Ist der atmosphärische Druck auf das Gewicht der Luft oder die Kollisionen der Moleküle zurückzuführen

Diese Frage ist eine Antwort auf die Antwort von @brightmagnus, deren Link Druck in Flüssigkeiten ist , insbesondere horizontaler Druck

Die Frage :

Ist der atmosphärische Druck auf das Gewicht der Luft oder auf Kollisionen der Moleküle zurückzuführen?

Wenn es laut Bright Magnus 'Antwort sowohl auf Gewicht als auch auf Kollisionen zurückzuführen ist, dann wird, wenn wir auf Meereshöhe den Deckel einer Flasche schließen, der Druck in der Flasche der Druck nach außen sein, da das Gewicht der darüber liegenden Luft durch den Deckel übertragen wird .

Aber wenn wir dieselbe Flasche am Everest nehmen oder Weltraum sagen, wäre das Gewicht der Luft darüber am Everest deutlich geringer, und im Fall des Weltraums gibt es keine Luft außerhalb der Flasche, um den Druck zu übertragen. Aber immer noch wird der Druck in der Flasche derselbe sein wie auf Meereshöhe.

Wieso ist es so? Wie hat eine kleine Luftsäule in der Flasche den gleichen Druck wie die gesamte Atmosphäre (die Flasche ist natürlich aus hartem Material und explodiert nicht).

Auch wenn der Gesamtdruck sowohl auf das Gewicht der Luft als auch auf die Kollisionen der Moleküle zurückzuführen ist, warum nehmen wir dann keinen Druckterm aufgrund der Kollision von Molekülen in die Gleichung für den Gesamtdruck auf, der P = hpg ist und den Teil enthält Druck nur dusri Gewicht. Ich komme hier durcheinander. Kann das gleiche Argument auf Wasser ausgedehnt werden?

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Zunächst möchte ich meine eigene Antwort hinzufügen. Ich denke, dass an der Erdoberfläche, wenn die Flasche geöffnet ist, der Druck an ihrer Unterseite hpg beträgt. Wenn wir die Kappe schließen, bleibt der Außendruck hpg. Die Luft in der Flasche versucht, ein Gleichgewicht zu erreichen, und die Geschwindigkeit der Luftmoleküle im Inneren nimmt zu (oder ab), um einen Druck zu erreichen, der dem Außendruck entspricht (um ihn auszugleichen), gemäß P = 1/3 pv ^ 2.

Wenn es dann außerhalb der Erdatmosphäre gebracht wird, bleiben die Geschwindigkeiten der Moleküle gleich (da draußen keine Luft ist) und damit auch die Dichte und damit der Druck. Jetzt möchte ich die Frage erweitern. Angenommen, ich habe eine gepackte Kiste der Höhe h, die mit Luft im Weltraum gefüllt ist, der Druck darin ist P=1/3pv^2 (keine Schwerkraft). Nun wird die Kiste plötzlich in ein Gravitationsfeld gebracht. Wie hoch wäre der Druck im Inneren? Ich denke, es würde irgendwo zwischen 1/3 pv ^ 2 + hpg liegen (wobei v die ursprüngliche Geschwindigkeit der Moleküle ist, als sie sich außerhalb des Gravitationsfeldes befanden und sich die neue Geschwindigkeit daher entsprechend anpassen würde).

Aber wir geben den gesamten Druck einfach per hpg ab. Ich verstehe, dass sich das Gewicht, wenn sich die Kiste anfänglich in einem Gravitationsfeld befindet, als Kraft pro Flächeneinheit manifestiert, da die Moleküle mit der Geschwindigkeit v kollidieren zu ihrer Geschwindigkeit. Aber wenn es in das Gravitationsfeld gebracht wird, sollte der Gesamtdruck nicht die Summe von 1/3 pv ^ 2 und hpg sein?

Antworten (3)

Es besteht keine Notwendigkeit, Kollisionen von Molekülen und Luftgewicht gegenüberzustellen!

Sie können eine Spritze ohne Nadel nehmen, die Mündung mit einem Finger schließen und den Kolben ein wenig ziehen. In der Spritze unter dem Kolben entsteht ein Vakuum, atmosphärischer Druck drückt den Kolben wieder hinein. Woher kommt diese Kraft? Atome und Moleküle der Luft prallen auf die Oberfläche des Kolbens und stoßen ihn an. Die Oberfläche des Kolbens "weiß" nicht, ob es eine Atmosphäre um die Erde gibt, sie "weiß" nur, dass einige Moleküle und Atome sie ständig bombardieren. Übrigens gibt es vielleicht keine Erde und keine Atmosphäre (z. B. innerhalb der Raumstation) - aber aus der Sicht der Spritze wäre die Situation dieselbe: ständiges Bombardement von Molekülen in der Umgebung und daher der Druck.

