दबाव एक भौतिक मात्रा है जिसकी गणना निम्नानुसार की जाती है: दबाव बल को उस क्षेत्र से विभाजित करें जिस पर यह बल कार्य करता है। दबाव का बल वजन से निर्धारित होता है। कोई भी भौतिक वस्तु दबाव डालती है क्योंकि उसका कम से कम कुछ भार होता है। लेख गैसों में दबाव के बारे में विस्तार से चर्चा करेगा। उदाहरण बताएंगे कि यह किस पर निर्भर करता है और कैसे बदलता है।
ठोस, तरल और गैसीय पदार्थों के दबाव तंत्र में अंतर
तरल, ठोस और गैस में क्या अंतर है? पहले दो में वॉल्यूम है। ठोस शरीर अपना आकार बनाए रखते हैं। एक बर्तन में रखी गैस उसके पूरे स्थान पर कब्जा कर लेती है। यह इस तथ्य के कारण है कि गैस के अणु व्यावहारिक रूप से एक दूसरे के साथ बातचीत नहीं करते हैं। इसलिए, गैस के दबाव का तंत्र तरल और ठोस के दबाव के तंत्र से काफी अलग है।
चलो वेट टेबल पर रखते हैं। गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में, वजन टेबल के माध्यम से नीचे की ओर बढ़ता रहेगा, लेकिन ऐसा नहीं होता है। क्यों? क्योंकि टेबल के अणु से अणुओं के पास आ रहे हैंजिससे भार बनता है, उनके बीच की दूरी इतनी कम हो जाती है कि भार के कणों और मेज के बीच प्रतिकर्षण बल उत्पन्न हो जाते हैं। गैसों में स्थिति बिल्कुल अलग होती है।
वायुमंडलीय दबाव
गैसीय पदार्थों के दबाव पर विचार करने से पहले, आइए एक अवधारणा पेश करें जिसके बिना आगे स्पष्टीकरण असंभव है - वायुमंडलीय दबाव। यह वह प्रभाव है जो हमारे चारों ओर की हवा (वायुमंडल) पर पड़ता है। वायु हमें केवल भारहीन लगती है, वास्तव में इसका भार होता है, और इसे सिद्ध करने के लिए आइए एक प्रयोग करें।
हम हवा को कांच के बर्तन में तौलेंगे। यह गले में रबर की नली के जरिए वहां प्रवेश करती है। वैक्यूम पंप से हवा निकालें। आइए बिना हवा के फ्लास्क को तौलें, फिर नल खोलें, और जब हवा प्रवेश करेगी, तो इसका वजन फ्लास्क के वजन में जुड़ जाएगा।
पोत में दबाव
आइए जानें कि जहाजों की दीवारों पर गैसें कैसे कार्य करती हैं। गैस के अणु व्यावहारिक रूप से एक दूसरे के साथ बातचीत नहीं करते हैं, लेकिन वे एक दूसरे से बिखरते नहीं हैं। इसका मतलब है कि वे अभी भी पोत की दीवारों तक पहुंचते हैं, और फिर लौट आते हैं। जब कोई अणु दीवार से टकराता है, तो उसका प्रभाव बर्तन पर कुछ बल के साथ कार्य करता है। यह शक्ति अल्पकालिक है।
एक और उदाहरण। चलो एक गेंद को कार्डबोर्ड की शीट पर फेंकते हैं, गेंद उछलेगी, और कार्डबोर्ड थोड़ा विचलित होगा। आइए गेंद को रेत से बदलें। प्रभाव छोटे होंगे, हम उन्हें सुनेंगे भी नहीं, लेकिन उनकी शक्ति का निर्माण होगा। पत्रक लगातार खारिज कर दिया जाएगा।
अब सबसे छोटे कणों को लेते हैं, उदाहरण के लिए वायु के कण जो हमारे फेफड़ों में होते हैं। हम कार्डबोर्ड पर उड़ाते हैं, और यह विचलित हो जाएगा। हम जबरदस्ती करते हैंहवा के अणु कार्डबोर्ड से टकराते हैं, परिणामस्वरूप, उस पर एक बल कार्य करता है। यह शक्ति क्या है? यह दबाव का बल है।
आइए निष्कर्ष निकालते हैं: गैस का दबाव बर्तन की दीवारों पर गैस के अणुओं के प्रभाव के कारण होता है। दीवारों पर कार्य करने वाले सूक्ष्म बल जुड़ते हैं, और हमें वह मिलता है जिसे दबाव बल कहा जाता है। बल को क्षेत्रफल से विभाजित करने का परिणाम दबाव है।
प्रश्न उठता है कि हाथ में गत्ते की एक शीट लेने से वह विचलित क्यों नहीं होती? आखिर यह गैस में है, यानी हवा में। क्योंकि शीट के एक तरफ और दूसरी तरफ हवा के अणुओं का प्रभाव एक दूसरे को संतुलित करता है। कैसे जांचें कि हवा के अणु वास्तव में दीवार से टकराते हैं? यह एक तरफ अणुओं के प्रभाव को दूर करके किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, हवा को बाहर पंप करके।
प्रयोग
एक विशेष उपकरण है - एक वैक्यूम पंप। यह एक वैक्यूम प्लेट पर कांच का जार है। इसमें एक रबर गैसकेट है ताकि टोपी और प्लेट के बीच कोई अंतर न हो ताकि वे एक दूसरे से कसकर फिट हो जाएं। वैक्यूम यूनिट से एक मैनोमीटर जुड़ा होता है, जो हुड के बाहर और नीचे हवा के दबाव में अंतर को मापता है। नल पंप की ओर जाने वाली नली को हुड के नीचे की जगह से जोड़ने की अनुमति देता है।
