Konu anlatımı
Pipetle meyve suyu içebilmen, şişirilmiş bir balonun gergin durması ve dağda kulaklarının tıkanması gaz basıncıyla ilgilidir. Bu alt başlıkta gazların basıncını, açık hava basıncını ve Torricelli deneyini göreceksin.
Gaz basıncı
Gaz molekülleri sürekli ve rastgele hareket eder; kabın çeperlerine çarparak çeperlere kuvvet uygular. Bu çarpışmaların birim yüzeye uyguladığı kuvvet gaz basıncıdır ve gaz basıncı her yönde eşit etki eder. Kapalı bir kaptaki gazın sıcaklığı artarsa ya da hacmi küçültülürse moleküller çeperlere daha sık çarpar ve basınç artar. TYT'de gaz basıncının matematiksel modeli verilmez; yalnızca bu tür nitel ilişkiler bilinir.
Açık hava basıncı ve Torricelli
Dünya'yı saran hava tabakasının ağırlığından kaynaklanan basınca açık hava basıncı denir. Torricelli 1643'te, yaklaşık 1 m uzunluğunda, bir ucu kapalı ve cıvayla dolu bir cam boruyu cıva dolu bir kaba ters çevirdi; borudaki cıva bir miktar indi ve deniz seviyesinde kaptaki cıva yüzeyinden yaklaşık 76 cm yükseklikte durdu. Cıva sütununu tutan, kaptaki cıva yüzeyine etkiyen açık hava basıncıdır. Deniz seviyesindeki bu basınca 1 atmosfer denir; değeri yaklaşık 10⁵ Pa'dır.
Torricelli deneyi ve kılcallık
Torricelli deneyindeki cıva yüksekliği borunun kesit alanına bağlı değildir; boru eğik tutulsa bile cıva yüzeyleri arasındaki düşey yükseklik değişmez, yalnızca borudaki cıva sütununun boyu uzar. Kılcallıkta ise yükselme ya da alçalma borunun inceliğine bağlıdır ve adezyon ile kohezyondan kaynaklanır. Bu yüzden Torricelli deneyi bir kılcallık olayı değil, açık hava basıncının ölçümüdür. Yükseklere çıkıldıkça açık hava basıncı azalır ve cıva sütunu kısalır. Basınç azalınca suyun kaynama noktası da düşer; yüksek yerlerde su 100 °C'nin altında kaynar.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Torricelli deneyi deniz seviyesinde daha kalın borulu ikinci bir düzenekle tekrarlanıyor; sonra boru eğik tutuluyor. Cıva sütununun düşey yüksekliği nasıl değişir? Deney yüksek bir dağda yapılırsa ne olur?
Çözüm. Cıva sütununu açık hava basıncı dengeler ve sıvı basıncı yalnızca düşey yüksekliğe bağlıdır; bu yüzden kalın boruda da düşey yükseklik yaklaşık 76 cm olur. Boru eğik tutulunca borudaki cıvanın boyu uzar, ama düşey yükseklik değişmez. Yüksek bir dağda açık hava basıncı daha küçük olduğu için cıva sütununun düşey yüksekliği 76 cm'den az olur.
Örnek 2. Pipetle meyve suyu içerken meyve suyunu yukarı çıkaran nedir? Ağzı sıkıca kapatılmış bir kutudan pipetle içmek neden zorlaşır?
Çözüm. Pipeti emdiğinde pipetin içindeki havanın basıncını azaltırsın. Bardaktaki meyve suyunun yüzeyine etkiyen açık hava basıncı, pipetin içindeki azalmış basınçtan büyük olduğu için meyve suyunu pipette yukarı iter. Ağzı sıkıca kapalı bir kutudan içmeye çalışınca kutunun içindeki havanın basıncı içtikçe azalır; sıvıyı yukarı itecek basınç farkı kalmadığı için içmek zorlaşır.
Sık yapılan hatalar
- Torricelli deneyinde cıva yüksekliğinin borunun kalınlığına ya da eğikliğine bağlı olduğunu sanmak.
- Torricelli deneyini bir kılcallık olayı sanmak.
- Pipetle içerken sıvıyı ağzımızla çektiğimizi düşünmek; sıvıyı açık hava basıncı iter.
- Gaz basıncı moleküllerin çarpışmalarından doğar ve her yöne eşit etki eder.
- Deniz seviyesinde açık hava basıncı 76 cmHg, yani yaklaşık 10⁵ Pa'dır.
- Yükseldikçe açık hava basıncı ve suyun kaynama noktası azalır.