فشار هوا

فشار حاصل تقسیم نیرو بر واحد سطح می باشد . این به این معنی است که هرچه نیروی بیشتری در سطح کمتری وارد شود فشار بیشتر است .
در این قسمت در مورد فشار هوا , واحد های اندازه گیری آن ,  علت وجود فشار هوا , رابطه فشار هوا با ارتفاع و… توضیحات مفصل می دهیم .

۱- واحد های فشار

 همچون کمیت های فیزیکی مختلف  , فشار هم واحد های مختلفی دارد که در اینجا توضیح می دهیم :

۱) پاسکال(Pa)

واحد اصلی فشار پاسکال (Pa) می باشد و آن عبارت است از نیروی یک نیوتنی که بر یک متر مربع وارد می شود (معادل فشاری که وزنه ۱۰۰گرمی بر یک متر مربع وارد می کند) نظر به این که پاسکال واحد کوچکی است از واحدهای بزرگتر کیلو پاسکال(KPa) برابر هزار پاسکال و مگا پاسکال برابر یک میلون پاسکال هم استفاده می کنند.

۲) اتمسفر(atm)

 هوا فشار دارد بر هر مترمربع ازسطح زمین حدودا ۱۰۰تن نیرو وارد می کند.در مقیاس اندازه گیری فشار , فشار هوا درسطح دریا برابر یک اتمسفر در نظر گرفته می شود که برابر است با ۳۲۵ر۱۰۱پاسکال می شود .

۳) بار (bar)

نظر به این که یک اتمسفر خیلی به ۰۰۰ر۱۰۰ پاسکال نزدیک است و برای این که مضرب صحیح و ده دهی برای فشار در نظر بگیرند که حدودا برابر یک اتمسفر باشد واحد بار (bar) را در نظر می گیرند که دقیقا برابر ۰۰۰ر۱۰۰ پاسکال می شود .

۴) سانتی متر جیوه(CmHg)

اگر یک لوله آزمایش(به طول حدود ۸۰ سانتی متر) مدرج را لب به لب پر از جیوه کرده و در ظرف حاوی جیوه فرو برده و رها کنیم وزن ستون جیوه باعث می شود جیوه از لوله به طرف ظرف برگردد ولی فشار هوا ممانعت می کند و جیوه را به درون لوله برمی گرداند تا زمانی فشار ناشی از وزن ستون جیوه با فشار هوا برابر شود جیوه دیگر به درون ظرف بر نمی گردد. پس در پایان فشار جیوه ناشی از وزن ستون جیوه برابر فشار هوا می شود و این به ما کمک می کند تا یک وسیله برای اندازه گیری فشار بسازیم .
این آزمایش را نخستین بار توریچلی دانشمند بزرگ ایتالیائی ( اوانجلیستا توریچلی زاده ۱۵ اکتبر ۱۶۰۸ – درگذشته ۲۵ اکتبر ۱۶۴۷ ریاضیدان و فیزیکدان ایتالیایی ) انجام داد تا هم دلیل فشار هوا را توضیح دهد و هم وسیله ای برای اندازه گیری فشار هوا بسازد . ( شکل شماره ۱ )
به این ترتیب سانتیمتر جیوه به عنوان واحد دیگر اندازه گیری فشار تعریف شد . و آن عبارت است از ارتفاع جیوه در آزمایش توریچلی که شرح آن رفت . نظر به این که ارتفاع ستون جیوه در کنار دریا حدود ۷۶ سانتیمتر جیوه می باشد بنابراین هر اتمسفر ۷۶ سانتیمتر جیوه می باشد .

  شکل شماره ۱- تعریف میلیمتر جیوه و چگونگی کارکرد فشار سنج جیوه ای 

۵) میلیمتر جیوه (mmHg)

اگر ارتفاع جیوه را در آزمایش توریچلی به جای سانتیمتر با میلیمتر اندازه بگیریم واحد دیگری را به نام میلیمتر جیوه می توانیم تعریف کنیم . بنابراین هر اتمسفر ۷۶۰ میلیمتر جیوه می باشد .