थोड़ा फुला हुआ गुब्बारा टोपी के नीचे रखें। इस तथ्य के कारण कि यह थोड़ा फुलाया जाता है, गेंद के अंदर और बाहर अणुओं के प्रभाव की भरपाई की जाती है। हम गेंद को टोपी से ढकते हैं, वैक्यूम पंप चालू करते हैं, नल खोलते हैं। प्रेशर गेज पर हम देखेंगे कि अंदर और बाहर की हवा में अंतर बढ़ रहा है। एक गुब्बारे के बारे में क्या? यह आकार में बढ़ता है। दबाव, यानी अणुओं का प्रभावगेंद के बाहर, छोटा हो रहा है। गेंद के अंदर हवा के कण रहते हैं, बाहर और अंदर से झटके की क्षतिपूर्ति का उल्लंघन होता है। गेंद का आयतन इस तथ्य के कारण बढ़ता है कि बाहर से हवा के अणुओं का दबाव आंशिक रूप से रबर के लोचदार बल द्वारा लिया जाता है।
अब नल बंद करें, पंप बंद करें, नल फिर से खोलें, टोपी के नीचे हवा आने देने के लिए नली को डिस्कनेक्ट करें। गेंद आकार में सिकुड़ने लगेगी। जब कैप के बाहर और नीचे के दबाव का अंतर शून्य होता है, तो यह उसी आकार का होगा जैसा प्रयोग शुरू होने से पहले था। यह अनुभव साबित करता है कि आप अपनी आंखों से दबाव देख सकते हैं यदि यह एक तरफ से दूसरी तरफ से अधिक है, यानी अगर गैस को एक तरफ से हटाकर दूसरी तरफ छोड़ दिया जाए।
निष्कर्ष यह है: दबाव एक मात्रा है जो अणुओं के प्रभाव से निर्धारित होती है, लेकिन प्रभाव अधिक और कम असंख्य हो सकते हैं। पोत की दीवारों पर जितना अधिक प्रहार होगा, दबाव उतना ही अधिक होगा। इसके अलावा, बर्तन की दीवारों से टकराने वाले अणुओं की गति जितनी अधिक होगी, इस गैस द्वारा उत्पन्न दबाव उतना ही अधिक होगा।
मात्रा पर दबाव की निर्भरता
मान लें कि हमारे पास आंख का एक निश्चित द्रव्यमान है, यानी अणुओं की एक निश्चित संख्या है। जिन प्रयोगों पर हम विचार करेंगे, उनके दौरान यह मात्रा नहीं बदलती है। गैस एक पिस्टन के साथ एक सिलेंडर में है। पिस्टन को ऊपर और नीचे ले जाया जा सकता है। सिलेंडर का ऊपरी हिस्सा खुला है, हम उस पर एक लोचदार रबर की फिल्म लगाएंगे। गैस के कण बर्तन की दीवारों और फिल्म से टकराते हैं। जब अंदर और बाहर हवा का दबाव समान होता है, तो फिल्म सपाट होती है।
यदि आप पिस्टन को ऊपर ले जाते हैं,अणुओं की संख्या वही रहेगी, लेकिन उनके बीच की दूरी कम हो जाएगी। वे समान गति से चलेंगे, उनका द्रव्यमान नहीं बदलेगा। हालांकि, हिट की संख्या में वृद्धि होगी क्योंकि अणु को दीवार तक पहुंचने के लिए कम दूरी तय करनी पड़ती है। नतीजतन, दबाव बढ़ना चाहिए, और फिल्म को बाहर की ओर झुकना चाहिए। इसलिए, आयतन में कमी के साथ, गैस का दबाव बढ़ जाता है, लेकिन यह प्रदान किया जाता है कि गैस का द्रव्यमान और तापमान अपरिवर्तित रहता है।
यदि आप पिस्टन को नीचे ले जाते हैं, तो अणुओं के बीच की दूरी बढ़ जाएगी, जिसका अर्थ है कि उन्हें सिलेंडर की दीवारों तक पहुंचने में समय लगेगा और फिल्म भी बढ़ जाएगी। हिट दुर्लभ हो जाएंगे। सिलेंडर के अंदर की तुलना में बाहर की गैस का दबाव अधिक होता है। इसलिए फिल्म अंदर की ओर झुकेगी। निष्कर्ष: दाब वह मात्रा है जो आयतन पर निर्भर करती है।
तापमान पर दबाव की निर्भरता
मान लीजिए हमारे पास कम तापमान पर गैस वाला बर्तन है और उच्च तापमान पर समान मात्रा में समान गैस वाला बर्तन है। किसी भी तापमान पर, गैस का दबाव अणुओं के प्रभाव के कारण होता है। दोनों जहाजों में गैस के अणुओं की संख्या समान है। आयतन समान है, इसलिए अणुओं के बीच की दूरी समान रहती है।
तापमान बढ़ने पर कण तेजी से हिलने लगते हैं। नतीजतन, पोत की दीवारों पर उनके प्रभाव की संख्या और ताकत बढ़ जाती है।
निम्नलिखित प्रयोग इस कथन की सत्यता को सत्यापित करने में मदद करता है कि जैसे-जैसे गैस का तापमान बढ़ता है, उसका दबाव बढ़ता है।
लोबोतल, जिसकी गर्दन गुब्बारे से बंद होती है। इसे गर्म पानी के कंटेनर में रखें। हम देखेंगे कि गुब्बारा फुलाया गया है। यदि आप कंटेनर में पानी को ठंडा करने के लिए बदलते हैं और वहां एक बोतल रखते हैं, तो गुब्बारा ख़राब हो जाएगा और यहां तक कि अंदर खींच लिया जाएगा।
