2. Газдардың қысымы. Атмосфералық қысым. Атмосфералық қысымның биіктікке тәуелділігі. Қысымды өлшейтін құралдар. Олардың жұмыс істеу принципі. Сорғылар.

Газдардың қысымы - газдардың қатты денелер мен сұйықтардан айырмашылығы, олар өздері тұрған ыдыстың көлемін түгел алып тұратыны туралы өткен такырыптардан білесіңдер. Мысалы, газ болат баллонның, автомобиль шинасының немесе волейбол добы камерасының және сол сияқты тағы да басқа ыдыстардың ішіне түгел жайылады. Сонда газ осы өзі орналасқан кез келген ыдыстың кабырғасына кысым түсіреді. Газ молекулалары үлкен жылдамдықпен ретсіз қозғалып жүретіні белгілі. Сонда олар бір-бірімен әрі өзі тұрған ыдыстың қабырғаларымен соқтығысады . Газдың молекулалары өте көп, сондықтан олардың соқтығысу саны да көп. Мысалы, бөлмедегі ауа молекулаларының 1с ішінде 1см2 ауданға келетін соқтығысу саны жиырма үш таңбалы санмен өрнектелетіні есептеулер арқылы анықталған. Жеке молекулалардың соккысы әлсіз болғанымен, барлык молекулалар соққысының ыдыс кабырғасына тигізетін әрекеті едәуір үлкен болып шығады. Міне, осыдан газ қысымы пайда болады. Сөйтіп, газдың ыдыс қабырғасына (немесе газдың ішіндегі денеге) тусіретін. қысымы газ молекулаларының соқтыгысуынан пайда болады. Мынадай тәжірибе қарастырайық. ауа сорғысы калпағының астына аузы байлаулы, ішінде аздаған ауасы бар резенке шар орналастырылады . Одан кейін сорғымен қалпақтың ішіндегі ауаны сорып шығарады. Айналасындағы ауа сирей бастағанда шардың шала толтырылған резеңке кабығы біртіндеп торсия бастайды да, ақырында шар пішініне келеді . Бұл тәжірибені калай түсіндіруге болады?Алғашкыда ауаның қозғалыстағы молекулалары шардың қабырғасын ішінен де, сыртынан да үздіксіз соққылайды. Қалпақтың ішіндегі ауаны сорып шығарғанда шардың айналасындағы молекулалар саны азаяды. Бірақ аузы байлаулы болғандыктан, шардың ішіндегі молекулалар саны өзгермейді. Сондықтан шардың ішкі бетіне соқтығысатын молекулалар саны оның сырткы бетіне соқтығысу санынан көбірек болады. Сөйтіп резеңке қабығының серпімділік күші газдың қысым күшіне теңелгенше, шар торсия береді. Бұдан шар қабығы керіліп, пішінделе түседі - Бұл газдың шар қабырғасына барлық бағытта бірдей қысым тусіретінін көрсетеді. Қысымның барлык бағытта бірдей болуы газдарға тңн қасиет және Бұл орасан көп молекулалардын ретсіз козғалысының нәтижесі болып табылады. Газ молекулалары ыдыс қабырғасына неғұрлым жиі соктығысса, газдың ыдыс кабырғасына түсіретін қысымы соғұрлым үлкен болатыны айқын.

Атмосфералық қысым - атмосфераның жер бетіне және ондағы заттарға түсіретін қысымы. Ол барометрмен, яғни сынап бағанасының биіктігімен (мм сын. бағ.), СИ жүйесінде паскальмен (Па), ал метеорол. ғылымында гектопаскальмен (гПа) немесе миллибармен (мб) өлшенеді. Теңіз деңгейінде атмосфералық қысым орташа алғанда 1013,25 гПа-ға (760 мм сын. бағ.) тең. Жоғарылаған сайын ауа тығыздығы кеміп, атмосфералық қысым азаяды. Жер бетіндегі қысыммен салыстырғанда 5 км биіктікте атмосфералық қысым 2 есе, 10 км биіктікте 4 есе, 15 км биіктікте 8 есе кемиді. Астана қаласының атмосфералық қысымы Алматыға қарағанда жоғары.^[1] Жер шарын коршап тұрған атмосфера өзінің салмақ күші арқылы жер бетіне қысым түсіреді, оны атмосфералық қысым деп атайды. Қазіргі кезде атмосфералық қысымды гектопаскальмен (гПа) көрсетеді. Қалыптағы атмосфералық қысым ретінде оның теңіз деңгейіндегі орташа көрсеткіші (1013 гПа) алынады. Қысымы бірдей нүктелерді қосатын сызықтарды изобаралар деп атайды. Атмосфералық қысымды металдан жасалған барометр — анероидпен өлшейді.

Атмосфералық қысым Жер шарының кез келген бөліктерінде үздіксіз өзгеріп отырады. Тропиктік белдеуде қысымның тәуліктік өзгерістері айқынырақ байқалады. Кейде тәулік ішінде қысым айырмашылығы 20—30 гПа-ға жетуі мүмкін. Атмосфералық қысымның жылдық өзгерістері материктердің орталық бөлігінде күштірек байқалады. Мәселен, Гоби шөлінде бұл көрсеткіш тіпті 40 гПа-ға жетеді, мұнда қысым максимумы қаңтарда, минимумы шілдеде байқалады. Материктер шетіндегі муссонды облыстарда және мұхиттардың жоғары ендіктерде жатқан бөліктерінде атмосфералық қысымның жылдық ауытқулары едәуір болады. Владивостокта бұл көрсеткіш 14 гПа, ал Мумбайда (Бомбей) 10 гПа шамасында (картадан бұл қалаларды тауып, географиялық орнының ерекшеліктерін атаңдар).

Атмосфералық қысым биіктікке қарай да өзгереді, бұл, ең алдымен, ауа температурасының биіктікке қарай таралуына байланысты. Мәселен, Еуропада қысымның орташа жылдық көрсеткіші теңіз деңгейінде 1014 гПа болса, 5 км биіктікте — 538 гПа, 10 км биіктікте — 262 гПа, ал 20 км биіктікте бар болғаны 56 гПа ғана. Жер шарының басқа аудандарында да атмосфералық қысымның биіктікке байланысты өзгерістері шамамен осындай болады.

Атмосфералық қысымның географияльщ таралуы өте күрделі сипат алады. Өйткені ол географиялық ендікке, құрлық пен мұхиттың арасалмағына, жергілікті физикалық-географиялық, жағдайға байланысты болады. Жалпы Жер шарында географиялық ендіктерге байланысты 3 темен қысым белдеуі және 4 жоғары қысым басым белдеу ажыратылатынын білесіңдер. Бірақ жеке материктер мен мұхиттар бойынша бұл белдеулердің жергілікті айырмашылықтары болады. Мәселен, қыс кезінде қоңыржай ендіктерде қалыптасатын максимумдардағы қысым Канада жерінде 1020 гПа болса, ал Азияда 1035 гПа-ға жетеді.

Қысымның географиялық ендіктер бойынша таралу заңдылығы материктер мен мұхиттардағы қысым айырмашылықтарының болуына байланысты бұзылады: жазда материктердің қоңыржай ендіктерінде де төмен қысым байқалады. Қысымы төмен аймақтарды қысымдың минимум немесе циклон деп атайды. Қысым жоғары болатын тұйық изобаралар жүйесін қысымның максимум немесе антициклін дейді (оларға мысал келтіріңдер).

Ауа массалары үнемі қозғалыста болатындықтан, қасиеттері әртүрлі ауа массалары шектескен аймақтарда өте кең алқапты қамтитын (ені 500—900 км, ұзындығы 2000—3000 км-ге дейін жететін) өтпелі зоналар — атмосфералық фронттар қалыптасады. Фронттар ауа массаларының қозғалу сипатына қарай жылы және суық фронтцеп бөлінеді, Жылы фронт кезінде жылы ауа салқын ауаны тез арада ығыстырып, жинақталған жылы ауа құйын тәрізді өрлеген ауа ағынын түзіп, циклондық әрекеттер күшейеді. Соның нәтижесінде бұлттылық күшейіп, жауын- шашын көбейеді. Жазда температура төмендеп, қыста керісінше жоғарылайды. Ал суық фронт кезінде салқын ауа жылдам қозғалатындықтан антициклондық жағдай қалыптасып, ауаның құйын тәрізді төмендеген ағыны түзіледі. Сондықтан суық фронт кезінде жауын-шашын біршама аз түседі.

Жалпы алғанда атмосфералық фронт өткен кезде ауа райы кенет өзгеріп: температура мен қысымның ауытқуы, жауын-шашын түсуі, желдің бағытының өзгеруі мен жылдамдығының күшеюі сияқты құбылыстар жиі байқалады. Ауа массалары арасындағы осындай фронттар жиынтығынан климаттық фронттар қалыптасады. Оларға арктикалық, полярлық және тропиктік фронттар мысал болады.

Атмосфералық қысымның биіктікке тәуелділігі –

Қысымды өлшейтін құралдар - монометр сұйықтық пен газ қысымын өлшеуге арналған прибор. Манометр қысым шамасын нөлден (вакуумнан) бастап есептелетін абсолюттік қысымды өлшейтін манометр және артық, яғни абсолют қысым мен атмосфералық қысым айырмасын өлшейтін манометр (абсолют қысым атмосфералық қысымнан артық болған жағдайда) және екі түрлі (атмосфералық қысымға тең емес) қысымның айырмасын (төмендеуін) өлшейтін дифманометр (дифференциалдық манометр) болып ажыратылады. Атмосфералық қысым барометрмен, нөлге жуық қысым вакуумметрмен өлшенеді. Манометр шкалалары әр түрлі бірліктерде (кгк/м² немесе кгк/см², бар, мм сынап бағаны, мм су бағаны, т.б.) градуирленген. Бірліктердің халықаралық жүйесінде (СИ) қысым бірлігіне паскаль (Па) алынған. Жұмыс істеу принципі мен сезімтал элементінің (алғашқы түрлендіргіштің) құралымына байланысты манометрлер сұйықтық, піспектік (поршенді), деформация немесе серіппелі (түтікті, мембраналық, сильфондық) болады. Сондай-ақ, көрсетуі тікелей саналатын немесе тіркелетін, жұмысы әр түрлі заттардың физикалық қасиеттерінің қысым әсерінен өзгеруін өлшеуге негізделген манометрлер де қолданылады. Әр түрлі технологиялық процестерді бақылау, автоматты реттеу және басқару жүйелерінде пневматикалық немесе электрлік шығу сигналдары үйлестірілген шкаласыз манометрлер пайдаланылады.^[1]

Қысымды өлшейтін құралдар - Барометр (гр. baros — ауырлық және metreo — өлшеймін) — атмосфералық қысымды өлшеуге арналған құрал. Ең көп таралғаны — сынапты барометрлер. Олар ыдыстарының пішініне қарай табақшалы (а), сифонды (ә) және сифонды-табақшалы (б) болып ажыратылады. Сынапты барометрдің жұмыс әрекеті атмосфералық қысымның барометрлік түтіктегі сынап бағанасы қысымымен теңгерілуіне негізделген. Барометрдің сезгіштігі — 1 Па. Атмосфералық қысымның өзгерісін жазу үшін барограф қолданылады.^[1]

Олардың жұмыс істеу принципі –

Сорғылар - Атмосфералық қысымның әрекетіне негізделген құрылғылардың біріне сорғылар жатады. Сорғылардың кейбір түрін пайдалану арқылы сұйықтар мен газдардың бағытталған қозғалысын тудыруға болады. Шприц көмегімен дәрі жіберу өздеріңе жақсы таныс.

1-сурет.

Шприц поршенін кері қарай тартқан кезде (1, а-сурет), цилиндр ішіндегі қысым кемиді де, атмосфералық қысым әсерінен дәрі оның ішіне енеді. Поршеньді басқан кезде, сұйық үлкен қысыммен тар саңылау арқылы ығсып шығады (1,ә-сурет).

Су сорғысы

2-сурет.

2-суретте көрсетілген су сорғысынын әрекеті де атмосфералық қысымның әрекетіне негізделген. Су сорғысы ішінде қабырғаларына кептеле жоғары және төмен қарай жылжи алатын поршені (2) бар цилиндрден (1) тұрады. Цилиндрдің төменгі бөлігіне және поршеньнің өзіне қақпақшалар (3) орнатылған. Поршень жоғары қарай козғалғанда, құдықтағы су атмосфералық қысымның әрекетінен құбыр (4) бойымен көтеріліп, төменгі қақпақшаны ашады да, су поршень астындағы цилиндрге енеді. Поршень төмен қарай козғалғанда, оның астындағы су төменгі қақпақшаны басып қысады, сонда бұл қақпақша жабылады. Судың түсіретін қысымының әрекетінен поршеньнің ішіндегі қақпақша ашылады да, су жоғары көтеріліп, шүмек (5) арқылы сыртқа құйылады. Сонымен қатар құбыр (4) бойымен жаңадан су көтеріліп, төменгі қақпақша арқылы поршень астына енеді. Поршень қайтадан төмен қарай козғалғанда, бұл су жоғары көтеріледі, осылай қайталана береді.

Ауа толтыруга арналған сорғылар

3-сурет.

4-сурет.

Сорғының тағы да бір кеңінен таралған түріне доп, велосипед немесе автокөлік камераларына ауа толтыруга арналған сорғылар жатады. 3-суретте допқа, велосипед камерасына ауа толтыруға арналған сорғы көрсетілген. Поршеньді (3) жоғары қарай тартқанда, ауа саңылау (2) арқылы сорғының корпусына (1) енеді. Поршеньді басқанда, саңылау жабылады да, ауа қысылып, нипель (4) арқылы камераға енеді (4-сурет). Нипель дегеніміз - екі жағы бұрандалы металл түтік. Ол резеңке түтіктің ұшына немесе допқа, доңғалаққа қақпақшасы бар резеңке түтікше арқылы жалғанады. Ауа сорғыдан қысыммен келген кезде түтікше созылып, оны камераға жібереді. Онда камера ішіндегі қысым сорғы цилиндріндегі қысымнан едәуір артады. Бұл кезде резеңке түтікше қақпақшаны жабады да, ауа түтік арқылы кері қарай өте алмайды. Сорғы цилиндрі ауамен қайтадан толтырылса, барлық процесс қайталануы мүмкін.