminan 95 °C ko‘rsatadi — go‘sht ham, guruch ham sekin pishadi. Sumkangizdagi Toshkentda sotib olingan chips paketi esa shishib, nog‘oraday tarang bo‘lib qolgan. Balandlikka ko‘tarilganda havoga nima bo‘ladi va u qaynash haroratini qanday o‘zgartiradi?

Mavzu

Atmosfera bosimi. Chimyon tog‘ida suv nega 100 °C ga yetmay qaynaydi

Asosiy tushunchalar

Atmosfera bosimi
Qaynash harorati
Torrichelli tajribasi

Formulalar

p = p_{0} {(1 - \frac{L h}{T_{0}})}^{g M / (R L)}

Barometrik formula (Xalqaro standart atmosfera): $p_{0} = 101 325$ Pa, $T_{0} = 288,15$ K, $L = 0,0065$ K/m, daraja $g M / (R L) \approx 5,26$ . Harorat o‘zgarmasa ( $L \to 0$ ) — izotermik formula $p = p_{0} e^{- M g h / (R T_{0})}$ .

p = ρ_{H g} g h_{H g}

Torrichelli barometri: simob ustunining bosimi havo bosimiga teng ( $ρ_{H g} = 13 595$ kg/m³).

\lg p = A - \frac{B}{C + T_{q}}

Qaynash sharti: suvning to‘yingan bug‘ bosimi tashqi bosimga tenglashadi (Antuan tenglamasi; $p$ — mm sim. ust., $A = 8,071$ , $B = 1730,6$ , $C = 233,4$ ).

Q = m c (T_{q} - T_{0}), t = \frac{Q}{P}

Suvni qaynash haroratigacha isitish uchun issiqlik miqdori va vaqt ( $c = 4186$ J/(kg·K)).

p_{1} V_{1} = p_{2} V_{2}

Boyl–Mariott qonuni: harorat o‘zgarmasa, yopiq paketdagi gaz bosimi kamayganda hajmi ortadi.

Nazariya

Havo okeanining tubida

Biz qalinligi yuzlab kilometrli havo qatlamining tubida yashaymiz. Har bir kvadrat metrga ustidagi havo ustunining og‘irligi bosadi: dengiz sathida bu taxminan 101 kPa — go‘yo 1 m² ga 10 tonna yuk qo‘yilgandek. Yuqoriga ko‘tarilgan sari ustimizdagi havo kamayadi va siyraklashadi, shuning uchun bosim kamayadi: yer yaqinida har 100 m da taxminan 1,2 kPa ga (≈ 9 mm sim. ust.). Paneldagi $p (h)$ grafigi aynan shuni ko‘rsatadi. Havo bosimini uyda ham namoyish qilish mumkin: suvga to‘la stakanni qog‘oz bilan yopib to‘ntarsangiz, suv to‘kilmaydi; shprits va rezina so‘rg‘ich ham tashqi havo bosimi hisobiga ishlaydi. XVII asrda Otto fon Gerike ichidagi havo so‘rib olingan ikki metall yarim sharni (Magdeburg yarim sharlari) ikki tomondan o‘nlab otga torttirgan (1654-yilda har tomonda 15 tadan) — otlar ham ularni ajrata olmagan. Sahnadagi chips paketi — xuddi shunday namoyish: tashqi bosim kamaysa, paket shishadi.

Nega tog‘da suv pastroq haroratda qaynaydi?

Suv ichida bug‘ pufakchalari o‘sishi uchun ulardagi to‘yingan bug‘ bosimi tashqi bosimni yengishi kerak. Bug‘ bosimi harorat bilan tez o‘sadi: 90 °C da 70 kPa, 100 °C da 101 kPa. Bosim kam bo‘lgan tog‘da bu shart pastroq haroratda bajariladi: Chimyonda suv ≈ 95 °C da, Everest cho‘qqisida ≈ 70 °C da qaynaydi. Shuning uchun tog‘da ovqat sekin pishadi. Bosimli qozon (skorovarka) esa bosimni oshirib, qaynash haroratini taxminan 120 °C gacha ko‘taradi.

