Gondoljátok végig, vegyétek elő az emlékeiteket, bizonyára tapasztaltátok, hogy a melegítés, hűtés hatására az anyag több tulajdonsága is megváltozik. Láttátok, hogy melegítés és hűtés hatására is halmazállapotváltozás következhet be, szétfolyik az anyag, hígabb lesz, estleg a színét is változtatja. Illetve fordítva éppen megszilárdul. Képzeljétek el, az anyag elektromos, mágneses  állapota is változhat ilyenkor.

A múltkori leckében már írtam: A fizika a hőjelenségeket osztályokba sorolja. Ezek a fajták:

• Hőterjedés
• Hőtágulás
• Halmazállapot változás

A hőterjedéssel megismerkedtünk, hőtágulással idén nem foglalkozunk. Most jöjjön a halmazállapot változás! Feltételezem, hogy a halmazállapotokat annyira ismeritek, hogy a fő jellemző tulajdonságaikat el tudjátok mondani! Aki nem, az majd a 79. oldalon kezdődő leckében egy beszédes ábrán fogja meglátni. Mindenképpen meg kell majd néznetek, mert ugye ezekről beszélünk itt!!! 

Ne ijedjetek meg, azért veszek egyszerre két leckét, mert a könyv szövege nagyon olvasmányos és a lényege ebben az egy posztban összefoglalható! Tehát először olvassátok át a "3. Olvadás, fagyás" és az "5. A forrás, lecsapódás" leckéket, utána térjetek ide vissza a bloghoz.

Halmazállapot változás:

Ez az ábra a múltkori posztban is volt már. Gondolom, az egyes folyamatok neve még mindig ismerős. Itt az ábrán tehát az egyes halmazállapotok átalakulásának nevét olvashatjátok le rendezett struktúrában. Ezt a képet érdemes valahogy memorizálnotok.

Talán a szublimációról ti nem hallottatok. Tavaly a hetedikesek már tanultak róla kémiában. Ez, amint látod, a szilárd anyag átmenet nélküli légneművé válását jelenti. Szublimál pl. a jód vagy a kámfor. Lehet, hogy ez a kámforrá vált népies mondás eredete? A koncerteken a szárazjég is a szublimáció miatt tűnik el teljesen nyomtalanul, nem nedvesítve semmit.
A szublimációnak nincs 'ellentettje' (mint az olvadás-fagyás páros). No ennyi elég is erről.

OLVADÁS, FAGYÁS

A tankönyv 69. oldalán el kell olvasnotok a 2 kísérletet.

A vastag betűs részt meg kell jegyeznetek, ezt kívánja a jómodor. :) Ha korábban az ilyen segített, akkor ezt a két fogalmat írd le két kis kártyára.

DEFINÍCIÓ: 1/ Olvadásnak nevezzük azt a halmazállapot-változást, amely során egy szilárd anyagból folyékony anyag lesz.
2/ Azt a hőmérsékletet, amelyen a szilárd anyag megolvad, olvadáspontnak nevezzük.

Most pedig lapozz a 70. oldalra! Ott látod az olvadáspontokat tartalmazó listát. Lám-lám, ott a végén a víz az ismert 0-val. A lista fejléce szerint egy adott sorban ott az anyag, pl. az acél és mellette az olvadáspontja °C-ban mérve 1500. Az olvadáshővel most ne foglalkozzunk, csak jegyezzétek meg, hogy itt van a listában és a lista alatt magyarázat is van hozzá. Visszatérünk majd rá.

A lista mellett bal oldalra kicsit bővebben van leírva, hogy értelmezd pl. az oxigén -219 °C olvadáspontját. Az alatta levő ábrára az olvadáshővel együtt fogok majd visszatérni.

A fagyás és az olvadás ugyanazon a hőmérsékleten megy végbe, nagyon remélem, hogy ezt tudjátok. A felső ábrából is világos, ha egyszer ezek fordított folyamatok. Tehát kézenfekvő, hogy a két újabb definíció (esetleg a kártyátok) az első kettőhöz kísértetiesen hasonlítani fog. 

DEFINÍCIÓ: 3/ Fagyásnak nevezzük azt a halmazállapot-változást, amely során egy folyékony anyagból  szilárd anyag lesz.
4/ Azt a hőmérsékletet, amelyen a folyékony anyag megfagy, fagyáspontnak nevezzük.

A természetben igen sok kivételesen viselkedő anyag van, sajnos itt is találkozhatunk ilyennel. Egyik pont a csoki. Ezek után ne egyél több csokit!

A 70. oldalon levő listát átmásolhatnánk ide, csak a fejlécet kellene módosítani. Vagyis pl. a folyékony acél 1500 fokon "fagy" meg. Ha pedig az alkoholt lehűtik, ahelyett, hogy elkortyolnák, akkor -112 fokon válna szilárddá.

A víz fagyása bekezdést a 71. oldal alján ugord át - nyugodt szívvel. De ha penge vagy, akkor olvasd el, szigorúan a következő oldalon levő "Gondolkozz!" bekezdéssel együtt.

Most térjél rá az "Összefoglalás"-ra, ahonnan az utolsó sor kivételével meg kéne tanulnod, memorizálnod kellene a mondatokat. Van, akinél ez 5 kártya legyártását jelenti.

FORRÁS, LECSAPÓDÁS

Az előzőhöz tök hasonló a forrás és a lecsapódás is. Én ezt a szöveget most COPY-PASTE-tel és némi apró módosítással írom ide. Hoppá. Ez azt jelenti, ha az előző anyagrészt sikerült magatokévá tenni, akkor ez már lepkefing lesz. Lássuk:

A tankönyv 76. oldalán ezek után el kell olvasnotok a 2 kísérletet.

A vastag betűs részt meg kell jegyeznetek, ezt kívánja a jómodor. :) Ha korábban az ilyen segített, akkor ezt a két fogalmat írd le két kis kártyára.

DEFINÍCIÓ: 5/ Forrásnak nevezzük azt a halmazállapot-változást, amely során egy folyadékból légnemű anyag = gőz lesz. Itt egy lényeges kiegészítést kell hozzátenned: Ez a gőz nem csak a felszínen, hanem a belsejében is képződik.
6/ Azt a hőmérsékletet, amelyen az anyag forr, forráspontnak nevezzük.

A kiegészítést a "4. Párolgás" leckében magyarázom meg, most elég bemagolnod, ott majd értelmet is nyer. A legelső ábránkban látni is, hogy a forrás felett ott a párolgás felirat. Menj csak vissza!

Most pedig nézd meg a forráspontokat tartalmazó listát. Lám-lám, ott a végén a víz az ismert 100-zal. A lista fejléce szerint egy adott sorban ott az anyag, pl. az alkohol és mellette a forráspontja °C-ban mérve 78. A forráshővel most ne foglalkozzunk, csak jegyezzétek meg, hogy itt van a listában - magyarázat nélkül. Visszatérünk majd erre is.

A lista mellett a túlhevített folyadékról a veszélyessége miatt olvassatok, nem fogok róla kérdezni.

A 2. és 3. kísérlet szerint a forráspont függ a nyomás értékétől. Ezt ti a főzés közben láthatjátok, amikor otthon pl. kuktában készül az étel. Jópofa dolog tudni, hogy az első kuktaedény már 1679-ben elkészült. Tehát a nyagyobb nyomás alatt levő kuktafazékban 100 °C-nál forr a víz. Ennek magyarázatát majd középiskolában fogjátok megkapni. Most egyszerűen érdemes észben tartani ezt a tényt. 

A forrás és a lecsapódás ugyanazon a hőmérsékleten megy végbe, nagyon remélem, hogy ezt tudjátok. A felső ábrából is világos, ha egyszer ezek fordított folyamatok. Tehát kézenfekvő, hogy a két újabb definíció (esetleg a kártyátok) a korábbi kettőhöz (5 és 6) kísértetiesen hasonlítani fog.

DEFINÍCIÓ: 7/ Lecsapódásnak nevezzük azt a halmazállapot-változást, amely során egy légnemű anyagból folyékony anyag lesz.
8/ A lecsapódási hőmérséklet nem köthető egy konkrét értékhez!

A tankönyv a 77. oldal alján olvashattok az anyag energiájáról. Ezt most ugorjátok át! A 4. kísérlet valószínűleg ismerős és veled is ugyanez történik.

Most térjél rá az "Összefoglalás"-ra, ahonnan megint az utolsó sor kivételével meg kéne tanulnod, memorizálnod kellene a mondatokat. Van, akinél ez 6 kártya legyártását jelenti.

A hőterjedés leckével (a 66. oldalon) kapcsolatban elég lesz a három szót megjegyezni, a tartalmát úgyis kifejezi a közbeszédben is alkalmazott értelme.
- hővezetés
- hőáramlás
- hősugárzás
Ezek a hőterjedés fajtái. Ezeket mindjárt körülírom. Olvassátok el a könyvet, elég olvasmányos. Kötelező volna a tankönyvből megjegyeznetek
- azokat a mondatokat, amelyekben vastagbetűs szó van és
- az összefoglalást.

• Hővezetés
  az állapotváltozás (a melegedés vagy hűlés) a szilárd testben részecskéről részecskére terjed – tehát a részecskék helyben maradnak. Legnyilvánvalóbb hővezetés az, amikor a forró levesbe tett kanál levesből kilógó végét megfogva ’megégeted’ a kezed.
• Hőáramlás
  itt a részecskék elmozdulása közvetítésével változik a hőmérséklet – ezt megfigyelhetitek a tea melegítésekor.
• Hősugárzás
  az egyik anyag hőmérséklete közvetlen érintkezés nélkül befolyásolja a másik anyag hőmérsékletét – ilyen a konyhában az elektromos hősugárzó.

Ha itt a hő terjedésével foglalkozunk, akkor még az lehet érdekes, hogy ez milyen gyorsan történik és az egyes anyagoknál ez egyenlő vagy különbözik - szakszóval: függ-e az anyagi minőségtől. Most szerencsétekre nem megyünk bele a részletekbe, csak azt a különbséget kell tenni, hogy egy anyag hőszigetelő vagy hővezető. A tankönyvi lecke legelső mondata és a hungarocellről mesél, ami hőszigetelő és ugyanígy hőszigetelő a lábosok füle. Hiszen a forrásban levő kajával teli lábost is megfoghatjátok a fülénél fogva.
Hővezetőnek kell lennie a napkollektor, napelem anyagának vagy a hőmérőben levő folyadéknak. 

Ezen kívül még előkészítem a többi leckét ezzel a strukturált, jól áttekinthető ábrával.

Halmazállapot változás:

Itt egy ábra többet mond ezer szónál. Gondolom, az egyes folyamatok neve ismerős. Itt az ábrán az egyes halmazállapotok átalakulásának nevét olvashatod le rendezett struktúrában.

A fagyás és az olvadás ugyanazon a hőmérsékleten megy végbe. Hasonlóképpen a forrás és a lecsapódás is. Ezekre a hőfokokra az jellemző, hogy ezeken a fix hőmérsékleteken az anyag több ideig ’tartózkodik’ a melegítés, hűtés közben, mint más hőfokokon.

Ennek a leckének roppant rövid a lényege. Ha egyszer elolvasod a tankönyvet, már meg is értetted, mit akart a tankönyvíró veled közölni.

1/ Tényleg érdekes, hogy a hőmérséklettel kapcsolatban nem úgy kezdődik a történet, hogy: "Már a régi görögök is ..." A számotokra a csillagászatból és a dinamikából ismert Galilei készített először olyan eszközt, ami a hőmérséklet számszerű meghatározására - mérésére - alkalmas volt. Kb. száz év múlva, a XVIII. század elején Fahrenheit hozott létre egy borszesszel mérő, más hőmérővel összehasonlítható hőmérő eszközt és hozzá az ő hőmérsékleti skáláját, a Fahrenheit skálát.
Majd újabb kb. hraminc év múlva pedig Celsius létrehozta a tudományos megalapozottságú hőmérő eszközt és hozzá a Celsius hőmérsékleti skálát. Ezen kívül még sok skála van. Az SI mértékegység rendszerbe a Celsius skálát válaszották be. Legfőbb előnye a víz fagyáspontjához rögzített 0 °C és a víz forráspontjához rögzített 100 °C alkalmazása és a köztük levő skála 100 részre osztása.
A harmadik skála, amit már egyszer említettem, a Kelvin skála.

Ha érdekel, megnézheted a tankönyv 65. oldalán jobb felül, hogy milyen viszonyban vannak ezek a skálát. Ha nem költözöl az USA-ba, akkor igazán nem érdekes, hogy át tudd számolni a °C-t °F-re és viszont. Ha igen, akkor ott úgyis megtanulod. Elég tudni róluk.

Tehát a hőmérséklet SI mértékegysége a °C, jele a T. No de mi is a hőmérséklet? Egyelőre elég annyi, hogy a testek, anyagok állapotát kifejező fizikai mennyiség. A hőmérséklet mérése azon alapszik, hogy a folyadékok térfogata melegítés (tűz, napfény, dörzsölés, ...) hatására kitágul és hűtés hatására összehúzódik. 

Nézzük csak a Celsius skála alappontjait. Azt mondtam, hogy ezek a víz fagyás- és forráspontja. Akkor ehhez pontosan, a fizikában megszokott módon meg kell mondani, mi is ez. Minden alkalommal, minden körülmények között ugyanaz és reprodukálható (=megismételhető) legyen.

Azt a hőmérsékletet, amelyen normál körülmények között a vízből jég keletkezik, 0 °C-nak definiáljuk és ez a Celsius skála alappontja, a víz fagyáspontja. Általában a fagyáspont egybeesik az olvadásponttal. Azért általában, mert ritka kivétel azért van - világos, hogy nem a víz esetében.

Azt a hőmérsékletet, amelyen normál körülmények között a vízből gőz keletkezik, 100 °C-nak definiáljuk és ez a Celsius skála másik alappontja, a víz forráspontja. Általában a forráspont egybeesik az lecsapódási ponttal. Azért általában, mert ritka kivétel itt is van.

Még egyet hadd fejtsek ki bővebben. A hőmérő mindig a benne levő folyadék hőmérsékletét mutatja! Miért húzom ezt alá? Mert gondolj pici gyerekkorodra, a hőmérőt lerázták a szüleid, majd kb. 10 percet vártál a hónod alatt ezzel a hőmérővel, amíg az végre a testhőmérsékletedet mutatta. Hoppá. Tehát kellett egy kis idő, amíg a hőmérő folyadéka átvette a tested hő tulajdonságát. Ugyanez a hőmérő egy percig még a lerázott állapotát mutatta, utána kezdett emelkedni és 10 perc múlva egyenlítődött ki a tested és a folyadék hőállapota.

Vagyis a tested és a hőmérő kölcsönösen átadták egymásnak a hőállapotukat. Ezt hívjuk termikus kölcsönhatásnak. Termo a szóösszetételekben hőt, hővel kapcsolatosat jelent. A termikus kölcsönhatás hőátadást jelent.

Ez a hőátadás háromféle módon történhet. A következő poszt fog erről szólni.

Ma már több a folyadékos, hőtágulásos eszköztől különböző elven működő hőmérő létezik. Egyik ilyen a koronavírus kimutatásánál használt hőkamerás mérőműszer.

Ahogy szoktam, felteszem ide a tankönyv oldalának fényképét. Ez tartalmazza a tényleg szükséges tudnivalókat.

Egy pontra azonban itt felhívom a figyelmedet: a baloldalt alul levő 'úszás, lebegés, elmerülés' táblázatban van egy pontatlanság. Ha végiggondolod a táblázat tartalmát remélem, feltűnik, hogy a <, =, > relációk közül egy látszólag nem logikus. Az ÚSZIK alá az erőknél = jel van, nem pedig a < jel.

Ez a következetlenség azonban jogos ÉS kiegészítésre is szorul. Amíg az Fg gravitációs erő a test egészére vonatkozik, addig az Ff felhajtóerő csak a test vízbemerülő részére! A testnek csak a folyadékba merülő része szorít ki folyadékot, a többi nem. Ezeknek viszont egyenlőnek kell lenni, mert a test a folyadék felszínén egyensúlyban van. Tehát a lefelé ható gravitációs (súly-) erővel a felfelé (csak a bemerülő részre) ható felhajtóerő egyensúlyt tart.

Ebből az is következik, hogy ez alapján ki tudod számítani, az úszó test hányad része kerül a folyadékfelszín alá, Nem húzom az idődet a számítással, csak egy megjegyzésre érdemes adatot említek. A jég sűrűsége 90%-a a vízének és a jéghegy 90%-a van a víz felszíne alatt. (Ezért kerülik nagyon az Északi és Déli sarkok közelben hajózók a jéghegyeket.

Végül ajánlom, hogy olvad el figyelmesen a tankönyv 57. oldal tetején levő példát. Tanulságos.

Ennek a leckének a lényege a tankönyv 61. oldalán az összefoglalás.

Egy test a folyadékban

F_g = gravitációs erő, súlyerő,      F_f = felhajtóerő

Látod tehát, hogy az úszás feltétele, hogy az úszó test sűrűsége kisebb legyen a folyadék sűrűségénél. Ez elég kézenfekvő. Hiszen ekkor a test súlya kisebb az általa kiszorított folyadék súlyánál. A lebegésnél az előbbi súlyok egyenlők, míg az elmerülésnél a test súlya nagyobb a kiszorított folyadék súlyánál.

No de miért látod az úszás alatt az egyenlőségjelet? Newton I. törvénye miatt. A test mindaddig nyugalomban van (vagy egyenes vonalú egyenletes mozgást végez - de ez itt most nem játszik) amíg valamilyen erő mozgásállapotát meg nem változtatja.
Vagyis ha a felhajtóerő nagyobb lenne a súlyerőnél, akkor a test - pl. a hajó - felfelé kilőne a vízből! De a víz felszínén nyugalomban van!!! Tehát a rá ható két erő éppen kiegyensúlyozza egymást.
Remélem, nem zavarlak meg, ha leírom: A pontos megállapítás az, hogy a hajó annyi vizet szorít ki, tehát addig merül csak a folyadékba, ameddig a kiszorított víz súlya és a hajó súlya meg nem egyezik. Ha pl. beleteszel a hajóba még súlyt, akkor lejjebb merül. Pont annyival, amennyivel a kiszorított víz súlya is nagyobb lesz. Pl. 1000 N súlyt a hajóba rakva annyival süllyed ez a hajó, hogy újabb 1000 N súlyú vizet szorítson ki.
Vedd figyelembe, hogy ez a 100 kg tömeg a hajó átlagsűrűségét is növelte.

A lebegés azt jelenti, hogy a felszín alatt bárhol egyensúlyi helyzetben van a test, érthető a két erő egyenlőségét kifejező feltétel.

A merülésnél pedig megint kézenfekvő, hogy ha a felhajtóerő nem tudja kiegyensúlyozni a súlyt,
akkor az (F_g - F_f) > 0, tehát lefelé mozog a test a folyadékban.

1/ az úszásnál az F_g = F_f feltételt még a következőkkel is magyarázhatod: Ha a vízbe nyomott fadarabot elengeded, akkor az felemelkedik a vízben, mert a rá ható felhajtőerő nagyobb, mint a gravitációs erő. Az emelkedés addig tart, ameddig a felhajtóerő egyenlő nem lesz a gravitációs erővel. Teljes terjedelmével pedig nem emelkeghet ki, mert akkor már nem lenne felhajtóerő!!!

2/ A gáznál, például a levegőben a léghajó éppen az előbbi gondolatmenet értelmében emelkedik és emelkedik. Merthogy a  felhajtóerő nagyobb a súlyerőnél. Azután eljut a léghajó a ritkább légrétegbe, ahol a felhajtóerő (a kiszorított levegő súlya) a kisebb sűrűsége miatt csökken. Egészen addig, amíg a kettő ki nem egyenlítődik. Itt kezdődik azután a léghajó lebegése.

Elérkeztünk az egyik legismertebb fizikai törvényhez, amelyet szüleid korosztályából és az idősebbek közül is sokan tudnak sok-sok év után is idézni - sőt énekelni.

Emlékezzetek, az órán elvégeztük azt a kísérletsorozatot a tankönyv 55-56. oldaláról, amely a törvényt igazolja. Felakasztottatok egy rugós erőmérőre az üres hengert és a rá akasztott tömör rézhengert. Azért hívják ezt a két hengert Arkhimédészi hengerpárnak, mert a tömör rézhenger pontosan akkora, hogy maradéktalanul és hézagmentesen beleférjen az üres hengerbe. Az erőmérő 1 N súlyt mutatott. Tehát Fr = 1 N és természetes az is, hogy Fg = 1 N. Ezután megemeltétek a hengerpárt, tehát a fizikaórai emelőerőt alkalmaztátok. Az emelés  hatására az erőmérő 0,6 N-t mutatott. Ezek szerint a "felhajtóerő" Ff = 0,4 N, ami természetesen az izomerőtöket jelenti. A rugóerő Fr = 0,6 N és a súlyerő változatlanul 1 N. Teljesen bemerítettétek a tömör rézhengert a vízbe. Csodák csodája az az erőmérő, amely az előbb 1 N-t, most 0,7 N-t mutatott. Tehát ugyanaz a szituáció, azzal különbséggel, hogy nem az izomból, hanem a vízből származik az emelőerő. A víz 0,3 N-nal (1-0,7) csökkenti a rugóerőt. Figyelem, a gravitációs erő, vagyis a súlyerő változatlanul 1N!

No ezek után vizet töltöttetek a víz felett lógó üres hengerbe. A tömör rézhenger továbbra is vízben volt. Az előbbi egyensúlyi helyzet visszaállt, a rugóerő megint 1 N.
Levontuk - jogosan - a tanulságot, hogy a rézhengerre ható felhajtóerő egyenlő nagyságú az üres hengerbe öntött víz súlyával, vagyis a rézhenger által KISZORÍTOTT VÍZ súlyával.

Elvégezhetnétek az előbbieket olajjal is, minden az előbbihez hasonlóan történt volna.

Higgyétek el nekem, hogy ezt a kísérletsorozatot megismételhetjük tetszőlegesen más anyaggal, folyadékkal, tehát nem a réz és a víz volt itt érdekes, hanem az hogy ez folyadék, amelybe tetszőleges testet merítünk. Sőt továbbmegyek, nem csak folyadékba, hanem gázba is meríthetjük ezt a testet! Ha pedig ez így van, akkor általános érvénnyel kimondhatjuk Arkhimédész törvényét:
Minden folyadékba vagy gázba mártott testre felhajtóerő hat. Ennek a felhajtóerőnek a nagysága egyenlő a test által kiszorított folyadék vagy gáz súlyával.

A felhajtóerő nagyságát (számértékét) meghatározhatjuk a kiszorított folyadék/gázsűrűségéből és térfogatából. m = ró * V, a tömeg pedig egyértelműen adja a súlyt/súlyerőt.

Ez a fenti kísérletsorozat három lépése:

A törvény szerint kicsit részletesebben írva a kiszorított folyadék/gáz súlya függ:
- a test térfogatától,
- a folyadék/gáz sűrűségétől
(hiszen a fenti kettő szorzata egyenlő a kiszorított folyadék/gáz súlyával, a sűrűség definíciója szerint).

Nagyon fontos a kísérlet logikai menetének elemzése, megjegyzése. Ez máshol is alkalmazhazó gondolatmenet, kísérleti terv.
1/ A kézzel emelés miatti kisebb rugóerővel és a vízben mért kisebb rugóerő azonosításával bizonyítottad a felhajtóerő létezését.
2/ Az üres hengerbe töltött vízzel pontosan kimérted ennek a felhajtóerőnek a nagyságát, mennyiségét.
3/ Nem te, de Arkhimédész sok-sok anyaggal, gázzal, folyadékkal ugynezt mérte ki, tehát általánosította az előbbi tapasztalatot.

Az órán kitöltött mérési jegyzőkönyvet ragaszd be a füzetedbe, pont az előbbi bekezdés miatt.

Ebből a leckéből csupán a definíciókat írom ide, a többi teljesen jól, érthetően le van írva a tankönyvben. Az ábrák is kifejezőek, egyszerű a két fogalmat megismerni, megtanulni. Ebben a rövid bejegyzésben olyan jelenségeket, eszközöket veszünk sorra, amelyek működését a folyadékok nyomása magyarázza.

* Ha a folyadék részecskéi között kisebb a vonzóerő, mint a folyadék és a hajszálcső részecskéi között, akkor a folyadék a hajszálcsőben felemelkedik.
Ha a folyadék részecskéi között nagyobb a vonzóerő, mint a folyadék és a hajszálcső részecskéi között, akkor a folyadék a hajszálcsőben lejjebb ereszkedik.

A levegő súlyából származó nyomás a légnyomás. = aerosztatikai nyomás
Természetesen a gázoknak hasonlóan van súlyuk és emiatt nyomásuk. Amint azt a levegő esetén érezzük, ez a légnyomás is adott pontban minden irányban tapasztalható és ugyanakkora.
A gázoknál a súly mellett még más oka is van a nyomásnak. A gázok molekulái rendszertelenül és a hőmérsékletüktől függően gyorsabban (ha meleg van) vagy lassan mozognak.

Miért? Mert a gázok molekulái között nincs összetartó erő, kötőerő, tehát szabadon, a többi molekulától függetlenül mozoghatnak. Azaz másképp viselkednek, mint a folyadékok.

Ilyen módon gyakran ütköznek egymással is és az edény falával is. Az ütközések is hozzájárulnak a gázok nyomásához. Minél nagyobb intenzitású (mert pl. melegebb) az ütközések sorozata, annál nagyobb nyomóerővel hatnak a molekulák az edényfalra, vagyis a gáz NYOMÁSA ezzel is nő. Összefoglalóan kimondható, hogy
Zárt térben a gázok nyomása annál nagyobb, minél több részecske ütközik időegységenként a tárolóedény falának.

A gázok nyomását is p-vel jelöljük és mértékegysége a pascal (Pa). Mérésével, kiszámításával most nem foglalkozom. Egyedül a levegő nyomását járom körül, amint azt a poszt címe is jelzi.
Nézzük akkor, mi is van a légnyomással?

Torricelli olasz fizikus a XVII. században barométerrel mérte meg és publikálta a levegő nyomását. A barométer szolgál a légnyomás mérésére. Amit ő megállapított, az azóta is változatlanul érvényben van: A légköri nyomás  ÁTLAGOS értéke a TENGERSZINT magasságában egy 76 cm hosszú higanyoszlop nyomásával egyenlő. Értéke SI mértékegységben ~100 kPa. A higanyoszlop vastagsága, átmérője érdektelen, amint az előző leckében megmuttattam. A 100 kPa más, a köznyelvben használt mértékegységben: 1 atmoszféra (atm), 760 higanymilliméter (mmHg), 760 torr. TENGERSZINT magasságában igaz a 76 cm, mert a tengerszint feletti magasság növekedésével a légnyomás csökken. Világos, hiszen magasabban egyre ritkább (kevésbé sűrű) levegő van, tehát egyre könnyebb és ezzel együtt egyre alacsonyabb légrétegek nehezednek az alattuk levőkre. A légköri nyomás kb. 5 km-enként feleződik. ÁTLAGOS, mert a meteorológiai jelentések is azt mondják, hogy ciklon, magas/alacsony nyomású légrétegek érkeznek, tehát a légnyomás egy adott helyszínen is akár naponta változik. A páratartalom növekedésével a sűrűség csökken, ez megmérhető. Ezért is lehetnek a magasban a felhők és ezért várható a légnyomás csökkenésével csapadékos idő; - a légnyomás csökken => a sűrűség csökken => párásabb lesz a levegő. A fordítottja is igaz, tehát ha növekszik a légnyomás, akkor szárad az idő.

Összefoglalóan leírható, hogy a (nyugvó) levegő nyomása a levegő súlyából származik és minden irányban hat, egy adott pontban minden irányban ugyanakkora. Két tényezőtől függ:
- a légoszlop magasságától,
- a levegő páratartalmától.

Tehát általában a gázok nyomása ettől különbözik (lásd a bevezető mondatokat), ez csak a levegőre, mint egész speciális gázra vonatkozik. Azért speciális, mert a pára, a nedvesség tulajdonképpen víz és így sokban hasonlít a levegő a folyadékra.

Az előző posztban írtam, hogy 1 m mélyen a vizszint alatt a hidrosztatikai nyomás 10 kPa és megjegyeztem, hogy ehhez még hozzá kell adni a légnyomást, ami a vízfelszínre hat. Az előbb mutattam, hogy ez ~100 kPa. Tehát 1 m-rel a vizszint alatt a tényleges, teljes nyomás, ami pl. egy úszóra hat: ~110 kPa.

Remélem, észrevettétek, hogy az előző lecke a nyomás fogalomról, fizikai mennyiségről szólt, de csak a szilárd testekről, a szilárd testek által kifejtett nyomásról. Most viszont továbbmegyünk, a nyugvó folyadékokban fellépő nyomással fogunk ismerkedni. Ezt hívjuk hidrosztatikai nyomásnak.
Először fejtsük meg, mit is jelent ez az új szó? Szóösszetételekben a 'hidro' vizet, vizest jelent, a 'sztatika' jelentése pedig nyugvó, egyensúlyban levő. Tehát ez a lecke a nyugalomban levő víz, illetve általánosabban a nyugvó folyadékok nyomásáról szól, mert a víz csak egy konkrét példa és minden folyadék hozzá hasonlóan viselkedik a nyomás szempontjából.

Nézzük meg, a folyadékokban is a súlytól származik a nyomás? Igaz, hogy a folyadékok hidrosztatikai nyomása a folyadék súlyából származik? Persze, hogy igen. Ezt azzal tudjuk bizonyítani, hogy egy gumihártya kidudorodását figyeljük és elfogadjuk, megállapodunk abban, hogy a hártya kidudorodásának mértéke a nyomás mértékét jelzi! Mi mást jelezne? Töltsünk vizet a luftballonba, helyezzünk rá egy nehezéket, fújjuk fel. Ugye ez mind a nyomást növeli és a hártya megnyúlásával jár. Tehát megegyezhetünk, hogy a nyomás és szűkebben a folyadék nyomása arányos a hártya megnyúlásával. Pontosabban is fogunk majd mérni, az a manométer* (=nyomásmérő) lesz.
A hidrosztatikai nyomás kiszámítását a poszt végén mesélem el.

A másik megfigyelés, ami ide tartozik, hogy amint lejjebb és lejjebb úszol a tóban, tengerben, egyre jobban feszít a füled, ami azt jelenti, hogy a füledben NŐ a NYOMÁS.

 A folyadékoknak is van súlya, tehát ez is nyomást gyakorol az alátámasztási felületre. De mi a folyadék esetében ez a fix felület, amikor itt a molekulák szabadon mozognak egymáshoz képest? Nos itt is tetten érhetjük a fizika modellalkotását. Tegyük fel, hogy a folyadékot rétegekre osztjuk, amint ez a kis ábra mutatja és akkor már a szilárd testeknél tárgyalt és elfogadott nyomás fogalma alkalmazható.. Ez leegyszerűsítés, de tükrözi a valóságot és segít egy fizikai mennyiség megmagyarázásában, megértésében. Ezt jelenti a modellezés. Pontosan úgy, mint amikor kis autómodellel játszol. Olyan mint az igazi, a számodra érdekes lényeget, az alakot és a mozgékonyságot mutatja, tükrözi.
A legfelső réteget nem nyomja folyadék, tehát itt 0 a folyadék súlyából származó nyomás. (most a modellezés miatt eltekintünk a levegő nyomásától, ami, remélem eszdbe jutott). Alatta viszont már egy réteget kell hordozni, tehát ez már egy egységnyi nyomás. A felülről harmadik (picit sötétebb) réteget már két réteg nyomja, ami miatt itt már két egységnyi a nyomás. .... A legalsó (legsötétebb) réteget már az összes felette levő réteg nyomja, tehát itt a legnagyobb (ábránkban 4 egység) a nyomás.
Ebből következik, hogy a folyadékokban a folyadékoszlop magasságával - h - arányos a nyomás.
p ~ h. 

A fentiek szerint a folyadékok nyomása, vagyis a hidrosztatikai nyomás két tényezőtől függ és mindkettővel egyenesen arányos. Függ:
- a folyadékoszlop magasságától,
- a folyadék sűrűségétől.

Mértékegysége ugyancsak Pa, mint a szilárd testeknél. Még szép, furán nézne ki, ha a kétfajta nyomásnak más lenne a mértékegysége. Természetesen 1000 Pa = 1 kPa (kilopascal) és ez a nyomás SI mértékegysége.
Tán hallottátok még a másik mértékegységet is említeni, ez a bar**, illetve a kilobar. Ez nem a szabványos SI m.e.

Ezen a Pascal törvényen alapszik a hidrosztatika egy észszerű alkalmazása, a hidraulikus emelő működése:
Az A1 felületen megnyomom a dugattyút. Ennek hatására a négyszer nagyobb A2 felületen ugyanannyival emelkedik a nyomás (=F/A).
Tehát az F1/A1 = F2/A2 egyenletből látható, hogy A2>A1 miatt ez (Pascal) törvényszerűen az F2>F1 relációt jelenti. Ugyanis ebben a konkrét esetben az F1/A1=F2/A2 egyenlőség akkor marad érvényben az A2 helyére 4*A1-et írva, ha F2 helyére 4*F1-et írok. F1/A1=4*F1/4*A1. Ami bennünket érdekel: F2 erő, vagyis a teher négyszerese az F1 erőnek.
Tehát nagyobb súlyt/terhet lehet imígyen megemelni! Itt meg kell említeni, hogy csak erőt nyerünk, de munkát, energiát NEM! Gondolkozz el, miért?

Még egy fontos összefüggésre hadd térjek ki! Azt állapítottuk meg, hogy a folyadékok nyomása, vagyis a hidrosztatikai nyomás két tényezőtől függ és mindkettővel egyenesen arányos. Függ:
- a folyadékoszlop magasságától,
- a folyadék sűrűségétől.
Mást nem említettem, tehát CSAK e kettő befolyásolja a NYUGVÓ FOLYADÉK hidrosztatikai nyomását.
FIGYELEM, ezek után logikus a következtetés, hogy például a folyadék színétől, hőmérsékletétől nem függ. Tehát
NEM FÜGG a folyadékot tartalmazó edény alakjától (állhat ferdén is!) és főleg nem függ az edény szélsségétől, az aljának kiterjedésétől, bármekkora legyen is az!

* a -méter a szóösszetételek részeként a fizikában mindig -mérőt, -mérést jelent. barométer, kronométer, voltméter, amperméter, termométer, ...        Példaként itt a skálával ellátott manométer: ** Jó tudni: 1 méter mélyen a víz hidrosztatikai nyomása 10.000 Pa. De vigyázz, ez a víz súlyából származó nyomás! Mivel a víz felszínét a levegő súlya is nomja, nyilván a víz felszínén (h = 0) nem 0 a nyomás, hanem már a normál légköri nyomás érvénysül. 1 m mélyen valójában 10.000 Pa + a légköri nyomást mutatja a manométer.

Nézzük, hogy számoljuk ki a hidrosztatikai nyomást!

A már megtanult képlet: p = F/A érvényes a folyadékokban is, bár más alakban. Ez kicsit nehéz, de a végeredmény ígéretes. Tehát varázsoljunk:

p = F/A = súlyerő/alapterület = (m*g)/A = (ρ*V*g)/A = (ρ*A*h*g)/A = = ρ*h*g => NYOMÁS = sűrűség*vízoszlop magasság*nehézségi gyorsulás - hoppá: kiesett a képletből a felszín!!! nehézségi gyorsulás: 9,81 m/sec2 A m/sec2 felírható N/kg alakban is: (m*kg/sec2)/kg = N/kg, mert m*kg/sec2 = Newton EZT IGAZOLHATJUK MÉRÉSSEL, KÍSÉRLETTEL IS. Nézzük az új képlet mértékegységét: ρ*h*g = kg/m3*m*N/kg =N/m2 Ezt akartuk bizonyítani. Ezt nem kell tudni, csak a két jelenség összefüggése miatt mutattam be ezt nektek!!!

A nyomás fogalma és a szilárd testek nyomása

Gondolj a következőkre! Frissen hullott mély hó, tengerparti homok, iszap, lánctalp. Ezek mind azzal vannak kapcsolatban, hogy:

A testek elég gyakran felületeik mentén érintkezhetnek, egymáshoz nyomódhatnak. ilyenkor egymásra erőt gyakorolnak. A nyomás hétköznapi értelmezése szinte egybeesik a fizika egzakt meghatározásával. Ehhez két idetartozó fogalmat tisztázzunk. Leírom, hogy mit értünk az alábbi két fogalmon.

Nyomott felület: az egymásra erőhatást kifejtő testek érintkező felületei. Jele: A

Nyomóerő: Az az erő, amellyel az egyik test nyomja a másikat. Jele F_ny 

A nyomóerő sokszor a súlyerőből ered. Még lehet izomerő, rugót húzó rugóerő. A nyomóerő szerepet játszik még a súrlódásnál is!

FONTOS ISMÉTLÉS a rajzokon ábrázolt súlyerőt és tartóerőt mindig az érintkező felületek középpontjába célszerű rajzolni!

Ha egy fahasábot legnagyobb, majd legkisebb felületű lapjával helyezünk sima lisztfelületre, akkor az a legkisebb oldallapjára állítva süllyed be jobban.

⇒ Most már definiálni tudjuk a nyomást: A nyomás az a fizikai mennyiség, amely megmutatja, hogy mekkora az egységnyi felületre jutó nyomóerő. Jele: p (pressio latin szó) mértékegysége a pascal, Pa
1 Pa = 1 N/m²          1000 Pa = 1 kPa

A nyomást tehát a nyomóerő és a nyomott felület hányadosával számoljuk ki, vagyis p= F_ny/A.

Figyelem:
- A nyomás növelése vagy a nyomóerő növelésével, vagy a nyomott felület csökkentésével lehetséges.
- A nyomás csökkentése vagy a nyomóerő csökkentésével, vagy a nyomott felület növelésével lehetséges.
Ez látható a tankönyv 42. oldalán a két kísérlet leírásban.

Végezetül vegyétek észre, hogy a nyomás fogalmának (mint fizikai mennyiségnek) bevezetése kapcsán ebben a posztban csak a szilárd testek által keltett nyomásról van szó.