Атмосфералық қысым. Торричели тәжірибесі. Барометр. Атмосфералық қысымның биіктікке байланысты өзгеруі.

753

 

Сабақтың тақырыбы: Атмосфералық қысым. Торричели тәжірибесі.  Барометр. Атмосфералық қысымның биіктікке  байланысты өзгеруі.

Сабақтың мақсаты:

а) Білімділік мақсаты: Атмосфералық қысымның пайда болу себебін,

атмосфералық қысымның ашылу тарихын,

Торричели тәжірибесін түсіндіру, оны өлшейтін

құралмен ,таныстыру. Атмосфералық қысымның

биіктікке байланысты қалай өзгеретін түсіндіру.

ә) Тәрбиелік мақсаты: Оқушыларды танымдық және практикалық іс-

әрекетте дұрыс әдіс-тәсіл жасауға үйрету. Еңбекке

ынталылыққа және қиындықтарды жеңуде  ,

табандылыққа үйрету.

б) Дамытушылық мақсаты: Оқушылардың ойлау қабілетін дамыту, ой

қорытуды пайдалана білуге. Физикалық

теориялардың, олардың элементтерінің,

ұғымдардың модельдерін, заңдары қолдану,

шекаралары туралы білімді қалыптастыру.

Эксперименттер жүргізуге икемдерін дамыту.

 

Сабақта қолданылатын техникалық құралдар:

   

 Компьютер, документ камера, проекциялық аппарат, экран.

 

Сабақта қолданылатын көрнекілік құралдар:

  1. Әр түрлі сызбалар, суреттер, макеттер.
  2. Паскаль шары.
  3. Жабыстырылып қойылатын, түбі түсіп қалатын шыны

цилиндр.

  1. Поршені бар шыны түтік.
  2. Боялған суы бар шыны банка немесе кристализатор, таған

жәшік.

  1. Фонтанды демонстрациялайтын құрал, Комовский

сорғысы немесе қол сорғысы.

  1. Штатив су құйылған банка немесе химиялық стакан
  2. Барометр анеройд, ауа сорғысының қалпағы бар тарелка,

қол сорғысы.

  1. “Барометр – анеройд” деп аталатын кесте, сорғыға

жалғанатын резеңке түтік.

  1. Атмосфералық қысымның биіктікке байланысты

өзгеруін көрсететін құрал.

  1. Ашық сұйықты манометр, демонстарциялық манометр,

резеңке тығындары.

  1. Түтіктері бар екі ауызды шыны сауыт. Әр түрлі түсті

бояулар.

  1. Сорма сорғының нобайы, үрме сорғының нобайы.
  2. Магдебург тарелкалары.
  3. Футбол камерасы, винтті қысқыш.

 

Сабақтың өту барысы1. Қайталау сұрақтары.

  1.                                   Атмосфералық қысым туралы алғашқы

мағлұматтарды география курсымен

байласныстыра түсіндіру.

  1. Атмосфералық қысым. Торричелли

тәжірибесі.

  1. Атмосфералық қысымның биіктікке

байланысты өзгеруі.

5.Атмосфералық қысымның медицинада, ауыл

шаруашылығында, техникада қолданылуы.

  1. Демонстрациялық тәжірибелер жасау.
  2. Бекіту сұрақтары.
  3. Тест жұмыстарын шешу.
  4. Есептер шығару.
  5. Үй тапсырмасы.

 

Қайталау сұрақтары.

Гидростатикалық қысым.

  1. Сұйықтың ішкі қысымы.
  2. Сұйық бағанының салмағы.
  3. Саңылау биіктігі және ағыс ұзындығы.
  4. Ағыстың қысымы және ұзындығы.
  5. Су құбыры. Поршеньді сұйықты насос.

 

Тропосферада ауаның қозғалуы.

Жер бетінде төмен қысым басым болып келетін 3 белдеу, жоғарғы қысым басым болып келетін 4 белдеу бар.