۶) تور (Torr)

یک اتمسفر دقیقا برابر ۷۶۰ میلیمتر جیوه نمی باشد (حدود ۷۵۹ میلیمتر جیوه می باشد ) برای این که یک دقیقا ۷۶۰ میلیمتر جیوه باشد واحدی به نام تور تعریف کردند که دقیقا برابر ۷۶۰ میلیمتر جیوه می باشد .

۷) متر آب(Mwa)

در آزمایش توریچلی (در کنار دریا ) اگر یک لوله خیلی بلند در نظر بگیریم و بجای جیوه در آن آب بریزیم آب تا ارتفاع ۱۰/۳۳متر بالا می رود که این را می توان یک واحد برای اندازه گیری فشار در نظر گرفت بنابراین یک اتمسفر برابر ۱۰/۳۳متر آب یا ۱۰۳۳سانتیمتر آب می باشد. این واحد بیشتر در مکانیک سیالات به کار می رود .
همچنین می توان از سانتیمتر آب و میلیمتر آب هم استفاده کرد که کاربردی ندارد .

نکته :  چگالی جیوه ۱۳٫۵۳۴ g/cm3 می باشد( به صورت گرد کرده ۱۳/۵)با توجه به این که چگالی آب تقریبا برابر یک می باشد . بنابراین چگالی جیوه ۱۳/۵ برابر آب می باشد . با توجه به این که در آزمایش توریچلی اگر به جای جیوه آب بریزیم آب تا ارتفاع حددا ۱۰ متری ( چگالی آب معمولی اندکی از آب مقطر بیشتر است ) بالا می آید بنابراین تلمبه هائی که آب را از چاه می کشند حداکثر تا ۱۰ متر می توانند آب را بالا بیاورند و این یک محدودیت است . برای کشیدن آب تا ارتفاع بالاتر از تلمبه های چند مرحله ای استفاده می کنند .

۸) پی اس ای (psi)

 واحد اندازه گیری فشار در سیستم مهندسی انگلیس است و آن عبارت است از فشاری که توسط وزنه یک پوندی(به سطح مقطع یک اینچ مربع)در سطح زمین و در کنار دریا بر هر اینچ مربع وارد می شود.  هر اتمسفر حدود ۱۴/۷ پی اس ای می باشد .

۹) واحد های دیگر فشار

واحدهای دیگری را در این رابطه می توان در مورد فشار ساخت . هر واحد جرم ( معادل نیرو در نظر می گیرند مثلا کیلوگرم که واحدجرم است کیلوگرم نیرو واحد نیرو می شود) را بر هر واحد مساحت تقسیم کنیم یک واحد فشار می سازیم . مانند :
کیلوگرم نیرو بر سانتیمتر مربع , تن نیرو بر متر مربع , گرم نیرو بر میلیمتر مربع و….
همچنین از سیستم مهندسی انگلیس هم می توانیم واحدهای فشار بسازیم  .

جدول شماره یک واحدهای مختلف فشار را نشان داده است .