Torrichelli tajribasi va barometrlar

Bir uchi berk, uzunligi 1 m ga yaqin naycha simob bilan to‘ldirilib, simobli idishga to‘ntariladi. Simob biroz tushadi va naychaning tepasida bo‘shliq (Torrichelli bo‘shlig‘i) qoladi. Ustunni idishdagi simob sirtiga bosayotgan havo ushlab turadi: $p = ρ g h$ . Dengiz sathida $h = 760$ mm — bu normal atmosfera bosimi. Simob suvdan 13,6 marta zich — suv bilan bu tajriba uchun 10 m dan uzun naycha kerak bo‘lardi. Uyda va samolyotda esa suyuqliksiz barometr-aneroid ishlatiladi: ichidan havosi so‘rib olingan yupqa gofrirlangan metall quticha bosim ortganda siqiladi, kamayganda kengayadi, bu deformatsiya richaglar orqali strelkaga uzatiladi. Shkalasi metrlarda bo‘lgan aneroid — altimetr (balandlik o‘lchagich). Idishlardagi bosimni o‘lchaydigan manometrlar — «Paskal qonuni va gidravlika» tajribasida.

Barometrik formula va Bolsman taqsimoti

Qalinligi $d h$ bo‘lgan yupqa havo qatlami uchun $d p = - ρ g d h$ , ideal gazda esa $ρ = p M / (R T)$ . Harorat o‘zgarmas desak, integrallash izotermik barometrik formulani beradi: $p = p_{0} e^{- M g h / (R T)}$ ; $T = 288$ K da bosim har ≈ 8,4 km da $e$ marta kamayadi. Molekulalar tilida bu Bolsman taqsimoti: $n = n_{0} e^{- m_{0} g h / (k T)}$ — potensial energiyasi $m_{0} g h$ katta joyda molekulalar kam. $p (h)$ grafigidagi uzuq chiziq — izotermik formula; haqiqiy troposferada harorat har kilometrda taxminan 6,5 °C pasayadi, sovuq havo zichroq, shuning uchun standart atmosferada (yaxlit chiziq) bosim tezroq kamayadi. Molekulalarning tezliklar bo‘yicha Maksvell taqsimoti — «Maksvell va Bolsman taqsimoti» tajribasida.

Model soddalashtirishlari

Bosim Xalqaro standart atmosfera modeli bo‘yicha hisoblanadi; haqiqatda ob-havoga qarab u bir necha kPa o‘zgaradi (Everest cho‘qqisida o‘lchangan bosim ≈ 33–34 kPa, model 31,4 kPa beradi). Plita quvvati $P$ — suvga yetib boradigan foydali quvvat, issiqlik yo‘qotishlari hisobga olinmagan; suv 20 °C dan isitiladi. Paketdagi gaz harorati o‘zgarmas deb olingan, paket choki taxminan 20 kPa ortiqcha bosimga chidaydi. Vaqt 20 marta tezlashtirilgan, uzoq manzara esa 10 marta kichraytirilgan.

Bilasizmi?

1643-yilda italiyalik olim Evanjelista Torrichelli simobli shisha naycha yordamida atmosfera bosimini birinchi bo‘lib o‘lchagan. Normal atmosfera bosimi: 101 325 Pa = 760 mm simob ustuni.
1648-yilda Blez Paskalning iltimosi bilan uning pochchasi Florin Perye barometrni Fransiyadagi Pyui-de-Dom tog‘iga olib chiqqan: cho‘qqida simob ustuni etakdagidan sezilarli past bo‘lgan. Bu tajriba havo bosimi balandlik bilan kamayishini isbotladi.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.

Shu bo‘limdagi boshqa tajribalar

Fizik kattaliklar va o‘lchash — 7-sinf
Metro: bekatdan bekatgacha — 7-sinf
Massa va zichlik — 7-sinf
Avtomobil tormozlanishi — 7-sinf
Qattiq jism bosimi — 7-sinf
Nyuton qonunlari — 7-sinf
Amerika tepaligi — 7-sinf
Fizika tarixi: Beruniy, Ulug‘bek — 7-sinf
Vektorlar va harakat nisbiyligi — 7-sinf
Aylanma harakat: velosiped — 7-sinf