Üstünde
76 cm
cıva var
Şu an sırtında bir hava sütunu taşıyorsun — ve onun ağırlığı, 76 cm yüksekliğindeki bir cıva sütununun basıncına eşit. Bu ünitede açık hava basıncı, Torriçelli deneyi, kapalı kaptaki gazlar ve manometreler var.
Dünyayı saran atmosfer tabakası bir gaz karışımı olup ağırlığı nedeniyle dünya üzerindeki ve içerisindeki cisimlere bir basınç uygular. Buna açık hava basıncı denir.
Atmosferdeki gazların yoğunluğu yeryüzünden yukarı çıkıldıkça azaldığı için deniz seviyesinden yükseklere çıkıldıkça açık hava basıncı da azalır.
| Yükseklik | Basınç |
|---|---|
| 0 m (deniz seviyesi) | 760 mmHg |
| 1500 m | 650 mmHg |
Yer seviyesinden serbest bırakılan esnek bir uçan balonun hacmi balon yükseldikçe büyür. Bu durum açık hava basıncının yerden yükseldikçe azaldığını gösteren bir deney olup, balon çevresindeki açık hava basıncı azaldığı için esnek yapılı balon içindeki gazın basıncı da buna uyumlu olarak azalır ve balonun hacmi büyür.
Deniz seviyesinde ve 0 °C sıcaklıkta açık hava basıncı 76 cm-Hg ya da 760 mm-Hg'dır. Bu basınca 1 atm (1 atmosfer) basıncı da denir. Açık hava basıncının değeri Torriçelli deneyi ile ölçülebilir.
Deniz seviyesinde, 0 °C'de yapılan deneyde, uzunluğu 76 cm'den daha uzun deney tüpü tamamen cıva doldurulup cıva dökülmeden tüp ters çevrilerek yine cıva dolu kaba yerleştirildiğinde, tamamen cıva (Hg) dolu tüpte seviye bir miktar düşmekte ve 76 cm yüksekliğinde dengede durmaktadır.
Cıvanın tüpte daha fazla düşmemesinin sebebi çevredeki açık hava basıncının (P₀) kaptaki cıvaya etki etmesi ve kaptaki cıvanın da bu basıncı tüplerin içine iletmesidir.
Denge oluştuğunda çevredeki açık hava basıncının (P₀) büyüklüğünün, 76 cm yüksekliğindeki cıva sütununun yaptığı basınca eşit olduğu anlaşılır. Bu deney düzeneğine barometre denir.
Barometredeki sıvı yüksekliği borunun cinsine, yarıçapına, duruşuna ve şekline bağlı değildir. Boruyu eğsen de, kalınlaştırsan da ölçülen yükseklik değişmez.
Barometredeki cıva yüksekliği deneyde kullanılan sıvının cinsine, ortam sıcaklığına ve deneyin yapıldığı yerin deniz seviyesinden yüksekliğine bağlı olarak değişir.
Deneyde özkütlesi küçük sıvı kullanmak deneyde ölçülen sıvı yüksekliğini artırır.
Borunun fiziksel özellikleri (cinsi, yarıçapı, duruşu, şekli) sonucu değiştirmez — çünkü sıvı basıncı zaten kabın şekline bağlı değildir. Sıvının cinsi, ortam sıcaklığı ve yerin yüksekliği ise sonucu değiştirir. Sınavda "boruyu eğdik, yükseklik ne olur?" sorusunun cevabı değişmez; "cıva yerine su koyduk" sorusunun cevabı çok yükselir.
Kapalı bir kap içerisine konulan gaz, kap içerisinde sürekli hareket hâlinde olup kap çeperlerine çarparak basınç oluştururlar. Aynı sürede birim yüzeye çarpan molekül sayısı artarsa gazın basıncı da artar.
Kapalı kaplardaki ideal kabul edilen gazların basıncı;
Kapalı bir kaptaki gazların basıncı manometre adı verilen düzeneklerle ölçülür.
Kapalı bir K kabındaki gazın sıcaklığı T Kelvin sıcaklığında iken basıncı 1 atm olsun. Kaptaki gazın hacmi ve molekül sayısı sabit kalarak sıcaklığı 2T Kelvin sıcaklığına çıkarılırsa moleküllerinin hızı artarak kap çeperlerine uyguladığı basınç 2 atm olur.
V hacimli K kabındaki gazın basıncı 2 atm olsun. Gazın sıcaklığı sabit kalmak şartıyla bu gazın tamamı 2V hacimli boş durumdaki L kabına aktarılırsa birim yüzeye birim zamanda çarpan molekül sayısı azalacağından bu kaptaki gaz basıncı 1 atm olur.
Gaz tankından M pompası yardımıyla n sayıda gaz molekülü boş K kabına aktarıldığında K kabında gaz basıncı 1 atm olsun. M pompası n sayıda gaz molekülü daha aktararak K kabındaki gaz molekül sayısını 2n yaparsa kaptaki gaz basıncı 2 atm olur.
Sürtünmesi önemsiz, sızdırmaz ve hareketli pistonla kapatılmış bir kaptaki gazın basıncı (Pgaz), pistonun ağırlığından dolayı oluşan basınç ile açık hava basıncının toplamına eşittir.
Gazın bu durumda basıncı açık hava basıncı ile piston ağırlığının oluşturduğu basınca bağlıdır.
Kaptaki gazın sıcaklığı artırılırsa veya kaba bir miktar daha gaz ilave edilirse iç basıncı artacağı için piston ok yönünde hareket ederek iç basıncı tekrar ilk değerine düşürür. Gazın sıcaklığının değişmesi ya da kaptaki gaza gaz eklenmesi gazın basıncını etkilemez. Değişen şey hacimdir.
Kaptaki pistonun üzerine bir ağırlık konulduğunda ya da ortamdaki açık hava basıncı artırılırsa gazın üzerine etki eden toplam basınç artar ve piston aşağı doğru hareket ederek gazın hacmini küçülterek, gazın basıncını artırır.
Kapalı bir kaptaki esneyebilen sızdırmaz esnek zar ile ayrılmış X ve Y gazlarının basınçları eşitlenecek şekilde zar esneyerek dengeye gelir. Bu denge hâli de PX = PY şeklinde yazılabilir.
Bir balonun esneklik direnci ihmal edilirse, esnek yapılı balon içindeki gazın basıncı balonun dış yüzeyine etki eden açık hava basıncı ile dengelenmektedir.
Esnek balonun içine gaz ilave edilirse ya da balonun sıcaklığı artırılırsa balonun hacmi büyür, balon içindeki gazın basıncı değişmez, yine açık hava basıncına eşit olur.
Esnek balon içindeki gazın basıncının değişmesi için çevresindeki açık hava basıncının değişmesi gerekir. Bu, kapalı sert kaptaki gazla en çok karıştırılan yerdir: sert kapta ısıtmak basıncı artırır, esnek kapta ise sadece hacmi büyütür.
Kapalı bir kaptaki gazların basıncı manometre adı verilen düzeneklerle ölçülür. İki çeşidi var ve aralarındaki fark tek bir terimden ibaret: P₀.
M kabında bulunan gaz, K seviyesindeki cıvaya Pgaz basıncını uygulamaktadır. Cıva denge durumunda olduğuna göre sol koldaki gaz basıncını aynı K seviyesindeki cıvaya sağ koldaki h cm yüksekliğindeki cıvanın uyguladığı basınç dengeler. Bu durumda gaz basıncı h cm-Hg basıncına eşittir diyebiliriz.
Açık hava basıncı P₀ olmak üzere K kabındaki gaz açık uçlu bir manometrede dengelenirse K kabındaki gazın basıncı Pgaz = P₀ + 5 cm-Hg şeklinde yazılır. Deneyin yapıldığı yerde açık hava basıncı P₀ = 70 cm-Hg ise bu durumda Pgaz = 70 cm-Hg + 5 cm-Hg = 75 cm-Hg olur.