Экватор маңында tºC↑↑, → V ↑↑, ауа P ↓↓, ауа ағымы жоғары көтеріледі. Жер бетінде төменгі қысым белдеуі қалыптасады.

Полюстер маңында tºC↓↓, → ауа P ↑↑, ауа ағымы төмен бағытталады.

Жер бетінде жоғарғы қысым белдеуі қалыптасады.

Тропосфераның жоғарғы бөлігінде ауа қозғалысы мен қысымы керісінше сипатта болады. Өрлеген ауа қозғалысы басым болатын экватор үстінде қысым жоғарылап, ал полюстер үстінде төмен қысым орнайды.

Ауа әрқашан жоғарғы қысымды аймақтардан төмен қысымды аймақтарға қарай қозғалатынын білесіңдер. Экватор маңында жоғары өрлеген ауа төмен түсе алмай, тропосфераның жоғарғы қабаты арқылы тропиктерге қарай жылжиды.

Ауа жердің өз осінен айналуына байланысты шығысқа қарай ауытқиды да, полюстерге жете алмайды. Біртіндеп суынып, ауырлаған ауа 30º с.е. пен 30º о.е. маңында төмен бағытталады. Сол себепті екі жарты шарда да тропиктік ендіктерде жоғарғы қысымды белдеулер қалыптасады. Полюстердегі сияқты мұнда да ауа ағындарының төмендеген қозғалыстары басым болады. Жер бетінде жоғарғы қысымды белдеулерден төмен қысымды белдеулерге қарай ауа ағындары бағытталады, олар тұрақты желдерді қалыптастырады.

Сонымен, жер бетінде жоғары өрлеген ауа ағыны басым аймақтарда төмен қысым, төмендеген ауа ағыны басым аймақтарда жоғарғы қысым белдеулері қалыптасады.

 

Атмосфералық қысымды өлшеу. Торричелли тәжірибесі

 

Біз Жердің ауа қабығының Жердегі барлық денелерге қысым түсіретінін білеміз. Бұл қысым атмосфералық деп аталады. Мұның шамасы қандай?Атмосфералық ауаның тұрақты тығыздығы (әр түрлі биіктікте әр түрлі) және белгілі бір биіктігі болмағандықтан (атмсофераның нақты шекарасы жоқ) атмосфералық қысымды өлшеу үшін p = ρgh формуласын қолдануға болмайды. Бірақ бәрібір атмосфералық қысымды анықтауға болады. Атмосфералық қысымды қалай өлшеу керектігін ең алағаш итальян ғалымы Э. Торричелли ойлап тапты. Оның ұсынған тәжірибесін 1643 ж. Г. Галилейдің шәкірті В. Вивиани жүзеге асырды. Бұл тәжірибеде бір ұшы бекітілген ұзындығы 1м-ге жуық шыны түтік қолданылды. Оны сынаппен толтырып саусақпен жауып, (сынап төгілмеу үшін) төңкеріп сынабы бар ыдысқа саламыз. Түтіктен саусақты алсақ, біраз сынап бөлігі ағып, жоғары жағында ауасыз кеңістік — “торичелли бостығы” (118-сурет) пайда болады.        Мұндағы сынап бағанының биіктігі (ыдыстағы сынап деңгейі) 760 мм еді.

 

 

Торричелли бұл тәжірибесінің нәтижесін былай түсіндіреді. “Бұған дейін, — деп жазды ол, — сыныптың табиғи қасиетіне қарамастан төмен түсуіне мүмкіндік бермейтін күш түтіктің жоғарғы бөлігінде не бостықта, не аса сиретілген затына орналасады, деген пікір бар еді. Бірақ та мен бұл күш –ішкі және де сырттан алынады деп бекітемін. Ыдыстағы сұйық бетіне өз салмағымен 50 миль ауа әсер етеді. Егер сынап сыртқы ауаның салмағын теңестіруге дейін көтерілсе бұл таң қаларлық жай емес”.

