Konzept zum Barometer

Meine Frage basiert auf dem Konzept des Barometers.

Q) Um ein Barometer zu bauen, wird ein 1 m langes Rohr vollständig mit Quecksilber gefüllt und in einen Quecksilberbecher gestülpt. Der Barometerstand an einem bestimmten Tag beträgt 76 cm. Angenommen, ein 1-m-Rohr wird bis zu 76 cm mit Quecksilber gefüllt und dann mit einem Korken verschlossen. Es wird in einem Quecksilberbecher umgedreht und der Korken entfernt. Höhe der Quecksilbersäule im Rohr über der Oberfläche im Becher

a) null

b) 76cm

C) > 76 cm

D) < 76 cm

Die gegebene Antwort ist D) < 76 cm und als ich auch im Internet recherchierte, sagten viele Quellen dasselbe. Ich kann jedoch nicht verstehen, was hier wirklich passiert. Ich bin mir der Funktionsweise des Barometers bewusst. In einem normalen Barometer-Szenario ohne Änderungen füllen Sie ein LANGES Röhrchen (in diesem Fall 1 m) VOLLSTÄNDIG mit Quecksilber, schließen den Mund, damit keine LUFT eindringt, und kehren es dann in einen Becher mit Quecksilber um. Bei eingetauchter Tubenmündung wird der provisorische Verschluss entfernt. Es wird beobachtet, dass der Quecksilberspiegel im Röhrchen bis zu einem Punkt fällt, an dem die Gravitationskraft der Quecksilbermasse im RÖHRCHEN die Aufwärtskraft auf die Mündung des Röhrchens AUSGLEICHT, die nichts anderes ist als die Kraft, die durch den atmosphärischen Druck als atmosphärischen Druck verursacht wird wirkt auf die Quecksilberoberfläche auf der Tasse und da sich die Mündung auf der gleichen horizontalen Ebene befindet, der Druck am Mund ist derselbe ATMOSPHÄRISCHE DRUCK. Der Quecksilberspiegel in der Röhre fällt also, BIS das Gewicht der Masse des in der Röhre verbleibenden Quecksilbers durch die Aufwärtskraft aufgrund des ATMOSPHÄRISCHEN DRUCKS ausgeglichen ist. Da der Bereich über der Quecksilberoberfläche in der Röhre Vakuum ist, können wir schreiben

                               P = 0 + ρ g h

wobei ρ die Quecksilberdichte und h die Höhe der Quecksilbersäule und P der atmosphärische Druck ist.

Aber jetzt wird, wie fraglich, LUFT den verbleibenden Bereich der Röhre einnehmen, da nur 76 cm von 100 cm mit Quecksilber gefüllt sind. Jetzt ist meine Frage, WIE IST DAS NICHT ATMOSPHÄRISCHER DRUCK? Wenn man die Röhre einfach sich selbst überlassen hätte, hätten wir gesagt, der Druck, der auf die Oberfläche von Quecksilber wirkt, ist atmosphärischer Druck. Wenn wir den Mund mit einem Korken verschließen, WARUM SOLLTE SICH DAS ÄNDERN? Warum wird der Druck an der Quecksilberoberfläche nicht Atmosphärendruck sein? Meine zweite Frage ist, WENN ES ATMOSPHÄRISCHER DRUCK IST; Die Flüssigkeit befindet sich im Gleichgewicht und bewegt sich nicht, WENN DIE HÖHE DER QUECKSILBERSÄULE AUF 0 FÄLLT, RICHTIG? Seit

                                 P = P + ρ g h

wird h = 0 implizieren.

Wie analysiere ich das also? Warum ist der Druck an der Quecksilberoberfläche nicht atmosphärischer Druck? Was wird es sein? Können wir vorhersagen, was es sein wird? Wie lautet die Antwort D) < 76 cm? Ich möchte mein oben erwähntes Konzept klären und dann verstehen, wie die Antwort lautet D)

Antworten (1)

Stellen Sie sich zunächst vor, Sie hätten einen Kolben voller Luft bei atmosphärischem Druck:

Kolbenluft

Stellen Sie sich nun vor, Sie ziehen mit etwas Kraft am Kolben nach unten F . Dies zieht den Kolben nach unten und da es das Luftvolumen im Kolben erhöht, verringert es seinen Druck auf weniger als eine Atmosphäre. Der Druck P nimmt ab, bis die aufgebrachte Kraft ausgeglichen ist, sodass wir Folgendes erhalten:

F A = P Geldautomat − P

Wo A ist die Fläche des Kolbens.

In Ihrem Experiment zieht die Quecksilbersäule genau wie die Kraft in meinem Diagramm nach unten:

Quecksilber

Die Quecksilbersäule möchte auf das Niveau des sie umgebenden Quecksilbers zurückfallen, und es ist der verringerte Luftdruck in der Säule, der sie aufrecht hält. Wir erhalten eine ähnliche Gleichung wie für unseren Kolben:

ρ G H = P Geldautomat − P

Wo ρ ist die Dichte des Quecksilbers. Die linke Seite, ρ G H ist die Kraft, die die Luft nach unten zieht (geteilt durch die Fläche des Kolbens).

Danke für die Antwort. Ich habe deine Erklärung verstanden. Ich möchte noch einmal klarstellen: Zunächst ist der Druck im Raum darüber selbst Atmosphärendruck. Die auf das Quecksilber wirkenden Kräfte sind: 1. M g wobei M die Anfangsmasse in der Röhre ist; oder ich kann auch ρ gh sagen, wobei h die Anfangshöhe der Säule ist. Diese Kraft wirkt nach unten 2. Kraft durch atmosphärischen Druck nach oben. 3. Kraft aufgrund des atmosphärischen Drucks nach unten. 2 und 3 gleichen sich aus und daher bringt 1 die Säule zum Fallen.
Jetzt ist der Druck im Raum über dem Quecksilber geringer als der atmosphärische Druck und das Gleichgewicht ist erreicht, wenn Mg (wobei M die neue Masse des Quecksilbers ist, die kleiner ist als die ursprüngliche Masse in der Quecksilbersäule) + P*A (wobei P kleiner ist als Atmosphärendruck) = (Atmosphärendruck) * A wobei A die Querschnittsfläche des Rohrs ist. Oder wie Sie gesagt haben: ρ gh (wobei h die neue Säulenhöhe ist) = P + atmosphärischer Druck.
Die Analyse wird also einfach in eine kleine Sache zerlegt. Anfänglich ist der Druck über dem Quecksilber in der Röhre atmosphärischer Druck, aber wenn die Säule fällt und das Volumen über Quecksilber zunimmt, nimmt der Druck ab und wird kleiner als der atmosphärische Druck, was eine Auswirkung des Gesetzes von Boyle ist. Das ist richtig richtig?
@Ola ja, du hast die richtige Erklärung :-)
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