جدول شماره ۱ – برابری واحدهای فشار

  ۲-  فشار هوا چگونه بوجود می آید ؟

هوائی که در اطراف زمین وجود دارد  وزن داشته و بر روی تمام اشیا اطراف خود نیرو وارد می کند . بنابر این نیروئی که وزن ستون هوا بالای سطح زمین بر اشیاء وارد می کند فشاری را تولید می کند که فشار هوا می نامیم .
مقدار فشار هوا در روی زمین تقریبا ۱۰۰ هزار پاسکال است ( ۳۲۵ر۱۰۱ ) و این یعنی در روی سطح زمین و در کنار دریا بر هر متر مربع از سطح زمین تقریبا نیروئی معادل  ۰۰۰ر۱۰۰نیوتن ( تقریبا معادل وزنه ۱۰تنی) واردمی شود . این فشار را یک اتمسفر(atm) می نامند .
لازم نیست که در سطح آزاد باشیم و ستون هوا مستقیم بالای سرما باشد . وزن ستون هوا , هوای اطراف ما را فشرده کرده و هوائی که داخل اتاق در بسته قرار دارد , هوائی که داخل اتومبیل است و…. حتی هوائی که داخل یک بطری در بسته است (بشرطی که با پمپ و… هوا را داخل آن فشرده تر نکنیم) از همان هوائی تامین شده است که وزن ستون هوا  آن را فشرده کرده و بنابراین فشار آن با هوای بیرون یکی است . این را می توانیم در شکل شماره ۲ به وضوح ببینیم .
فشار هوا همه جا اطراف ما وجود دارد ولی این باعث فروپاشی و خرد شدن اشیا نمی شود زیرا این فشار در همه طرف اشیا , به طور یکسان وجود دارد . مثلا همانطور که شکل شماره ۳ نشان می دهد وقتی کتابی را بلند می کنیم فشار هوا در بالا و پائین کتاب به یک اندازه است بنابراین فشار نمی تواند مثلا مانع از بلند کردن کتاب شود ( وزن کتاب را زیاد کند)  ( شکل شماره ۳ ) تنها در صورتی اشیا را خرد می کند که داخل آن خلا باشد و جداره ظرف تحمل فشار را نداشته باشد . که در قسمت بعد در مورد آن توضیح می دهیم .

  

 شکل شماره ۲ – هوای درون بادکنک از همان هوای بیرون پر شده است بنابراین فشار درون بادکنک و بیرون بادکنک یکسان است از این رو بادکنک در حال تعادل قرار دارد 

 شکل شماره ۳ – وقتی کتابی را بلند می کنید فشار هوا در بالا و پائین کتاب یکسان است
از این رو فشار نمی تواند مانع بلند کردن کتاب شود 
 

 ۳- چرا فشار هوا به ما صدمه نمی زند ؟

سطح بدن ما به طور متوسط (یک انسان متوسط و بالغ ) ۲ متر مربع می باشد . با توجه به این که نیروئی که فشار هوا در سطح دریا (فشار هوا در سطح دریا حدود ۰۰۰ر۱۰۰ پاسکال می باشد ) بر هر متر مربع از سطح زمین وارد می کند معادل ۰۰۰ر۱۰۰پاسکال می باشد , اگر مقدار شتاب جاذبه(g) را ۱۰بگیریم  , این یعنی برابر نیروئی که یک وزنه ۱۰تنی (حدود وزن یک کامیون ) وارد می کند . بنابراین فشار هوا بر بدن انسان حدود ۰۰۰ر۲۰۰ نیوتن نیرو وارد می کند که معادل وزن ۲ کامیون می باشد . یعنی دو کامیون همزمان روی بدن شما قرار بگیرند .
با این حساب باید بدن انسان زیر چنین فشاری له شود ولی هیچ اتفاقی نمی افتد و ما حتی احساس هم نمی کنیم راستی چرا ؟
ما از ابتدا روی زمین بدنیا آمده و ساختار بدن ما روی زمین با همین فشار تکامل پیدا کرده , فشار درون بدن ما تقریبا با فشار بیرون آن سازگار شده , حتی درون تک تک سلول های بدن ما فشار وجود دارد و این برابر فشار هوای بیرون می باشد . بنابراین فشار هوا نمی تواند ما و سایر موجودات زنده را صدمه بزندتنها در صورتی صدمه  می بینیم که این فشار برداشته شود(در فضای تهی قرار بگیریم) در آن صورت فشار درون بدن ما باعث متلاشی شدن بدن ما از درون می شود .

 

 شکل شماره ۴ – فشار درون و  بیرون بدن انسان  مساوی است 

 شکل شماره ۵  – فشار درون و  بیرون سلول مساوی است 

 ۴– آزمایشات مربوط به فشار هوا

فشار هوا وجود دارد . در همه جای اطراف ما وجود دارد . آزمایش های مختلفی وجود دارد که می توانیم این فشار عظیم را در آن نشان دهیم . که در اینجا به پاره ای از آنها اشاره می کنیم .

