Basınç ve Kaldırma Kuvveti-3: Gaz ve Akışkan Basıncı

Kapalı Kaplardaki Gaz Basıncı

Kapalı kaptaki gazlar, içinde bulundukları kabın yüzeylerine basınç uygular. Bu basınçi gaz moleküllerinin kabın iç yüzeylerine çarpmasından kaynaklanır.

Kapalı kaptaki gazın, kabın iç yüzeyinde her noktaya yaptığı basınç eşittir.

Kapalı kaplardaki gaz basıncı;

Sıcaklıkla doğru orantılı
Gaz moleküllerinin sayısı ile doğru orantılı
Gazın (kabın) hacmi ile ters orantılıdır.

Gazların basıncı; sıcaklık, hacim ve gaz miktarına bağlıdır. Bu niceliklerden herhangi ikisini karşılaştırmak için diğer iki nicelik sabit tutulmalıdır. Düzeneğin durumuna göre, sabit kalan değerleri bizim tespit etmemiz gerekebilir.

Kapalı kaplardaki gaz basıncı, manometrelerle ölçülür.
Aşağıdaki manometre düzeneğinde K kabındaki gazın basıncı, h yüksekliğindeki civa basıncı ile dengelenmiştir.

Civa basıncı cinsinden ölçülen basınçlarda civa özkütlesi yazılmadan "\(P_{gas}=h\)" cm-Hg şeklinde ifade edilir.

Dengede olan alttaki manometre düzeneğinde gaz basıncı, civa basıncı cinsinden \(P_{gas}=P_0-h\) bağıntısı ile bulunur.

Açık Hava (Atmosfer) Basıncı

Atmosfer ağırlığı ve moleküllerinin hareketinden dolayı temas ettikleri yüzeye basınç uygular. Buna atmosfer basıncı ya da açık hava basıncı denir.

Toriçelli Deneyi

Açık hava basıncının büyüklüğü, toriçelli tarafından ölçülmüştür. Bunun için yapılan deneyde bir tüp civa ile tamamen doldurulmuş, ters çevrilerek civa dolu başka bir kaba daldırılmış, ağzı açıldığında tüpteki civanın belirli bir kısmının dökülmediği gözlemlenmiştir.

Bu kısmın oluşturduğu sıvı basıncı, atmosfer basıncı ile dengelenmiştir. Sıvı basıncı hesaplanarak atmosfer basıncı bulunmuştur.

Deniz seviyesinde ve 0 derece celcius sıcaklıkta atmosfer basıncının büyüklüğü 1 atmosfer basıncı (atm) olarak adlandırılır. Bu ise 76cm yüksekliğindeki civanın basıncına eşittir.

Tüpteki civa basıncı; tüpün kesit alanına, şekline ve eğimine bağlı değildir. Bu basınç açık hava basıncına eşit olduğu için deney, değişik genişlik ve biçimdeki borularla tekrar edilse bile civa yüksekliği değişmez

Açık hava basıncı barometre ile ölçülür. Toriçelli deney düzenekleri, barometre düzeneği olarak bilinir.
Sıvı özkütlesi ile borudaki sıvı yüksekliği ters orantılıdır.
Deniz seviyesinden yukarılara çıkıldıkça açık hava basıncı azaldığı için sıvı yüksekliği de azalır. Çünkü hava molekülü azalır.

Borunun üst kısmında bir miktar gaz olursa aççık hava basıncı, cıva basıncı ile gazın basıncının toplamına eşit olur. Dolayısıyla civa yüksekliği 76cm'den az olur.

Toriçelli deneyinde borularda sıvıların durması, kılcakllık olayından farklı olarak, açık hava basıncının bu sıvıları dengelemesi ile sağlanır. Bununla birlikte borunun kesit alanının bu denge olayında önemi yoktur. Kılcallık ise kılcal borularda (kanallarda) geçrekleşir.

Batimetre: Denizlerin derinliğini basınç değişimi vasıtasıyla ölçmeye yarayan alettir.

Altimetre: Hava basıncından faydalanarak bir yerin deniz yüzeyine göre yüksekliğini ölçen özel bir barometredir.

Gaz Basıncının Günlük Hayat ve Teknolojideki Yeri

Hareketli Akışkanların Basıncı

Ucu sıkılan hortumdan suyun hızlı akmasında olduğu gibi akan bir sıvının ve gazın kesit alanının küçüldüğü yerde akış hızı artar.

Şekilde sıvının \(A_1\) kesitindeki hızı \(v_1\), \(A_2\) kesitindeki hızı ise \(v_2\) olsun. Bir \(\Delta t\) zamanı sonunda \(A_1\) kesitinden geçen sıvı hacmi ile \(A_2\) kesitinden geçen sıvı hacmi aynı olur.

Bu durumda

\(A_1.v_1.t=A_2.v_2.t\) dir.
\(A_1>A_2\) olduğu için, \(v_1 dir.

Sıvı ne kadar hızlı ve hareket halinde ise uyguladığı basınç o kadar azdır. Akışkanların hızının arttığı yerde basıncı azalır. Buna Bernoulli ilkesi denir.

Sıvının hızının arttığı yerde borunun iç yüzeyine uyguladığı basınç azalır. \(v_1 olduğundan dolayı düşey borulardaki sıvı yükseklikleri arasındaki ilişki \(h_2 dir.

Fırtına gibi kuvvetli rüzgar esnasında evlerin çatılarının uçması Bernoulli ilkesi ile açıklanır. Çatının üzerinden geçen hava kesit alanını azaltarak hızını artırır ve basıncı düşer. Meydana gelen basınç farkı çatıyı yıkarı doğru iterek uçmasına sebep olur.

Otoyollarda zıt yönde hızla hareket eden araçlar yan yana geldiğinde araçların arasında hava akımı oluşur. Hava akımının oluştuğu bu bölgede (araçlar arasında) basınç azalır. Araçların diğer yanlarındaki basınç araçların arasındaki basınçtan daha büyük olduğu için araçları birbirine doğru iten bir kuvvet oluşur.

Fabrika bacalarının yüksek ve yukarıya doğru kesitinin azalacak biçimde yapılması, üstteki havayı hızlandırmak suretiyle basıncını düşürüp, alttaki durgun havanın onu dışarıya doğru itmesini sağlamak içindir.

Basıncın Hal Değişimine Etkisi

Rüzgarlı havada çamaşırların daha çabuk kurumasının nedeni, akışkanların hızının arttığı yerde basıncının düşmesi ve buna bağlı olarak da buharlaşmanın kolaylaşmasıdır.

Akışkan Basıncının ve Basıncın Hal Değişime Etkisinin Günlük Hayattaki ve Teknolojideki Yeri

Balon gibi esnek zar yapılarında iç basınç dış basınca eşit olmalıdır. Aksi halde balon büyür veya küçülür.

Bu sorudan emin olamadım: