Gaz Basıncı (Açık Hava Basıncı)

8. Sınıf Fen Bilimleri · Fencim Akademi

Pipetle meyve suyu içerken o sıvının yukarı tırmanmasını sağlayan şey gerçekten bizim çekme kuvvetimiz mi? Ya da vantuzlu askıları duvara hafifçe bastırdığımızda neden tonlarca ağırlık taşır gibi oraya yapışıp kalıyorlar? İşin sırrı şurada: Görünmez hava moleküllerinin yarattığı muazzam basınç! Hadi, bu heyecan dolu konunun tüm şifrelerini birlikte çözelim.

Açık Hava Basıncı (Atmosfer Basıncı)

Dünyamızın etrafını saran kalın bir gaz tabakası vardır, biz buna atmosfer diyoruz. Atmosferi oluşturan gaz molekülleri de tıpkı katılar ve sıvılar gibi bir ağırlığa sahiptir.

İşte atmosferi oluşturan gazların, ağırlıkları ve tanecik hareketleri nedeniyle temas ettikleri tüm yüzeylere uyguladığı dik kuvvete açık hava basıncı ya da atmosfer basıncı denir. Açık hava basıncını ölçen cihazlara barometre adı verilir.

Açık Hava Basıncının Yükseklikle Değişimi

Dağ tırmanışlarında ya da uçak yolculuklarında kulaklarımızın tıkandığını veya çıtırdağını hissetmişizdir. Bunun sebebi yükseklik değiştikçe üzerimizdeki gaz yükünün de değişmesidir.

Deniz seviyesinden yukarılara, yani dağların tepelerine doğru çıkıldıkça:

• Üzerimizde kalan hava tabakası (gaz miktarı) azalır.
• Havanın yoğunluğu (tanecik sıkışıklığı) düşer.
• Dolayısıyla açık hava basıncı yükseklere çıkıldıkça azalır.

Torricelli Deneyi ve Açık Hava Basıncının Ölçülmesi

Açık hava basıncının varlığını bilimsel olarak ilk kez kanıtlayan ve büyüklüğünü ölçen kişi İtalyan bilim insanı Evangelista Torricelli'dir (Toriçelli). Torricelli, bu efsane deneyi yaparken şartları tamamen sabitledi: 0 °C sıcaklıkta ve tam deniz kenarında (deniz seviyesinde) çalıştı.

Torricelli Ne Yaptı?

1. Yaklaşık 1 metre uzunluğundaki bir ucu kapalı cam boruyu tamamen cıva ile doldurdu.
2. Borunun açık ucunu parmağıyla kapatarak cıva dolu bir çanağın içine ters çevirip daldırdı.
3. Borudaki cıvanın bir kısmının çanağa boşaldığını, ancak bir süre sonra cıva seviyesinin tam 76 cm yüksekliğinde sabit kaldığını gördü.

Deneyin Mantığı Nedir? Cam borunun içindeki cıvanın aşağıya doğru akmasını engelleyen şey, çanaktaki cıva yüzeyine dışarıdan bastıran açık hava basıncıdır. Açık hava çanağa öyle bir kuvvetle bastırır ki, borunun içindeki 76 cm'lik cıva sütununun ağırlığını tam olarak dengeler. Bu yüzden deniz seviyesinde açık hava basıncı 76 cmHg (cıva basıncı) olarak kabul edilir.

LGS'de Buna Dikkat!

Sorularda en çok karşınıza çıkacak efsane tuzaklardan biri şudur: "Borunun şeklini değiştirirsek veya boruyu eğik tutarsak cıva yüksekliği değişir mi?" Cevap kesinlikle HAYIR! Borunun kalınlığı, inceliği, eğik durması veya şeklinin yamuk olması 76 cm yüksekliğini asla etkilemez. Borudaki sıvı yüksekliği sadece; kullanılan sıvının yoğunluğuna, deniz seviyesinden yüksekliğe ve ortamın sıcaklığına bağlıdır!

Kritik Bilgi!

"Torricelli deneyinde neden su değil de cıva kullandı?" MEB bu mantık sorusunu çok sever. Cıva, dünyadaki yoğunluğu en fazla olan sıvılardan biridir ($d = 13,6 g/cm^3$). Eğer Torricelli aynı deneyi yoğunluğu çok daha az olan su ile yapsaydı, suyun ağırlığını dengelemek için 1 metrelik boru yetmeyecekti; tam 10,5 metre uzunluğunda devasa bir boru kullanmak zorunda kalacaktı!

