Açık Hava Basıncı Konu Anlatımı

Açık Hava Basıncı

Dünya'yı çevreleyen atmosfer; azot, oksijen ve diğer gazlardan oluşan bir gaz tabakasıdır. Atmosferi oluşturan gazların kütlesi ve dolayısıyla ağırlığı vardır. Gaz tanecikleri sürekli hareket eder ve temas ettikleri yüzeylerle çarpışır. Bu nedenle atmosfer, temas ettiği yüzeylere basınç uygular.

Gazların Basınç Oluşturması

Gaz tanecikleri arasındaki boşluk sıvılara göre daha fazladır. Gazlar sıkıştırılabilir yapıdadır ve bulundukları kabı doldurur. Atmosfer gazları hem ağırlıkları hem de taneciklerinin yüzeylere çarpması nedeniyle basınç oluşturur.

Açık hava basıncı sıvı basıncıyla bazı benzerlikler gösterse de gazların sıkıştırılabilir olması nedeniyle atmosferde yoğunluk yükseklikle değişir.

Yüksekliğin Açık Hava Basıncına Etkisi

Atmosferin üst kısımlarında hava yoğunluğu daha azdır. Deniz seviyesinden yukarı çıkıldıkça üzerimizde bulunan hava katmanının miktarı ve ağırlığı azalır. Bunun sonucunda açık hava basıncı da azalır.

Sıvılarda derinlik arttıkça üzerimizdeki sıvı miktarı artar ve basınç yükselir. Atmosferde ise yukarı çıkıldıkça üstümüzdeki hava miktarı azalır ve açık hava basıncı düşer.

Torricelli Deneyi

Evangelista Torricelli açık hava basıncını ölçmek için deniz seviyesinde bir deney gerçekleştirmiştir. Deneyde:

1. Bir ucu kapalı yaklaşık 1 m uzunluğundaki cam boru tamamen cıva ile doldurulur.
2. Boru, içine hava girmeyecek şekilde ters çevrilir.
3. Cıva dolu bir kaba daldırılır.
4. Borudaki cıva seviyesi önce bir miktar düşer, sonra dengelenir.
5. Kaptaki cıva yüzeyi ile borudaki cıva sütununun üst seviyesi arasındaki düşey fark 76 cm olur.

0 °C sıcaklıkta ve deniz seviyesinde:

P0 = 76 cmHg

olarak ölçülür.

Torricelli Deneyinde Basınç Dengesi

Denge durumunda:

P0 = Pcıva

Cıva sütununun basıncı:

P0 = h·d·g

bağıntısıyla hesaplanır.

Burada:

• h: cıva sütununun düşey yüksekliği
• d: cıvanın yoğunluğu
• g: yer çekimi ivmesinin büyüklüğü

Cıvanın yoğunluğu 13.600 kg/m³, h = 0,76 m ve g = 9,8 m/s² alındığında:

P0 ≈ 101.300 Pa

bulunur. Bu basınca 1 atmosfer denir.

1 atm = 76 cmHg = 1,013×10^5 Pa

Borunun Şekli ve Kesiti

0 °C'de deniz seviyesinde yapılan Torricelli deneyinde borunun:

• Şekli
• Kesiti
• Cıva içindeki konumu
• Duruşu

cıva sütununun düşey yüksekliğini değiştirmez. Denge için önemli olan cıva sütununun düşey yüksekliğinin oluşturduğu basınçtır.

Sıcaklığın Açık Hava Basıncına Etkisi

Sıcaklık arttığında hava molekülleri daha hızlı hareket eder ve birbirinden uzaklaşır. Hava genleşir, yoğunluğu azalır ve daha hafif hâle gelir. Yoğunluğu azalan hava yükselir ve alçak basınç bölgeleri oluşur.

Sıcaklık azaldığında moleküller yavaşlar ve birbirine yaklaşır. Hava yoğunluğu artar. Yoğunlaşan soğuk hava aşağı doğru hareket eder ve yüksek basınç alanları oluşturur.

Hava Yoğunluğunun Etkisi

Hava yoğunluğu birim hacimdeki hava kütlesini ifade eder. Dünya yüzeyine yakın bölgelerde hava yoğunluğu daha fazladır.

Yoğunluk;

• sıcaklık,
• nem,
• atmosferi oluşturan gazların tür ve oranları

gibi etmenlere bağlı olarak değişebilir.

Soğuk veya kuru hava daha yoğun hâle gelip aşağı hareket ederek yüksek basınç oluşturabilir. Isınan veya nemlenen havanın yoğunluğu azalır; hava yükselir ve alçak basınç alanları oluşabilir.

Bu basınç değişimleri atmosferdeki hareketleri tetikleyerek rüzgâr, yağış ve fırtına gibi olayların oluşmasında etkili olabilir.

Atmosferin Kompozisyonu

Atmosfer kompozisyonu, atmosferi oluşturan gazların, parçacıkların ve diğer bileşenlerin türleri ile oranlarını ifade eder. Bu bileşim havanın yoğunluğunu etkileyebildiği için açık hava basıncının değişmesinde de rol oynar.

Magdeburg Yarım Küreleri

Otto von Guericke'nin Magdeburg deneyinde iki metal yarım küre birleştirilmiş ve içlerindeki hava vakum pompasıyla boşaltılmıştır. Daha sonra yarım küreler zıt yönlerde çekilmesine rağmen kolayca ayrılamamıştır.

Bunun nedeni içerideki basıncın çok azalması, dışarıdaki atmosfer basıncının ise yarım kürelere güçlü bir kuvvet uygulamaya devam etmesidir. Deney, açık hava basıncının önemli bir kuvvet etkisi oluşturabileceğini gösterir.

Pipetin Çalışma İlkesi

Pipetle içecek içerken pipet içindeki hava basıncı azaltılır. Bardaktaki sıvının açık yüzeyine etki eden atmosfer basıncı, sıvıyı daha düşük basınçlı pipet bölgesine doğru iter. Böylece sıvı pipet içinde yükselir.

Sık Karıştırılan Noktalar

• Açık hava basıncı P0 ile gösterilir.
• Atmosfer gazları ağırlıkları ve tanecik çarpışmalarıyla basınç uygular.
• Yükseklik arttıkça açık hava basıncı azalır.
• Torricelli deneyinde deniz seviyesinde cıva yüksekliği 76 cm'dir.
• P0 = Pcıva = h·d·g bağıntısı kullanılır.
• Borunun şekli ve kesiti cıvanın düşey yüksekliğini değiştirmez.
• Isınan hava yükselip alçak basınç, soğuyan hava çökelip yüksek basınç oluşturabilir.
• 1 atm = 76 cmHg = 1,013×10^5 Pa.

Soru Çözerken Kullanılabilecek Yaklaşım

1. Soruda yükseklik değişimi olup olmadığını belirle.
2. Torricelli sorularında P0 = h·d·g bağıntısını kullan.
3. cm cinsinden yüksekliği metreye dönüştür.
4. Boru şekli veya kesiti verilmişse düşey yüksekliğin esas olduğunu unutma.
5. Sıcaklık artışında havanın genleşip yoğunluğunun azaldığını hatırla.
6. Soğuk ve yoğun havanın yüksek basınç oluşturabileceğini kullan.
7. Barometrede cıva yüksekliği artıyorsa açık hava basıncının arttığını, azalıyorsa düştüğünü yorumla.

Konu Özeti

Açık hava basıncı atmosfer gazlarının ağırlığı ve tanecik çarpışmaları nedeniyle oluşur. Yükseklik arttıkça hava yoğunluğu ve atmosfer basıncı azalır. Torricelli, açık hava basıncını cıvalı barometreyle ölçmüş ve 0 °C'de deniz seviyesinde 76 cmHg değerini bulmuştur. Bu değer 1 atm veya yaklaşık 1,013×10^5 Pa'dır. Açık hava basıncı sıcaklık, hava yoğunluğu, nem ve atmosfer kompozisyonu gibi etmenlere bağlı olarak değişebilir.

Konuyu Bitirdiğinde Bunları Yapabiliyor Olmalısın

• Açık hava basıncını tanımlayabilmelisin.
• Yüksekliğin açık hava basıncına etkisini açıklayabilmelisin.
• Torricelli deneyinin aşamalarını ve sonucunu açıklayabilmelisin.
• 1 atm, 76 cmHg ve pascal arasındaki ilişkiyi bilmelisin.
• P0 = h·d·g bağıntısını kullanabilmelisin.
• Sıcaklık ve hava yoğunluğunun açık hava basıncına etkisini açıklayabilmelisin.
• Magdeburg ve pipet örneklerini açık hava basıncıyla ilişkilendirebilmelisin.