| Alet | Ne ölçer | Nasıl çalışır | Kim kullanır |
|---|---|---|---|
| Barometre | Açık hava basıncı | Torriçelli deney düzeneği; cıva sütunu yüksekliği | Meteoroloji |
| Manometre | Kapalı kaptaki gaz basıncı | Cıva sütunlarının dengelenmesi | Laboratuvar, sanayi |
| Altimetre | Deniz seviyesine göre yükseklik | Bir çeşit barometredir; ortamın açık hava basıncı ile deniz seviyesindekini kıyaslar | Dağcılar ve pilotlar |
| Batimetre | Suyun derinliği | Basınç farklılığı ilkesi ile çalışır | Dalgıçlar, su altı çalışanları, denizaltılar |
Deniz seviyesine göre yüksekliği gösteren, bir çeşit barometre olan aletlere altimetre denir. Altimetreler bulundukları ortamın açık hava basıncı ile deniz seviyesindeki açık hava basıncını kıyaslayarak yüksekliği gösterirler. Dağcılar ve pilotlar çoğunlukla altimetre kullanarak bulundukları noktaların deniz seviyesinden olan yüksekliğini görürler.
Denizin derinlerdeki bir dalgıç, deniz yüzeyine doğru hızla çıkarken su basıncı azaldığından kanda çözünmüş olan azot, gaz hâline geçerek damarlarının içerisinde baloncuklar oluşturur. Bunun sonucunda akciğerlerde yırtılma, beynin oksijensiz kalması gibi olumsuz sonuçlar ortaya çıkar. Buna vurgun yeme denir.
Bu nedenle dalgıçlar vurgun yememek için yüzeye yavaşça çıkarlar ve belirli yüksekliklerde bekleyerek vücutlarının yeni basınç alanlarına sorunsuz şekilde uyumunu sağlamaya çalışırlar.
Basınç bazı katı maddelerin erimesini kolaylaştırırken bazı maddelerin de erimesini zorlaştırır.
| Katının davranışı | Örnek maddeler | Basınç artışının etkisi |
|---|---|---|
| Erirken hacmi büyüyen | Demir, bakır, gümüş | Erimeyi zorlaştırır, erime sıcaklığını yükseltir |
| Erirken hacmi küçülen | Bizmut, antimon, buz | Erimeyi kolaylaştırır, erime sıcaklığını düşürür |
Bu nedenlerle buz yüksek basınç altında 0 °C'nin altında da eriyebilir. Kışın kar üzerinde yürürken ayak bastığımız yüzeylerde ya da kar topunu avucumuzda sıkarken karın eridiğini görmemiz mümkündür. Ya da bahar aylarında yüksek dağ tepelerinde açık hava basıncı düşük olduğu için hâlâ erimeyen karların olduğu görülebilir.
Basınç sıvıların kaynama sıcaklığını da etkiler. Su, deniz seviyesinde 100 °C'de kaynarken deniz seviyesinden yukarı çıkıldıkça açık hava basıncı azaldığından kaynama sıcaklığı düşer ve su deniz seviyesine göre daha çabuk kaynamaya başlar.
Bir düdüklü tencerede oluşan buhar basıncı ile sıvı üzerindeki basıncı artırırken suyun kaynama sıcaklığı da artar. Su 120-150 °C gibi sıcaklıklara çıkarak ancak kaynama durumuna geçer.
Dağda su daha çabuk kaynar çünkü kaynama sıcaklığı düşmüştür — ama tam bu yüzden yemek daha geç pişer: su artık 100 °C'ye ulaşmadan kaynadığı için yemeğe daha düşük sıcaklıkta ısı verir. Düdüklü tencere ise tersini yapar: basıncı artırıp suyu 120-150 °C'ye çıkarır ve yemek çabuk pişer. Kaynama sıcaklığı ile kaynama hızını karıştırma.
Rastgele gelen soruyu oku, doğru şıkkı seç. Yanıtın ardından açıklama gelir.
Atmosfer basıncı görünmez ama etkisini gün içinde defalarca hissediyorsun.
Atmosferdeki gazların yoğunluğu yeryüzünden yukarı çıkıldıkça azaldığı için deniz seviyesinden yükseklere çıkıldıkça açık hava basıncı da azalır. Kulak zarının iki yanındaki basınç farkı yutkununca dengelenir.
Paketin içindeki gaz esnek bir kapta gibidir. Yukarı çıkıldıkça çevredeki açık hava basıncı azaldığı için paket şişer — uçan balonun hacminin yükseldikçe büyümesiyle aynı olaydır.
Bir düdüklü tencerede oluşan buhar basıncı ile sıvı üzerindeki basıncı artırırken suyun kaynama sıcaklığı da artar. Su 120-150 °C gibi sıcaklıklara çıkarak ancak kaynama durumuna geçer. Daha sıcak su, daha hızlı pişirme demektir.
Buz yüksek basınç altında 0 °C'nin altında da eriyebilir. Kışın kar üzerinde yürürken ayak bastığımız yüzeylerde ya da kar topunu avucumuzda sıkarken karın eridiğini görmemiz mümkündür. Eriyen ince su tabakası taneleri birbirine yapıştırır.
Bahar aylarında yüksek dağ tepelerinde açık hava basıncı düşük olduğu için hâlâ erimeyen karların olduğu görülebilir. Aynı sıcaklıkta, sırf basınç düşük olduğu için kar erimeden kalabiliyor.
Hızlı çıkışta su basıncı azaldığından kanda çözünmüş olan azot, gaz hâline geçerek damarların içerisinde baloncuklar oluşturur; buna vurgun yeme denir. Bu yüzden yüzeye yavaşça çıkarlar ve belirli yüksekliklerde beklerler.
Deniz seviyesine göre yüksekliği gösteren, bir çeşit barometre olan aletlere altimetre denir. Aslında yükseklik değil basınç ölçer, sonra onu deniz seviyesindeki basınçla kıyaslayıp yüksekliğe çevirir.
Deneyde özkütlesi küçük sıvı kullanmak deneyde ölçülen sıvı yüksekliğini artırır. Su cıvadan çok daha hafif olduğu için su barometresi on metreyi aşan bir boru gerektirirdi; cıva ile 76 cm yeterli oluyor.
Piston hareketli mi, kap sert mi? Hareketli pistonda ısıtmak hacmi değiştirir, basıncı değil (Pgaz = Ppiston + P₀). Sert kapalı kapta ise ısıtmak doğrudan basıncı artırır.
40 sorudan oluşan bu test ile "Gaz Basıncı, Atmosfer Basıncı ve Basınç Ölçen Aletler" ünitesini ne kadar kavradığını gör. Her sorudan sonra anında geri bildirim alacaksın.
Atmosfer tabakasının ağırlığı nedeniyle cisimlere uyguladığı basınçtır. Deniz seviyesinde ve 0 °C'de bu değerdedir.
Gazların yoğunluğu yukarı çıkıldıkça azaldığı için deniz seviyesinden yükseldikçe açık hava basıncı azalır.
Ters çevrilen cıva dolu tüpte seviye 76 cm'de dengede durur; açık hava basıncı bu sütunun basıncına eşittir. Düzeneğe barometre denir.
Barometredeki sıvı yüksekliği borunun cinsine, yarıçapına, duruşuna ve şekline bağlı değildir.
Cıva yüksekliği sıvının cinsine, ortam sıcaklığına ve yerin deniz seviyesinden yüksekliğine bağlı değişir. Özkütlesi küçük sıvı yüksekliği artırır.
Gaz molekülleri çeperlere çarparak basınç oluşturur. Aynı sürede birim yüzeye çarpan molekül sayısı artarsa basınç artar.
Basınç sıcaklıkla ve molekül sayısıyla doğru, hacimle ters orantılıdır.
Isıtmak ya da gaz eklemek basıncı etkilemez, piston hareket ederek hacmi değiştirir. Ağırlık konması ya da P₀ artması basıncı artırır.
Gaz eklenirse veya ısıtılırsa hacim büyür, basınç değişmez. Basıncın değişmesi için çevredeki açık hava basıncının değişmesi gerekir.
Kapalı uçluda P_gaz = h cm-Hg; açık uçluda açık hava basıncı da hesaba katılır (örnekte P₀ + 5 cm-Hg).
Altimetre bir çeşit barometredir, yüksekliği gösterir. Batimetre basınç farklılığı ilkesiyle suyun derinliğini ölçer.
Erirken hacmi küçülenlerde (buz, bizmut, antimon) basınç erimeyi kolaylaştırır; hacmi büyüyenlerde (demir, bakır, gümüş) zorlaştırır.