Атмосфералық қысым түтік бағанының қысымына тең:

pатм = pсынап

Егер бұл қысымдар тең болмаса, сынап тепе-теңдікте болмас еді. pсынап>pатм болғанда сынап түтікшеден табаққа төгілер еді, ал pатм>pсынап болғанда түтікше бойымен жоғары көтеріледі.

Сондықтан ауа қысымын сынап бағанының сәйкес биіктігімен (әдетте мм арқылы берілген) өлшеуге болады. Мысалы, егер қандай да бір Жерде атмосфералық қысымы 760 мм сын. бағ тең десе, онда бұл жердің ауа қысымы биіктігі 760 мм вертикаль сынап бағаны түсіретін қысымына сәйкес келеді. Сынап бағанының биіктігі үлкен болса атмосфералық қысым үлкен, ал биіктігі аз болса қысым да аз болады.

Егер, Торричелли тәжірибесіндегі сынабы бар түтікшеге вертикаль шкала бекітсек атмосфералық қысымды өлшеу құралы — сынап барометрі (грек сөзі “барос” — ауырлық) пайда болады.

Қазіргі кезде 0 °С температурада биіктігі 760 мм түтікшедегі  сынаптың түсірген қысымына тең атмосфералық қысымды  қалыпты атмосфералық қысым деп атау қабылданған.

Бұл қысымды паскальмен есептеп шығару үшін гидростатикалық қысымның формуласын қолданамыз:

p = ρgh.

Бұл формулаға ρ = 13595,1 кг/м3 (0 °С сынап тығыздығы), g = 9,80665 м/с2 (еркін түсу үдеуі) және

h = 760 мм = 0,76 м (қалыпты атмосфералық қысымға сәйкес сынап бағаны) мәндерін қойсақ, онда келесі шаманы аламыз.

p  = 101 325 Па.

Бұл қалыпты атмосфералық қысым болып табылады.

Әдетте қалыпты атмосфералық қысымға жуық қысым теңіз деңгейіндегі жерлерде байқалады. Теңіз деңгейінен биіктеген сайын (мысалы, тауда) қысым азаяды.

Торричелли тәжірибесі оның көптеген замандас-ғалымдарының қызығушылығын туғызады. Тәжірибені естіген Паскаль әр түрлі сұйықтармен (май, шарап, су) оны қайталап жасап көрді. 119-суретте 1646 ж. Паскаль жасаған су барометрі көрсетілген. Атмосфералық қысымды теңестірген су бағаны сынап бағанынан биіктеу болып шықты.

 

 

1648 ж. Паскальдың тапсырмасымен, Ф. Перье Пюи-де-Дом тауының етегі мен төбесіндегі барометрдің сынап бағанының биіктігін өлшеп, Паскальдің атмосфералық қысым биіктікке байланысты деген болжамын дәлелдеді: тау төбесіндегі сынап бағаны 84,4 мм аз болып шықты. Жер бетінен биіктеген сайын атмосфералық қысымның азаятынына ешқандай күмән қалмас үшін Паскаль тағы да бірнеше тәжірибелерін, бұл жолы Парижде, Нотр-Дам соборының етегі мен төбесінде, Сен-Жак мұнарасында, сондай-ақ 90 баспалдақты биік үйде жасады. Өзінің нәтижелерін ол “сұйықтардың тепе-теңдігінің ұлы тәжірибесі туралы” еңбегінде жариялады.

Неміз физигі Отто фон Герикенің (1602—1686) де тәжірибесі көпке танымал болды. Атмоссфералық қысымның бар екенін Торичеллиден тыс қорытындылаған еді (оның тәжірибелері туралы 9 жыл өткесін естіген). Өте жұқа қабырғалы металл шардың ауасын сора отырып, Герике шардың жиырылғанын байқады. Бұл құбылыстың себебін ойлана отырып, шардың жиырылуы қоршаған ауаның қысымының әсерінен болғанын түсінді.

Атмосфеалық қысымды ашқан Герике Магдебургтегі үйінің алдына сұйық бетінде жүзіп жүрген адам бейнесі шыныдағы бөліктерді көрсететін су барометрін жасады.