۱) آزمایش اتو ون گریکه

اتوون گریکه (یا اتوفون گوریکه ) ( زاده ۱۶۰۲ – درگذشته ۱۶۸۶ ) دانشمند ، مخترع ، و سیاستمداری آلمانی در قرن هفدهم میلادی بود. شهرت او بیشتر بخاطر ترتیب دادن آزمایشی بود که در آن قدرت فشار هوا نشان داده شده است . در آن زمان او شهردار ماگدبورگ آلمان بود و پمپ تخلیه هوا هم از اختراعات او است .

شکل شماره ۶ – اتوفون گوریکه ( شهردار ماگدبورگ)

در سال ۱۶۵۴ ( ۱۰۳۳ خورشیدی ) اتوون گریکه ( شهردار ماگدبورگ ) در حضور نمایندگان و اعضای شورای شهر و مقامات برجسته آزمایشی ترتیب داد که در آن بین دو نیمکره  برنجی واشر چرمی آغشته به روغن قرار داد و بهم وصل کرد و توسط پمپ تخلیه , هوای بین دو نیمکره را تخلیه کرد . بعد به قلاب هائی که دو سر نیمکره ها بود طناب های محکمی بست و دو گروه اسب , هر گروه در ۴ اسب قوی هیکل ( جمعا ۸ اسب ) نتوانستند دو نیمکره را از هم جدا کنند . تا آن که دریچه پمپ را باز کردند و هوا به داخل دو نیمکره وارد شد و آنگاه نیمکره ها خود به خود از هم جدا شدند . این آزمایش نشان داد که فشار هوا چه نیروی عظیمی وارد می کند . ( در آن زمان و با پمپ تخلیه اتو ون گریکه داخل نیمکره ها تخلیه کامل هم نشده بود )
موضوع تکمیلی : در این آزمایش ,  اگر شعاع نیمکره ها ۳۰ سانتیمتر و فشار داخل نیمکره ها ۱/ اتمسفر ( فشار بیرون یک اتمسفر است ) باشد. نیروئی که توسط هر دسته از اسب ها وارد می شود تا نیمکره ها از هم جدا شوند چقدر است ؟ ( فیزیک هالیدی جلد دوم صفحه ۱۷ )

F=3.14 * (.3)2 * ( 1-.9)*101,325 = 25,800 N یعنی حدودا برابر نیروئی که یک وزنه ۲/۶ تنی وارد می کند
بیخود نبود که ۸ اسب نمی توانستند. نیمکره ها را از هم جدا کنند .

شکل شماره ۷ – نیروهای وارد بر نیمکره ها 
شکل شماره ۸ – آزمایش اتوفون گوریکه در حضور مقامات شهر ماگدبورگ

 ۲) اثر فشار هوا بر قوطی

در یک آزمایش داخل ظرف حلبی را کمی آب ریخته و حرارت می دهیم تا آب بخار شود و هوای داخل ظرف را تخلیه کند بعد بسرعت در ظرف را بسته و روی آن آب سرد می ریزیم . آب سرد هوای داخل قوطی را سرد کرده و بخار میعان پیدا می کند و داخل ظرف خلا نسبی بوجود می آید بعد فشار هوا قوطی حلبی را مچاله می کند.( شکل شماره ۹ )

 

 شکل شماره ۹ – آزمایش قوطی آب و ریختن آب سرد روی آن

 ۲) آزمایش وارونه کردن لیوان پر از آب

 در آزمایش دیگری یگ لیوان را لب تا لب پر از آب کرده و یک ورقه مقوائی را روی آن قرار می دهیم . ورقه را نگه داشته و لیوان را سروته می کنیم بعد دست خود را از روی ورقه برمی داریم . فشار هوا مانع ریختن آب درون لیوان می شود .

 شکل شماره ۱۰ – در این آزمایش فشار هوا نمی گذارد آب درون لیوان روی زمین بریزد

 نکته  : در ایستگاه های فضائی ( مانند ایستگاه بین المللی ) که در مدار زمین می چرخند در فضای تهی حرکت می کنند , از طرفی بعلت نیروی گریز مرکز ناشی از حرکت ایستگاه وزن اشیا خنثی شده و بی وزنی مطلق حکمفرما است ولی قوانین فشار هوا آنجا هم حاکم است به گونه ای که خدمه ایستگاه نوشیدنی را با نی خورده و عملکرد نی همانند روی زمین است . زیرا فشار هوای ایستگاه را برابر فشار هوای سطح زمین تنظیم کرده اند و این فشار ناشی از فشردگی مولکول های هوا است (مولکول هائی که در روی زمین بر اثر وزن ستون هوا فشرده شده اند) و ربطی به وزن ندارد.

۵- پدیده های مربوط به فشار هوا

از زمان باستان به این نکته پی برده بودند که وقتی در جائی خلا (یا فضای تهی) بوجود می آید فورا جایش با مایعات یا گازهای اطراف (هوا ) پر می شود و بنابراین خلا ( فضای تهی ) نمی تواند بوجود بیاید . مدت ۲ هزار سال فلاسفه از وحشت طبیعت از خلا سخن می گفتند . زیرا چیزی در مورد فشار هوا نمی دانستند و هیچ آزمایشی هم در این باره انجام ندادند . گفته معروف “ طبیعت از خلا تنفر دارد “
بعدها در قرن هفدهم میلادی دانشمندانی مانند توریچلی و پاسکال و اتوون گریکه و… نشان دادند آنچه به عنوان وحشت طبیعت از خلا عنوان می شود در واقع چیزی جز فشار هوا نیست و آن هم محدودیت خود را دارد .
در واقع توریچلی با ساختن فشار سنج جیوه ای عملا یک خلا در بالای لوله آزمایش پر از جیوه بوجود آورد و نشان داد فضای تهی نیز می توان ایجاد کرد .(خلا بالای لوله جیوه ای در فشار سنج جیوه ای را خلاء توریچلی می نامند)
هم اکنون بسیاری از وسائل و دستگاه ها به کمک فشار هوا کار می کند در اینجا به سه مورد اشاره می کنیم .

۱) چگونه با نی می آشامیم ؟

 وقتی یک نی را داخل دهان خود قرار می دهیم . با مکش هوای داخل نی را تخلیه می کنیم و وقتی فشار هوای درون نی کمتر از فشار هوای بیرون شدمایع درون لیوان (آب یا شربت و… ) به داخل دهان ما وارد می شود .  ( شکل شماره  ۱۱ )

شکل شماره ۱۱ – چگونه با نی می نوشیم

۲) تلمبه آب کش چگونه کار می کند؟

 در شکل شماره ۱۲ با حرکت دادن تلمبه در زیر پیستون خلا ایجاد می شود و آب به سمت زیر تلمبه حرکت می کند موقعی که تلمبه به بالا حرکت می کند دریچه ها مانع برگشت آب می شود و آب از لوله خروجی از تلمبه خارج می شود .

شکل شماره ۱۲ ( و GIF همراه با آن ) – تلمبه آبکش چگونه کار می کند.

۳)  لوله بازکن خانگی

لوله بازکن خانگی وسیله ای است برای باز کردن سینگ و ظرفشوئی که گرفته شده باشد به کار می رود . برای این کار با فشار محفظه لاستیکی را از هوا خالی کرده در این صورت فشار هوا مکش ایجاد کرده و حرکت هوا و آب به طرف محفظه لاستیکی منجر به باز شدن دریچه می گردد. ( شکل شماره ۱۳ )


  شکل شماره ۱۳ – چگونگی بادکش کردن

 ۶-  رابطه فشار هوا با ارتفاع

هر چه از سطح زمین بالاتر می رویم فشار هوا کمتر می شود . این به این معنی است که تراکم هوائی که در اطراف ما وجود دارد کم و کمتر می شود تا در فضا تقریبا به صفر می رسد . جائی که هیچ گازی و ماده ای وجود نداشته باشد فضای تهی (خلاء) نامیده می شود .
هرچه از سطح زمین بالاتر برویم . ارتفاع ستون هوای بالای سرما کمتر می شود و چون در طبقات بالاتر فشردگی هوا هم کمتر می شود ( بخاطر کاهش فشار ناشی از کاهش ستون هوای بالای سر ) پس باز هم فشار هوا بیشتر کم می شود . در حقیقت ضخامت کل جو به بیش از ۱۰۰۰ کیلومتر می رسد ولی حدود نیمی از هوا در ارتفاع زیر ۵ کیلومتر و حدود ۸۵ درصد هوا در ارتفاع زیر ۱۵ کیلومتر قرار دارد .
رابطه فشار هوا با ارتفاع لگاریتمی است و با افزایش ارتفاع فشار هوا بشدت کم می شود .  
شکل شماره ۱۴ رابطه فشار هوا با ارتفاع را در طبقات جو نشان می دهد و جدول شماره ۲ مقادیر فشار را در ارتفاع های مختلف نشان می دهد .

