Gaz Basıncı ve Açık Hava Basıncı

Gazlar bulundukları kabın tamamını doldurur ve hem ağırlıkları hem de taneciklerinin hareketlerinden dolayı her yöne basınç uygular. Kapalı kaplarda gazlar, kabın her tarafına aynı basıncı uygular ve sıvılar gibi basıncı her yöne eşit iletir.

Açık hava basıncı (atmosfer basıncı), atmosferi oluşturan gazların ağırlıklarından dolayı yeryüzüne yaptığı basınçtır. Bu basıncı ilk ölçen bilim insanı Toriçelli'dir. Toriçelli, 0°C'de deniz seviyesinde yaptığı deneyde civa kullanmıştır.

Toriçelli deneyinde, 1 metre uzunluğundaki içi civa dolu cam boruyu civa dolu kaba ters çevirdiğinde, civanın tamamının dökülmediğini ve boruda 76 cm yüksekliğinde civa kaldığını gözlemlemiştir.

Hadi Deneyelim! Bir pipeti suya sokup üst ucunu parmağınla kapatarak kaldırdığınızda, açık hava basıncı sayesinde suyun pipette kalmasını gözlemleyebilirsin.

Açık Hava Basıncının Ölçümü

Deniz seviyesinde yapılan Toriçelli deneyinde, açık hava basıncı 1 atmosfer (1 atm) olarak kabul edilmiştir ve 1 atm = 76 cm Hg'dir. Bu deneyde kullanılan sıvının cinsi (yoğunluğu) çok önemlidir. Eğer civa yerine su kullanılsaydı, suyun yoğunluğu daha az olduğu için cam borudaki sıvının yükselme miktarı yaklaşık 10,5 metre olurdu.

Açık hava basıncı deneylerinde kullanılan borunun şekli, büyüklüğü veya kaba bırakılma şekli, cam borudaki sıvı yüksekliğini etkilemez.

Deniz seviyesinden yukarılara doğru çıktıkça açık hava basıncı azalır. Bunun nedeni, deniz seviyesinde hava taneciklerinin daha fazla olmasıdır. Yukarılara doğru gidildikçe havanın içindeki tanecik miktarı azalacağı için basınç da azalır.

Bunu Bil! Yüksek yerlerde kulağımızın tıkanması veya burnumuzun kanaması, açık hava basıncının azalmasından kaynaklanır.

Gazların Özellikleri ve Açık Hava Basıncının Etkileri

Gazlar sıkıştırılabilir özelliğe sahiptir ve gazlarda basınç ile hacim ters orantılıdır. Yani gazların bulunduğu ortamın hacmi azaltılırsa, gaz basıncı artar.

Açık hava basıncı günlük hayatta birçok olayda etkilidir:

1. Şişirilmiş balon yükseklere çıkıldıkça, açık hava basıncı azaldığı için hacmi artar ve patlayabilir. Aynı şekilde, içinde gaz bulunan cips paketleri yüksek yerlerde şişerek patlayabilir.

2. Metal içecek kutuları veya yağ tenekeleri ağzı kapatılıp ısıtıldıktan sonra soğuk suya bırakıldığında büzüşür. Çünkü ısıtma sırasında artan iç basınç, soğuduğunda düşer ve dışarıdaki açık hava basıncı etkisiyle kap büzülür.

3. Emme basma tulumbalar, kuyulardan su çekilmesinde açık hava basıncının etkisini kullanır. Piston yukarı çekildiğinde alt supap açılır ve silindir içine su dolar. Piston aşağı itilince alt supap kapanır, yan supap açılır ve su tahliye olur.

Uygulamalı Bilgi: Yangın tüpleri, oksijen tüpleri ve mutfak tüplerinde yüksek gaz basıncı kullanılır. Basınç etkisiyle sıvılaştırılan gazlar, tüpten çıkarken tekrar gaz haline geçer.

Açık Hava Basıncının Günlük Hayattaki Örnekleri

Su dolu bir bardak üzerine kağıt koyup ters çevirdiğimizde suyun dökülmemesinin nedeni açık hava basıncıdır. Dışarıdaki açık hava basıncı, bardaktaki sıvı basıncına eşit olduğu için su dökülmez.

Bazen çaydanlığın demliğinden çay dökemeyiz. Demliğin kapağını açtığımızda ise çay rahatça akar. Bunun nedeni, kapak açıldığında üstten açık hava basıncının etki etmesidir.

Haşlanmış bir yumurtayı cam şişenin ucuna koyduğumuzda başta yumurta içeri girmez. Ama şişenin içinde bir kağıt parçası yakılırsa, yumurta şişenin içine girer. Çünkü yanan kağıt şişe içindeki oksijeni kullanır, bu da iç basıncı azaltır. Dıştaki açık hava basıncı yumurtayı içeri iter.

Dene Gör! Bir bardağın içinde su ve yanan mum üzerine ters bir cam kap kapatırsan, mumun söndüğünü ve suyun kabın içine doğru yükseldiğini göreceksin. Mum oksijeni tüketince kabın içindeki basınç azalır ve dışarıdaki basınç suyu yukarı iter.

İlginç Basınç Deneyleri

Su dolu bir kapta yanan mumun üzerine hava almayacak şekilde cam bir kap kapattığımızda, mum bir süre sonra söner ve kaptaki sıvı seviyesi yükselir. Bunun nedeni mumun yanmak için oksijeni kullanması ve kabın içindeki basıncın azalmasıdır. Açık hava basıncı, sıvının içeriye girmesine neden olur.

İçinde su kaynayan cam kabın içindeki su boşaltıldıktan sonra, kap renkli sıvının olduğu başka bir kaba daldırıldığında, renkli sıvı kendiliğinden kabın içine dolar. Bu da açık hava basıncının etkisiyle gerçekleşir.

Magdeburg Deneyi, açık hava basıncının gücünü gösterir. Magdeburg küreleri hava almayacak şekilde birleştirilip içindeki hava boşaltıldığında, küreler açık hava basıncının etkisiyle birbirine yapışır ve birbirinden ayrılmaz. Bu küreler ancak açık hava basıncına eşit veya daha büyük bir kuvvet uygulandığında ayrılabilir.

İlginç Bilgi: Vantuzlu askılar, lavabo açıcı pompalar, şırıngalar ve pipetler açık hava basıncı ilkesine göre çalışır. Bu yüzden pipet ile içecek içebilir veya vantuzlu askılar duvara yapışabilir.

Basınç Uygulamaları

Ağzı kapalı, içi su dolu bir şişede delik açıldığında delikten su akmaz. Ama şişenin ağzı açıldığında su akmaya başlar. Bunun nedeni, ağız kapalıyken içerideki ve dışarıdaki basınçların eşit olmasıdır. Ağız açıldığında ise içerideki toplam basınç (sıvı basıncı + açık hava basıncı) dışarıdaki açık hava basıncından büyük olur ve su akar.

Günlük hayatta açık hava basıncı etkisini gördüğümüz yerler:

• Vantuzlu askılar
• Elektrik süpürgelerinin çalışması
• Lavabo açıcı pompalar
• Şırıngalara sıvı dolması
• Pipet ile içecek içme

Deniz seviyesinden yukarılara doğru çıkıldıkça açık hava basıncının azalması, kulaklarımızın tıkanmasına ve burnumuzun kanamasına neden olabilir.

Gazların basıncından yararlanılan diğer örnekler arasında yangın tüpleri, oksijen tüpleri ve mutfak tüpleri bulunur. Yüksek basınç etkisiyle gazlar sıvılaştırılarak tüplere doldurulur. Bu sıvılaşmış gazlar, yüksek basınçtan alçak basınca geçerken tekrar gaz haline geçerler.

Haydi Uygula: Evde bir pipet ve su kullanarak açık hava basıncının etkisini gözlemleyebilirsin. Pipeti suya daldırıp üst ucunu parmağınla kapatarak kaldırdığında, suyun neden döküldüğünü düşün!