Ganz ähnlich verhält es sich mit Flüssigkeiten: Die unter Druck stehende Oberfläche „kennt“ nur die Moleküle, mit denen sie in Kontakt kommt. Dennoch ist es möglich, den Druck mit der Formel F = S p g*H zu berechnen . Aber es wäre nicht irgendeine zusätzliche Komponente des Drucks!

Der Mechanismus des Luftdrucks ist der "Beschuss" der Oberfläche durch Moleküle. Ursache des atmosphärischen Drucks auf der Erde ist das Gewicht der Luft. Es kann viele verschiedene Möglichkeiten geben, den atmosphärischen Druck zu berechnen: Das Gesamtgewicht der Luft auf die gesamte Erdoberfläche zu verteilen, ist eine davon. Dieser Ansatz ermöglicht es, den atmosphärischen Druck zu berechnen, ohne im Detail darauf einzugehen, wie genau Moleküle mit der Oberfläche kollidieren, aber der Mechanismus des Luftdrucks bleibt derselbe: Kollisionen zwischen Molekülen.

Aber wie erklärt das, dass der Druck in einer geschlossenen Flasche in jeder Höhe gleich ist?
Der Druck in einer geschlossenen Flasche ist nicht in jeder Höhe gleich.
@lesnik Angenommen, ich erhöhe die Temperatur der Atmosphäre. Dann bewegen sich die Moleküle mehr und der Luftdruck sollte durch den stärkeren Beschuss steigen. Das Gesamtgewicht der Luft hätte sich jedoch nicht verändert. Wie bringt man das in Einklang? Würde der atmosphärische Druck zunehmen oder gleich bleiben?
@ suncup224 Der Druck bleibt ungefähr gleich. Die Durchschnittsgeschwindigkeit der Moleküle wird zunehmen, aber die Konzentration der Moleküle wird abnehmen. Die Atmosphäre wird „dünner“ (ihre Konzentration nimmt ab) und gleichzeitig „dicker“ (je höher sie reicht). Wahrscheinlich wird das noch mehr Verwirrung stiften, aber ich muss sagen, dass der Druck an der Oberfläche tatsächlich leicht abnehmen wird - weil die Gravitation der Erde auf höheren Ebenen der Atmosphäre weniger wirkt. Jedenfalls Konzentration N wird so sein P = N k T hält ohne Anpassungen für Grav oder was auch immer.
@lesnik ah ok danke. Das verstehe ich voll und ganz.

Der Druck ist eine thermodynamische Größe.

Moleküle sind, wenn man sich die Struktur der Materie ansieht und dort statistische Mechanik verwendet wird.

Das primäre Ziel der statistischen Thermodynamik (auch bekannt als statistische Gleichgewichtsmechanik) besteht darin, die klassische Thermodynamik von Materialien in Bezug auf die Eigenschaften ihrer konstituierenden Partikel und die Wechselwirkungen zwischen ihnen abzuleiten. Mit anderen Worten, die statistische Thermodynamik stellt eine Verbindung zwischen den makroskopischen Eigenschaften von Materialien im thermodynamischen Gleichgewicht und den mikroskopischen Verhaltensweisen und Bewegungen her, die innerhalb des Materials auftreten.

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1738 veröffentlichte der Schweizer Physiker und Mathematiker Daniel Bernoulli Hydrodynamica, die die Grundlage für die kinetische Gastheorie legte. In dieser Arbeit hat Bernoulli das bis heute verwendete Argument aufgestellt, dass Gase aus einer großen Anzahl von Molekülen bestehen, die sich in alle Richtungen bewegen, dass ihr Aufprall auf eine Oberfläche den Gasdruck verursacht , den wir fühlen, und dass das, was wir als Wärme empfinden, ist einfach die kinetische Energie ihrer Bewegung

Beachten Sie die Kursivschrift. Stoß ist eine Kraft, die mit der thermodynamischen Definition von Druck als übereinstimmt

Druck

Die unzähligen Stöße der Gasmoleküle, die statistisch in alle Richtungen in einer Flasche im Raum sind, ohne dass eine zusätzliche Kraft auf sie einwirkt, sind in alle Richtungen aufgrund der chaotischen Natur eines Gases.

Sobald eine gerichtete Kraft ausgeübt wird, beispielsweise mit einem Kolben, steigt der Druck, er ist direkt aus der ausgeübten Kraft berechenbar. Eine Luftsäule wird im unteren Bereich allmählich einen größeren Druck haben, da das Gewicht des Gases zunimmt, wenn die Anziehungskraft der Schwerkraft in der Nähe der Erde zunimmt, und die Dichte der Materie entsprechend zunimmt. Mit dem Gewicht der Luftsäule in der Atmosphäre ergibt sich die entsprechende Druckschichtung. . Wenn Luft in einer bestimmten Höhe in Flaschen abgefüllt wird, behält sie den Druck dieser Höhe aufgrund der Natur der molekularen Struktur eines Gases bei. Der horizontale Druck in der Atmosphäre erzeugt Winde.

Um den Titel zu beantworten, erzeugen die Kollisionen von Molekülen durch ihren Aufprall auf einer Oberfläche einen Druck. In einem geschlossenen System, wie in einer Flasche, ist dieser Druck konstant und wirkt auf die Wände des Behälters. In einem offenen System, wie bei einer Krafteinwirkung mit einem Kolben zum Befüllen von Fahrradreifen, steigt der Druck an. Das Gewicht der Atmosphärensäule erzeugt in diesem offenen System Druck. Wenn es keine Schwerkraft gäbe, würde sich die Atmosphäre statistisch zerstreuen, da das System offen ist, und am Ende keine Moleküle mehr übrig wären, um einen Druck zu definieren.

Sie meinen also, dass der Druck in der Flasche mit P=1/3pv^2 berechnet werden kann. Dieser Druck in der Flasche auf Meereshöhe wäre derselbe, wenn die Flasche geschlossen oder offen ist, weil P = 1/3 pv^2. Wenn wir die Flasche verschlossen und aus großer Höhe genommen haben, wäre der Druck immer noch P=1/3pv^2 , genauso wie p und v gleich sind. Sollten wir dann nicht das Konzept des "Gewichts der Luft" aufgeben, da der Druck an jedem Punkt letztendlich nur von der Dichte der Luft (Anzahl der Moleküle) und ihrer Geschwindigkeit abhängt. In höheren Lagen ist die Luftdichte geringer und der Druck auch?
Ja, aber die Dichte ist eine Funktion der Gravitationskraft, wenn man sie auf einer statistischen molekularen Ebene betrachtet
Ich habe es . Wenn wir also nur die Tatsache, dass die Dichte eine Funktion der Gravitationskraft ist, in die Gleichung P = 1/3 pv ^ 2 einbeziehen, können wir intuitiv die Frage des gleichen Drucks in der Flasche in verschiedenen Höhen erklären. Wir brauchen uns dann nicht auf P=hpg zu verlassen, weil wir es durch P=1/3pv^2 erklären können. Ich meine nicht, dass P=hpg falsch ist, sondern nur, dass wir es nicht verwenden müssen, weil wir die Sache erklären können, indem wir einfach die andere Gleichung verwenden. Ist das endlich richtig? Und nur noch eine Sache, wenn ich den Druck durch P=1/3pv^2 erklären kann, warum verwenden wir P=hpg ? Oder anders ausgedrückt: P=hpg lässt sich aus P=1/3pv^2 ableiten
Es ist der Unterschied zwischen einem offenen System (Atmosphäre in der Schwerkraft) und einem geschlossenen System (Flasche). Unterschiedliche Randbedingungen. Wenn in der obigen Abbildung der Druck direkt sichtbar ist, handelt es sich um eine weitere andere Randbedingung für das Problem.

Fragen wie diese ergeben sich aus einer Verwechslung von Ursache und Mechanismus .

Druck wird durch Kollisionen ausgeübt. Das ist der Druckmechanismus in einer bestimmten Situation.

Aber was den besonderen Wert des Drucks ausmacht , sind nicht die Stöße, sondern die äußere Situation:

  • Sie setzen n Mol Gas bei der Temperatur T in ein Volumen V
  • Gas oder Flüssigkeit wird durch das Gewicht der darüber liegenden Materie nach unten gedrückt
  • strömende Flüssigkeit wird eingeschnürt oder aufgeweitet

Die Temperatur und Dichte des Fluids bestimmen die Anzahl und die Impulse der Stöße, die Druck erzeugen. Die körperliche Situation bestimmt diese und verursacht den daraus resultierenden Druck.

Ist der atmosphärische Druck auf das Gewicht der Luft oder die Kollisionen der Moleküle zurückzuführen
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