جدول شماره ۲ – رابطه فشار هوا با ارتفاع

 

 

 شکل شماره ۱۴ – هرچه ارتفاع بیشتر می شود ارتفاع ستون هوا همچنین فشردگی هوا کمتر می شود و بنابراین فشار هوا کمتر می شود

 نکته ۱ :  تعیین یک رابطه ریاضی بین  فشار هوا و ارتفاع از سطح دریا پیچیده و مشکل است زیرا فشار هوا هم به ارتفاع ستون هوا بستگی دارد هم به فشردگی هوا , از طرفی به دما هم بستگی دارد ولی فرمول زیر تا ارتفاع ۱۵ کیلومتری با دقت خوبی فشار هوا را تعیین می کند .

 نکته ۲ : با توجه با رابطه فشار هوا و ارتفاع وسیله ای به نام ارتفاع سنج ساخته شده که کوه نوردان و… برای اندازه گیری ارتفاع نقاط مختلف از آن استفاده می کنند .

نکته ۳ : علاوه بر این که فشار به ارتفاع بستگی دارد حتی فشار هوای یک نقطه ثابت نیز ثابت نبوده و بر اثر نوسانات هوا تعغیر می کند .
گرم شدن و سرد شدن هوا , روی فشار هوا تاثیر می گزارد که این تاثیرات را با فشار سنج های مجهز اندازه گیری کرده و براساس آن هواشناسان وضعیت جوی را پیش بینی می کنند .
طبق یک قانون در هواشناسی همچنان که آب از نقطه مرتفع به نقطه پست حرکت می کند , هوا هم از نقطه پر فشار به سمت نقطه کم فشار حرکت می کند پس تعغیرات فشار در هواشناسی مترادف با تعغیرات وضعیت جوی می باشد

۷- رابطه فشار هوا با نقطه جوش آب

بسیاری از شما تجربه کرده اید (بخصوص کوه نوردان و کسانی که ساکن نقاط پر ارتفاع هستند ) که هرچه ارتفاع بیشتری از سطح دریا داشته باشید آب در دمای پائین تری می جوشد (به اصطلاح غذا دیرتر می پزد) در این قسمت به ابعاد مختلف این پدیده خواهیم پرداخت .

۱) سانتیگراد یا سلسیوس

سانتیگراد  (C0) واحد دما میباشد ( واحد اصلی دما در سیستم متریک کلوین می باشد که بر اساس همان سانتیگراد تنظیم شده است (C=K-273.15 ) نام سلسیوس برای بزرگداشت ستاره‌شناس سوئدی آندرس سلسیوس (۱۷۰۱ تا ۱۷۴۴) که خود، یکایی همانند را برای دما پیشنهاد کرد چنین نامگذاری شده‌است.
او پیشنهاد داد که نقطه انجماد آب در فشار یک اتمسفر را صفر در نظر گرفته و نقطه جوش آب ( در فشار یک اتمسفر ) را ۱۰۰ در نظر بگیریم و بعد بین این دو را به ۱۰۰ قسمت تقسیم کنیم .
( در مورد سیستم واحد ها در یک بخش جداگانه در آینده خواهیم پرداخت )