 

 

 

 

1654 ж. атмосфералық қысымның бар екеніне көз жеткізу үшін Герике “Магдебург жартышарларымен” өзінің атақты тәжірибесін жасады. Тәжірибенің көрсетілуіне император Фердинанд ІІІ және Регенсбург рейхстагының мүшелері қатысты. Олардың көзінше өзара біріктірілген екі жарты шарлардың қуысынан ауа сорылып алынады. Осы жарты шарларды атмосефералық қысым күші бір-біріне жабыстырғаны сонша, оларды бірнеше жегулі аттармен ажырату қиын болды (120-сурет).

Барометр-анероид

ХІХ ғасырдың ортасына дейін атмосфералық қысымды өлшеу үшін Э. Торричелли ойлап тапқан сұйық барометрлер (негізінен сынапты) қолданылды. 1844 ж. Л. Види жаңа сұйықсыз барометр жасап шығарды, ол барометр-анероид деп аталды (“анерос” — грек сөзі — сұйықсыз)Барометр-анероидтың құрылысы 121-суретте көрсетілген. Оның басты бөлігі домалақ 1 металл қорап, оның толқынды (гофрирленген) негізі бар. Осы қораптың ішіндегі ауаны сорып алады. Атмосфералық қысым артқан кезде қорап сығылады да, оның жоғарғы иілген беті оған бектілген 2 серіппені тарта бастайды. Қысым азайған кезде, серіппе жазылады да, қораптың жоғарғы бөлігі көтеріледі. Беріліс механизмі 3 көмегімен серіппеге 4 стрелка — көрсеткіш бекітілген. Бұл стрелка 5 шкала бойынша ауысып, қозғалады. Анероидтың шкаласын сынапты барометрдің көрсетуі бойынша градуирлейді.

Сынапты барометрлермен салыстырғанды барометр-анероидтар аса берік, сенімді емес, өйткені ондағы серіппе мен мембранасы уақыт өтуімен өзінің серпімділігін өзгертеді. Дегенмен, ол әрі портативті және сұйығы жоқ, қолдануға ыңғайлы болғандықтан іс жүзінде жиі пайдаланады.

Барометрлер метерологиялық зерттеулерде ең қажетті құралдар болып саналады, өткені атмосфралық қысымды білу, жақын күндердегі ауа райын болжауға қажет.

 

 

 

 

 

Сынапты барометрлермен салыстырғанды барометр-анероидтар аса берік, сенімді емес, өйткені ондағы серіппе мен мембранасы уақыт өтуімен өзінің серпімділігін өзгертеді. Дегенмен, ол әрі портативті және сұйығы жоқ, қолдануға ыңғайлы болғандықтан іс жүзінде жиі пайдаланады.

Барометрлер метерологиялық зерттеулерде ең қажетті құралдар болып саналады, өйткені атмосфралық қысымды білу, жақын күндердегі ауа райын болжауға қажет.

Анероидтардың сезімталдығының жоғарылығы сонша, оны тіпті 2–3 м-ге көтерген кезде стрелка-көрсесткіші бірден қозғала бастайды. Бұл атмосфералық қысымның өзгерісін тіпті үйдегі баспалдақтар бойымен немесе метродағы эскалаторлармен көтеріліп келе жатқанда байқауға мүмкіндік береді.

Жер бетінен биіктеген сайын ауа қысымы азая берді. Барометрмен аэростатта көтерілу кезінде әр түрлі биіктіктен атмосфера қысымын өлшеуге болады. Әрбір 12 м биіктікке көтерілгенде орта есеппен қысым 1 мм сын. бағанына азаяды екен. 6 км биіктікте ауа қысымы Жер бетіндегіден 2 еседей кіші болады.

Атмосфералық қысымның биіктікке тәуелділігін білу барометр-анероидтарды биіктік анықтау үшін пайдалануға болады. Әрбір атмосфералық қысым мәніне, теңіз деңгейінен алғандағы белгілі бір биіктік сәйкес келетіндіктен, бұл құралды метрге (не километр) градуирлеуге болады.

Авиацияда қолданылатын барометрлік биіктікті өлшейтін аспаптар альтиметр деп аталады. Солардың көмегімен ұшқыштар самолеттің көтерілу биіктігін анықтап отырады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Бекіту сұрақтары

  1. Атмосфералық қысымның пайда болу себебі не?
  2. Э.Торричелли тәжірибсеінің мәнісі неде?
  3. Адам неліктен атмосфералық қысымға төзіп, шыдай алады?
  4. Атмосфералық қысымның өлшем бірлігіне не алынады?
  5. Тамызғымен сұйықты орағанда қандай физикалық құбылыс пайдаланылады?
  6. Адамның тыныс алуы қандай физикалық себептер арқылы жүзеге асады.
  7. Барометр не үшін қолданылады?
  8. Барометр – анероидтың құрылысы қандай? Ол қалай жұмыс істейді?
  9. Барометрмен тағы нені бақылауға болады?
  10. Жер шарының әр түрлі орындарында атмосфералық қысымды үнемі өлшеп отыру не үшін қажет? Мұның метеорологияда қандай мәні бар?
  11. Неліктен атмосфералық қысым таулы жерлерде жазықтағыдан гөрі аз

болады?

  1. Неліктен реактивті ұшақтар атмосфераның жоғарғы қабаттарында үлкен

жылдамдықпен ұша алады?

13.Парашютшілер өте биікте ұшып бара жатқан ұщақтан секіргенде неге

оттекті масканы пайдаланады?

14.Атмосфераның қысымы бойынша тікелей биіктікті өлшеуге арналған

құрал қалай аталады? Олар қайда қолданылады?

  1. Қалыпты атмосфералық қысым неге тең?

 

 

 

 

Тестілеу жұмыстары

  1. Торричелли түтігінің ішіндегі сынап деңнейі көтерілген кезде

атмосфералық қысым қалай өзгереді?

а)  Азаяды

б)  Артады

с)  Сынаптың биіктігі атмосфералық қысымға тәуелді емес

д)  Бастапқыда кенет артады, содан кейін төмендейді.

е) Бастапқыда төмендейді, содан кейін кенет артады.

2.Сұйық қысымын өлшеу тәсілімен атмосфералық қысымды неліктен

есептеуге болмайды?

а) Ауа судан жеңіл

б) Атмосферада нақты шекара жоқ

с) Атмосфера тығыздығы биіктігіне байланысты өзгереді.

д) Атмосферада нақты шекара жоқ және оның тығыздығы биіктігіне

байланысты азаяды

е) Атмосфераның қысымы сұйық қысымы сияқты өлшенеді.

  1. Барометр тау бөктерінде 760 мм сынап бағ. Алу тау шынында 724 мм

с.б көрсетеді. Таудың биіктігін анықтаңыз. (1 мм. с.б – 12 м)

а) 432 м

б) 3 м

с) 86888 м

д) 9120 м

е) 640 м

  1. Қалыпты атмосфералық қысымның мәні неге тең?

а) 1 Н

б)  760 мм. Сын. Бағ.

с)  10 Па

д)  760 Па

е)  760 Н

5.Бөлменің еденіне 100 кПа атмосфералық қысым түседі. Атмосфералық

ауа бөлменің қабырғаларына  және төбесіне түсіретін қысымды анықта.

а) 100 кПа қабырғаға; 0 кПа төбеге;

б) 50 кПа қабырғаға; 0 кПа төбеге;

с) 100 кПа қабырғаға; 0 кПа төбеге;

д) 100 кПа қабырғаға; 0 кПа төбеге;

е) 100 кПа қабырғаға; 0 кПа төбеге;

 

Үй тапсырмасы.

 

  • 50;51;52.

24 – жаттығу.  №1,2 оқушыларға үйден жасауға арналған тәжірибелер.

26 – жаттығу.  №1,2.