Kapalı Kaplardaki Gaz Basıncı

Gaz tanecikleri acayip hareketlidir; girdikleri her kabın içine tamamen yayılırlar ve sürekli kabın duvarlarına çarparlar. Kapalı bir kaptaki gazın basıncı, o gazı oluşturan taneciklerin kabın iç yüzeyine sürekli çarpması sonucu oluşur. Katılar ve sıvılar sadece dokundukları tabana veya yanlara basınç uygularken, kapalı kaptaki gazlar kabın içindeki her noktaya tamamen eşit miktarda basınç uygularlar. Kapalı kaplardaki gaz basıncını etkileyen faktörler şunlardır:

• Gaz Miktarı (Tanecik Sayısı): Kaba daha fazla gaz pompalanırsa tanecik sayısı artar, çarpışma sayısı katlanır ve basınç artar (Doğru orantı).
• Sıcaklık: Kap ısıtılırsa gaz tanecikleri çılgın gibi hızlanır, kabın duvarlarına daha sert ve sık çarparlar, böylece basınç artar (Doğru orantı).
• Hacim (Kabın Büyüklüğü): Gaz aynı kalmak şartıyla kap daraltılırsa veya sıkıştırılırsa tanecikler dar alanda daha çok çarpışır, dolayısıyla basınç artar (Ters orantı).

Günlük Yaşamda Gaz Basıncı Örnekleri

Sınavda karşınıza çıkacak yeni nesil sorular tamamen günlük hayattaki araçların gaz basıncı prensibiyle nasıl çalıştığı üzerinedir. İşte en popüler örnekler:

• Pipetle İçecek İçmek: Pipetten havayı çektiğimizde pipetin içinde alçak basınç oluşur. Bardağın dışındaki açık hava basıncı sıvıyı ittirerek pipetin içinde yükselmesini sağlar.
• Vantuzlu Askılar: Askıyı cama bastırdığımızda içindeki hava dışarı kaçar ve içeride hava kalmaz. Dışarıdaki devasa açık hava basıncı vantuzu cama sımsıkı yapıştırır.
• Elektrikli Süpürge: Süpürgenin motoru içindeki havayı hızla dışarı üfler ve içeride alçak basınç yaratır. Dışarıdaki yüksek açık hava basıncı ise çöpleri ve tozları süpürgenin içine doğru jet hızıyla fırlatır.
• Magdeburg Yarım Küreleri Deneyi: İki metal yarım küre birleştirilip içindeki hava tamamen vakumlandığında, dışarıdaki açık hava basıncı o kadar güçlü bastırır ki, küreleri zıt yönlere çeken onlarca at bile birbirinden ayıramaz!
• Parfüm ve Deodorantlar: Tüplerin içinde yüksek basınçlı gaz vardır. Düğmeye bastığımızda içerideki yüksek basınçlı gaz, dışarıdaki alçak basınca doğru sıvıyı da yanına alarak hızla püskürür.
• Otomobil Hava Yastıkları (Airbag): Çarpışma anında kimyasal bir reaksiyonla saniyeler içinde gaz açığa çıkar. Bu gaz kapalı kap basıncı yaratarak yastığı şişirir ve hayat kurtarır.

FENcim Şipşak Özet: Sınavda İşine Yarayacak Altın Notlar

• Açık Hava Basıncı: Havanın ağırlığından dolayı yüzeylere uyguladığı dik kuvvettir, barometre ile ölçülür.
• Yükseklik Kuralı: Deniz seviyesinden yukarı doğru çıkıldıkça açık hava basıncı azalır.
• Torricelli Sabiti: Deniz seviyesinde ve 0 °C'ta açık hava basıncı tam 76 cm cıva (76 cmHg) yüksekliğine eşittir.
• Borunun Şekli Tuzağı: Deneydeki cam borunun kalınlığı, eğikliği veya şekli cıva yüksekliğini (76 cm) asla etkilemez.
• Sıvı Yoğunluğu Etkisi: Yoğunluğu cıvadan az olan bir sıvı (örneğin su) kullanılırsa borudaki sıvı yüksekliği çok daha fazla olur.
• Kapalı Kap Kuralı: Kapalı kaplardaki gazlar kabın içindeki her noktaya eşit basınç uygular.
• Kapalı Kap Değişkenleri: Gaz miktarı ve sıcaklık artarsa basınç artar; kabın hacmi artarsa basınç azalır.
• Pipet Mantığı: Pipetle sıvı çekerken sıvıyı biz yukarı çekmeyiz; dışarıdaki açık hava basıncı sıvıyı yukarı doğru iter.