شکل شماره ۱۵ – دماسنج وسیله اندازه گیری دما

 ۲) فشار بخار چیست ؟

وقتی به یک مایع گرما می دهیم انرژی جنبشی مولکول های مایع بیشتر می شود اگر چه بیشتر مولکول های مایع در فاز مایع قرار دارند ولی هر چه دما بالاتر رود تعداد بیشتری از مولکول ها انرژی جنبشی لازم را برای فرار از فاز مایع پیدا می کنند .
حال سیستمی را در نظر می گیریم که یک مایع درظرف سربسته و در دمای ثابت قرار داشته باشد در این حالت تعدادی از مولکول ها از سطح مایع به سطح گازی راه پیدا می کنند و در نتیجه دمای مایع کاهش پیدا می کند همزمان تعدادی از مولکول ها از فاز گازی وارد فاز مایع می شوند ( میعان پیدا می کنند ) در این حالت دمای مایع دوباره افزایش پیدا کرده تا به دمای اولیه برگردد .
اگر سیستم کاملا بسته باشد (هیچ گاز و یا انرژی گرمائی از بیرون  سیستم وارد و خارج نشود ) فشاری توسط  مولکول های موجود در فاز گازی ایجاد می شود هر چه دمای سیستم بالاتر برود این فشار بیشتر می شود . اگر دما ثابت باشد , فشار بالای ظرف محتوی مایع مقداری ثابت می ماند که به این فشار , ”فشار بخار مایع” در دمای مشخص می گویند .
در شکل شماره ۱۶ مایع آبی رنگ در یک سیستم بسته قرار دارد . دما ثابت است و بنابراین مولکول های پر انرژی تر مایع از فاز مایع وارد فاز گازی می شوند و فشار در فاز گازی بالاتر می رود همزمان تعداری از مولکول ها از فاز گازی به فاز مایع وارد می شوند تا تعادل برقرار شود در این حالت :
تعداد مولکول هائی که از مایع وارد گاز می شوند = تعداد مولکول هائی که از گاز وارد مایع می شوند .
در این حالت درجه ای که فشار سنج نشان می دهد فشار بخار مایع نام دارد .
حال اگر دما بالاتر رود فشار بخار مایع هم زیاد تر می شود . بنابراین فشار بخار هم به دما و هم به نوع ماده ( نیروهای بین مولکولی ) بستگی دارد .

  

 شکل شماره ۱۶- فشار بخار این مایع در دمای ۳۵ درجه معادل ۳ بار است این از خواص فیزیکی این ماده ( مایع آبی رنگ ) است

 

 ۳) مایع چگونه می جوشد ؟

وقتی یک مایع حرارت می دهیم دمای مایع لحظه به لحظه افزایش می یابد و به تعداد مولکول هائی که  انرژی لازم را برای خروج از سطح مایع دریافت کردند اضافه می شود . همچنین با افزایش دما “فشار بخار “مایع هم افزایش می یابد . اگر سیستم باز باشد و یک فشار خارجی (فشار اتمسفر) بالای مایع باشد. دمای کل مایع به حالتی می رسد که “فشار بخار “ مایع با فشار خارجی ( فشار اتمسفر ) برابر می شود در این حالت مایع شروع به جوشیدن می کند . جوشیدن همراه با تشکیل حباب هائی است که به سطح مایع رسیده پاره می شوند . در این حالت دمای مایع دیگر بالا نمی رود و تمام انرژی حرارتی داده شده به مایع تبدیل مایع به گاز می شود .
نکته بسیار مهم این است که تا زمانی که دما به حد معینی نرسد “فشار بخار “ مایع با فشار خارجی برابر  نمی شود و همواره از آن کمتر است در این حالت فشار خارجی مانع از تشکیل حباب می شود ( زیرا فشار خارجی روی سطح مایع , از فشار درون مایع بیشتر است ) و بنابراین حباب تشکیل نمی شود .
حال اگر فشار خارجی کمتر شود “ فشار بخار “ هم کمتر می شود و این به آن معنی است که مایع در درجه حرارت کمتری به جوش می آید و همینطور هرچه فشار خارجی بیشتر باشد نقطه جوش مایع هم بیشتر می شود .

۴) رابطه نقطه جوش و فشار هوا و ارتفاع

از آنچه گفته شد نتیجه می گیریم هرچه فشار هوا بیشتر باشد نقطه جوش مایعات هم بیشتر است و هرچه فشار هوا کمتر باشد نقطه جوش مایعات نیز کمتر است .
آب خالص در فشار یک اتمسفر ( فشار هم سطح دریا ) در دمای ۱۰۰ درجه بجوش می آید هرچه فشار کمتر باشد نقطه جوش آب نیز کمتر می شود . جدول شماره ۳ رابطه نقطه جوش آب و فشار و ارتفاع را نشان می دهد

 جدول شماره ۳ – رابطه نقطه جوش و فشار

نکته : در جدول شماره ۳ با داشتن نقطه جوش آب , فشار اتمسفر را اندازه گیری می کنیم و بعد با فشار اتمسفر ارتفاع را از طریق این فرمول محاسبه می کنیم .

شکل شماره ۱۷ – تعغیر نقطه جوش آب با ارتفاع

۵) چرا در ارتفاعات غذا دیرتر می پزد ؟

می دانیم که دمای یک ماده در حال جوش همواره ثابت می ماند و حرارتی که به مایع می دهیم تنها صرف تبخیر آن می شود . هر چه ارتفاع بیشتر شود فشار هوا کاهش پیدا می کند و هرچه فشار هوا کاهش پیدا کند نقطه جوش آب نیز کاهش پیدا می کند . زمان پخت غذا (غذاهائی که آب پز می شوند) به حرارتی بستگی دارد که توسط آب به غذا می رسد و بالاتر بودن نقطه جوش آب به معنی این است که گرمای بیشتری به غذا می رسد و غذا زودتر می پزد و کم بودن نقطه جوش آب هم به معنی رسیدن حرارت کمتر و دیر پختن غذا می باشد .

۶) زود پز چگونه به پخت غذا کمک می کند ؟

موقعی که ظرف محتوی غذا و آب را داخل زودپز می گزاریم بر اثر حرارت دمای آب بالا و بالاتر می رود و بخار آب تولید شده داخل زودپز گیر می افتد و راه خروج ندارد . بنابراین فشار بالای سطح آب در درون زود پز بالا و بالاتر می رود تا جائی که سوپاپ اطمینان اجازه دهد , فشار مرتب افزایش پیدا می کند ( وقتی فشار درون زودپز از حد معینی بالاتر برود , سوپاپ زودپز راه خروج بخار را باز می کند تا فشار بالاتر نرود , ( در غیر این صورت خطر انفجار جداره زودپز وجود دارد ) بالاتر رفتن فشار مساوی است با بالاتر رفتن دما و بالاتر رفتن دما هم باعث زودتر پختن غذا می شود.

شکل شماره  ۱۸ – زودپز , با افزایش فشار در بالای سطح آب و غذا به بالابردن نقطه جوش آب و پختن غذا کمک می کند .

برای مطالعه سایر مقاله های نجومی روی شکل زیر کلیک کنید.

برای مطالعه مقاله های روانشناسی اینجا  را کلیک کنید .

عکس های طبیعت, طبیعت خوانسار , شکوفه های بهاری  , گلستان کوه ,دانلود آلبوم های کامل بهترین و زیباترین عکس ها ,آلبوم هائی با صدها عکس کیفیت بالا ,  در هیچ کجای اینترنت این عکسها را پیدا نمیکنید , عکس هابدون استفاده از تکنیک های فتوشاپ تهیه شده , کاملا طبیعی 

برای آموزش کامل و حرفه ای گوگل مپ روی شکل زیر کلیک کنید

همه جیز در مورد گوگل مپ

۱) هر گونه اظهار نظر را در فرم اظهار نظر کاربران وارد کنید .
۲) نظرات بعد از تایید مدیریت نشان داده می شود .
۳) با انتقادات و پیشنهادات سازنده خود ما را هرچه بیشتر  همراهی کنید . مدیریت از انتقادات و پیشنهادات سازنده شما استقبال میکند .
۴) هرگونه بهره برداری : کپی تمام و یا قسمتی از مطالب این سایت بدون ارجاع منبع آن ممنوع می باشد .
۵) تکثیر فایل های Pdf با ذکر منبع آزاد ولی فروش آن تحت هر عنوان و با ذکر منبع هم ممنوع می باشد .

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *