Katı , Sıvı , Gazların Basınçları Ve İlgili Kanunlar

Katı , sıvı , gazların basınçları ve ilgili kanunlar

B A S I N Ç

Bir kumsalda yada karda sivri topuklu ayakkabı ile yürümek neden zordur ? Çivi ve rabdiyelerin başının geniş yapılmasının nedenini hiç düşündünüz mü?

Yeryüzünde bulunan bütün maddeler ağırlıkları nedeniyle bulundukları yüzeye bir kuvvet uygularBir otomobil yere değen dört tekerleğininkapladığı yüzeye,ağırlığı sebebiyle bir kuvvet uygular Bu kuvvet dört tekerlek arasında eşit olarak paylaşılır Birim alana( yüzeye ) dik olarak etki eden kuvvete BASINÇ denir,tüm yüzeye etki eden kuvvete ise BASINÇ KUVVETİ denir

Basınç,cisimler üzerinde,kuvvetin yaptığı bütün hareketleri etkileri (parçalama,sıkıştırma,itme,çarpma,esneme,yar ılma gibi)gösterir Yani basınç,

cisimlerin hareket etmesini ,şekil ve biçim değiştirmesini sağlar Örneğin;bir yelkenli,rüzgarın esmesiyle hareket eder Balta ve kama ile odun kolayca yarılabilir Taş,üzerinde bulunduğu toprağa , Tahta kutu üstüne bırakıldığı yastığa, Deniz hem çevresindeki karalara, hemde içindeki bütün cisimlere,Atmosfer dünyaya ve dünya üzerindeki her şeye bir kuvvet uygular

Bunların hepsi birer basınca örnektir Bu şekillerde de görüldüğü gibi taşla toprağa,baltala oduna,elimizle rabdiyeye,her birisine teker teker kuvvet uygularız Sanayide kullanılan presler basınçla çalışır Mobilya parçalarının bağlantı yerlerinin tutturulmasında, kömür tozlarının blok haline getirilmesinde basınçtan yararlanılmaktadır

Pamuk ,saman,kağıt ve ot gibi maddelerin hacimlerinin küçültülerek Balya haline getirilmesinde basınçtan yararlanılır Ayrıca otobüs, kamyon, gibi

Araçları kaldırmak için kullanılan sistemler( kriko,fork- lift gibi) basınç ile çalışır Kompresörler,tulumbalar,hidrolik fren sistemleri basıncın etkilerinden

Yararlanılarak yapılır

BASINÇ BİRİMLERİ VE BASINÇ

Basınç birimlerini örnek vererek açıklayalım Kum üzerine dikine koyulan tuğlanın, yatık şekilde koyduğumuz tuğladan daha derin iz bıraktığını anlayabiliriz Tuğla sayısı arttıkça ,tuğlanın kum üzerine bıraktığı izin daha derin olduğunu anlayabiliriz Bu durum,bizi şu sonuca götürür; Kuvvet sabit iken basınç ile yüzey arasında ters orantılı bir ilişki vardır Yüzey sabit tutulup kuvvet artırıldığında yüzeye yapılan basınçta artar

Bir cisim üzerine uygulanan kuvvet arttıkça ,basınçta artar Yani basınç, kuvvet ile doğru orantılıdır Buna karşın uygulama alanı büyüdükçe basınç azaldığına göre, basınç uygulama alanı( YÜZEY) ile ters orantılıdır

BASINÇ ,birim yüzeye etki eden kuvvettir Basınç P ,alan (yüzey) A , kuvvet

F ile gösterilirse;

Basınç=Kuvvet/Alan P=F/A olur



Basınç birimi kuvvet ve yüzey birimine bağlıdır SI birim sistemine göre kuvvet birimi Newton (N) ,yüzey birimi metrekare (m2) olarak alınırsa

,basınç birimi N / m2 olur

1 m2'lik yüzeye dik olarak etki eden bir newtonluk kuvvetin yaptı-ğı basınca bir PASCAL denir Pascal, Pa ile gösterilir

1N /1m2 =1Pa ?dır

Günlük yaşantımızda sıkça kullanılan basınç birimlerinden biride atmosferdir

Havanın bir ağırlığı vardır Hava, ağırlığından dolayı Dünya üzerinde bulunan her şeye bir basınç uygular Uygulanan bu basınca atmosfer basıncı denir Atmosfer basıncı deniz seviyesinden olan yüksekliğe ,sıcaklığa ve hava akımlarına göre değişebilir

Deniz seciyesinde 1m2'lik yüzeye 101300 N'luk bir kuvvet uygulayan basınca 1 atmosfer denir Kısaca atm İle gösterilir

1atm=101300N / m2 yaklaşık 100000 N/m2'dir Öyleyse;

1atm yaklaşık 105 N/m2 =105 Pa'dır

1 Pa yaklaşık 000001 atm=10 ?5atm yazılabilir

1cm2'lik bir yüzey üzerine 1dyn'lik bir kuvvetin yaptığı basınca ,

1dyn/cm2 yada kısaca 1bari denir Bilim alanında kullanılan basınç birimi,BARİ'dir

Bari ,küçük birim olduğundan, bunun yerine meteorolojide, hava raporlarını açıklamak için bar ve milibar birimleri kullanılır Yaklaşık 76cmHg'nin

tabanına yaptığı basınca 1 bar denir

1 atm=760 mmHG = 1 Bar = 105 Pa

1kpa =1000 Pa

1 bar =1013 milibar yakl 1000 milibar

1- KATILARIN BASINCI

Katı cisimler ağırlıklarından dolayı üzerinde durdukları yüzeye basınç Uygularlar Taban alanı S , ağırlığı G olan bir katı cismin üzerinde durduğu yüzeye uyguladığı basınç; P = G / S ile bulunur
Maddelerin moleküllerden oluştuğunu ve bu moleküllerin gelişigüzel Hareketler yaptıklarını biliyoruz Katı halde moleküller,birbirine yakındır ve birbirlerine daha sıkı sıkıya bağlıdır Bu nedenle ,katı cisimler, biçimlerini ve Hacimlerini korur
Katı cisimler basıncı, yer çekimi doğrultusuna dik olan yatay düzlemde hissedilir Yan yüzeyler eğik ise yer çekiminden dolayı basıncın etkisindekalır
Katı maddelere uygulanan basınç kuvvetinin, kuvvet doğrultusunda iletildiği sonucuna varırız

KATI CİSİMLER BASINCI NASIL İLETİR ?

Katı cisimler,oturdukları tabanları üzerine ağırlıklarından dolayı bir basınç uygularlar Basınç ile yüzey ters orantılı olduğundan cismin taban alanı
büyük olursa , basınç azalır Bu yüzden kayak takarak karda gezmeyi kolaylaştırırız Katı cisimler üzerlerine uygulanan basınç kuvvetini aynı yönde ,aynı değerde iletirler Yüzeyin değişik olduğu yerde basınç değişir Örneğin; çivinin tepesi geniş ,ucu sivridir Tepeye uygulanan kuvvet ucada aynen gider
Fakat ucunun yüzeyi küçük olduğundan basınç büyük olur ve çivi kolayca girer

NOT; Katı cisimlerin basıncı bulunurken;cismin ağırlığı(newton olarak) oturma yüzeyine (m2 olarak) bölünür Basınç birimi Pascal’dır

ÖRNEK 1 : Yanda görülen prizma L yüzeyi
üzerinde oturduğunda basıncı PL, K yüzeyi
üzerinde oturduğunda PK’dırPL /PK oranı kaçtır

2- SIVILARIN BASINCI

2- SIVILARIN BASINCI

Bir kapta bulunan sıvı ,ağırlığı nedeniyle bulunduğu kabın her noktasına basınç uygular
1:SIVI BASINCI
Yandaki kapta bulunan sıvının kabın tabanına veya herhangi bir noktasına yaptığı basınç;

A) Derinlikle doğru orantılıdırDerine inildikçe basınç artar A noktasındaki sıvı basıncı ,B noktasındaki sıvı basıncından büyüktür
B) Sıvının özkütlesi ile doğru orantılıdır Buna göre kaptaki sıvının kabın herhangi bir noktasına yaptığı basınç;
P=h d ifadesi ile bulunur Bu bağıntıda;
P: basınç
h: noktanın sıvının açık yüzeyine olan uzaklığı
d : kaptaki sıvının özkütlesidir

2 ) SIVI BASINÇ KUVVETİ

Yandaki kapta bulunan sıvının kabın tabanına
uyguladığı basınç kuvveti ;
a) Derinlikle doğru orantılıdır
b) Sıvının özkütlesi ile doğru orantılıdır
c) Kabın taban alanı ile doğru orantılıdır

Buna göre; kaptaki sıvının kabın tabanına uyguladığı sıvı basınç kuvveti;
F=hd S ifadesi ile bulunur
Bu bağıntıda;
F= sıvı basınç kuvveti
h= kaptaki sıvının yüksekliği
d= kaptaki sıvının özkütlesidir

SIVILAR BASINCI NASIL İLETİR ?

Bir cam kap içersine sıvı doldurduğumuzu düşünelim Ağzını bir mantarla kapatarak mantarı kuvvetle bastırırsak şişe kırılabilirVeya lastik balonu su ile dolduralım , bir tarafına bastırınca balon içindeki su diğer taraflara doğru gider Yani sıvıların bir etkiyi iletmesi,katılardan farklıdır Sıvıya bir noktada etkiyen basınç,sıvı tarafından yalnız kuvvetin doğrultusunda değil,kabın her noktasına aynen iletilir Buna PASKAL PRENSİBİ denir
Sıvılar basınç kuvvetinin değerini değiştirirler Yüzeyin büyük olduğu yerde basınç kuvveti de büyük olur

PASKAL PRENSİBİ

Kapalı kaplardaki sıvıların birim yüzeylerine yapılan basınç, sıvı tarafından kabın bütün yüzeylerine aynen iletilir
Bu prensip sıvıların basınç altında çok az sıkışmasından yararlanarak
Pascal tarafından bulunmuştur
Pascal prensibinin günlük hayatta uygulamaları su cenderesi,yıkama yağlama sistemleri ,hidrolik frenler,damperli arabaların hidrolik sistemleri,
hidrolik frenler,emme tulumba,bileşik kaplar vs ‘dir



BİLEŞİK KAPLAR :
Bileşik kapların genişlikleri farklı da olsa sıvıların basınçları birbirine eşittir



SU CENDERESİ :

Sıvılar pratikte sıkıştırılamayacağından bir tarafına yapılan basıncı Her tarafa aynen iletir yüzey büyürse , bu yüzeye gelen basınç kuvveti büyür Bu prensipten yararlanılarak su cenderesi yapılmıştır
Su cenderesinde biri dar diğeri geniş olan iki silindir ve bunları alttan birleştirmek içinde ince bir boru kullanılır Bileşik kap esasına dayanır
Bir silindire su veya sıvı doldurulunca diğer silindirde de su yükselir ve her iki silindirde aynı yükseklikte dururlar
Su cenderesi ve buna benzer düzeneklerde küçük silindirin pistonundan kuvvet uygularsak büyük silindirin pistonundan daha büyük kuvvet alınır
Eğer işlemi tersine yaparsak küçük kuvvet alırız
Bunun için, küçük silindirden kuvvet verilmeli , büyük silindirden alınmalıdır Su cenderesinde küçük silindir ne kadar ( kesit küçük ) olursa ,geniş silindirden o kadar büyük kuvvet alınır Silindirin kesiti küçüldükçe kuvvet uygulaması güçleşeceğinden (zorlaşacağından ) bir kaldıraç yardımıyla kuvvet uygulanır
Benzin istasyonlarında , arabaların bakımı için kullanılan düzenekler su cenderesi esasına dayanır

SIVI İÇİNDE BİR NOKTADAKİ BASINÇ NELERE BAĞLIDIR ?

Aşağıdaki U borusuna renkli sıvı koyalım A ve B seviyeleri önce Aynıdır U borusunun A ucuna bir lastik boru ve borunun ucundaki huninin
Ağzına da bir lastik zar bağlayalım Boyalı su A kolunda alçalır B kolunda yükselir Huniyi biraz daha bastırdığımızda A ve B deki seviye farkı daha da artar Bunun sebebi suyun zara yaptığı basınçtır Derinliklere inildikçe sıvı basıncı artar Bu defada kaba su yerine başka sıvı koyalım Huniyi aynı ( h )

HİDROLİK PRESLER :

Yandaki şekildeki,sıvıların ,küçük bir Kuvvetten, daha büyük kuvvetler,elde etmede nasıl kullanıldığını göstermektedir Bu araçlara Hidrolik presler denir
Küçük pistona aşağı yukarı,aşağı doğru Uygulanan kuvvet, sıvıda basınç oluşturur Sıvı tarafından her doğrultuda iletilen basınç Büyük pistonun, yukarı doğru büyük bir kuvvetle itilmesine neden olur
Şekildeki gibi Pascal Yasasının uygulandığı hidrolik pres şeması verilmiştir Alanı A1 olan küçük pistona F1 ;kuvveti uygulandığında
P1 = F1/A1 kadar bir basınç oluşur Bu basınç sıvı tarafından ,alanı A2 olan büyük pistona iletilir Büyük piston F2 =P2 A2 kuvvetiyle yukarı doğru itilir F2 kuvveti F1 kuvvetinden büyüktür Sistemde sıvı basıncı eşit olduğundan;
P1 = P2
F1/A1 =F2/A2 yada F1/F2 = A1/A2 bağıntısı yazılabilir

Hidrolik presler hurda metalleri sıkıştırmada ,hidrolik frenlerde ,sıvılı barometrelerde , manometrelerde , iş makinelerinde ,dişçi koltuklarında kullanılır
Pascal Yasasının uygulama alanları olarak su cenderesi,hidrolik fren, Pres ve krikolar, basınç ölçmeye yarayan sıvılı barometre ve manometreler,otomobil tamirlerinde otomobilleri kaldırmak için kullanılan krikolar,dişçi koltukları örnek gösterilebilir

GAZLARIN BASINCI

Sıvılar ağırlıkları yüzünden, kendileriyle temas haliyle olan yüzeyler üzerine hidrostatik basınç adı verilen bir basınç yapar Bu basıncın büyüklüğü

P = h d g bağıntısından hesaplanır Sıvılar gibi ağırlıkları olan gazlarda bulundukları kabın çeperlerine bir basınç uygular Gazlar sıvılardan,farklı olarak sıkıştırılabilme özelliğine sahiptirBu nedenle değişik amaçlarla evlerimizde,hastanelerde ,fabrikalarda ,iş yerlerinde basınca dayanıklı çelik kaplar içersinde muhafaza edilirler Örneğin; karbondioksit ,azot,oksijen ,neon gazı yüksek basınç altında , sıvı halde çelik tüplere doldurulur Karbondioksit

yangın söndürücüsü olarak , oksijen hastanelerde suni solunumda ,neon gazı havası boşaltılmış lambalarda kullanılır Yine mutfaklarda yakıt olarak kullandığımız doğal gaz ve likit gazda çelik tüplerde ,basınç altında muhafaza edilir Çeşitli taşıtların tekerleri içinde sıkıştırılmış hava bulunur



Gazlar da ağırlıklara sahip olduklarından basınç yaparlar İçinde yaşadığımız atmosfer ( açık hava ) büyük bir basınç yapar Fakat biz bu basıncı hissetmeyiz Zira, dıştan yapılan bu basıncı içimize çektiğimiz gene aynı gaz (hava )basıncı ile dengeleriz Dıştaki basıncın azalması (yükseklere çıkıldıkça ) içimizdeki basıncı fazlalaştıracağından damar çatlamaları ve kanamalar sonucu ölümler olabilir

Gazların basıncını ölçmeye yarayan aletlere Manometre denir Manometreler kapalı yerlerdeki gazların basıncını ölçmek için kullanılır Manometreleri iki bölümde inceleyebiliriz

1- Açık manometreler

2- Kapalı manometreler

1- AÇIK HAVA BASINCI VE ÖLÇÜLMESİ

Dünyanın çevresinde hava katmanı bulunur Bu hava katmanının kalınlığı 10000 km kadardır Bu hava katmanına Atmosfer denir

Atmosfer ,çoğu azot ve oksijenden oluşan bir gaz karışımıdır Havanın hacimce %21'i oksijen, %78'i azottur Havanın geri kalan kısmı neon,argon,gibi

Soy gazlar ile karbondioksit ve su buharından oluşur Havanın özellikleri her yerinde aynı değildir Havanın yoğunluğu yer kabuğuna yakın yerlerde fazladır Yükseklere çıkıldıkça yoğunluk azalır Havanın yaklaşık %50'si deniz yüzeyi ile 600m yükseklikte bulunur

Hava dünyayı bir örtü ile çevreler Biz, bu kalın hava katmanının altında yaşamaktayız

Ağzı kağıt parçası ile kapatılmış su dolu bardak ters çevrildiğinde içindeki suyun akmadığını görürüz Bunun nedeni ,kağıdı aşağıdan yukarıya doğru iten ve suyun basıncından büyük olması gereken açık hava basıncıdır

Açık hava temas ettiği yüzeylere basınç yapar 1654'te Almanya'da Magdeburg ağızları birbirine gelecek şekilde tutulmuş iki küçük metal yarım kürenin içindeki havayı ,bir hava boşaltma tulumbası ile boşalttı Küreleri birbirinden ayırmaya 16 atın gücü yetmedi Su gibi hava da basıncı her doğrultuda iletir

AÇIK HAVA BASINCININ ÖLÇÜLMESİ::

Televizyonlarda,gazetelerde, (alçak basınç) ve (yüksek basınç) alanlarını gösteren haritalar görmüşsünüzdür Hava tahmininde ,hava basıncını dengeleyen sıvı sütununun yüksekliği ölçülür Hava basıncı yaklaşık 10m yüksekliğindeki suyun basıncına eşittir



Deniz seviyesinde hava basıncı yaklaşık 76 cmhg'dir

Üstteki şekilde yukarıya doğru çıkıldıkça basıncın değişimi gösterilmiştir Bu basınçlar dağcılar,pilotlar tarafından metal barometre kullanılarak ölçülmüştür Yağmurlu yada karlı bir günde hava basıncı, kuru bir güne göre ,daha düşüktür

Barometre;açık hava basıncını ölçen araçlara Barometre denir

Civalı barometre ;Toriçelli deneyinde kullanılan cam boru ,civa çanağı ve cıvadan oluşan araçtır

Altimetre ;Açık hava basıncı yükseklikle değişir Hassas bir metal barometre açık hava basıncı yanında yüksekliği de ölçebilir Altimetre yüksekliği ölçer

Metal barometre ;kutunun üzerine tutturulmuş ibre,hava basıncının kutuyu içe doğru itmesiyle hareket ederek basıncı gösterir Lastik pompalar; lastik pompalar açık hava basıncının etkisiyle çalışır

TORİÇELLİ DENEYİ :

Normal şartlarda (0 C0 ve denizden yükseklik sıfır ) bir ucu kapalı 1m uzunlunda cam boruyu civa ile doldurarak ters çevirip civa ile dolu çanağa batırıyor Civanın çanağa tamamen boşalmamasının nedeni açık hava basıncının borudaki basıncı dengelemesidir Buna göre civa yüksekliği borunun genişliği ile ilgili değildir



B-) KAPALI KAPLARDAKİ GAZLARIN BASINCI

Gazlar konuldukları kabın şeklini alır ve hacmini doldurur Gazlar, Sıkıştırabilme özelliğinden yararlanılarak basınç altında çok küçük hacimlere sığdırılabilir

Gaz molekülleri her yönde serbestçe hareket eder Kapalı bir kabın içinde bulunan gaz molekülleri ,birbirlerine ve kabın iç yüzeylerine çarpar

Basınç altında saklanan gazlar kullanılırken, depo edilen kaptan ihtiyaca göre kontrollü alınır

Kapalı kaplardaki gazların basıncı ,gazın hacmini azaltarak yada arttırarak değiştirebilir

Hareketli pistonla kapatılmış hava dolu silindir şeklinde bir kap düşünelim Pistonu ittiğimizde silindir içindeki hava moleküllerinin sayısı değişmez; ama moleküller daha küçük bir hacme sıkıştırılır Moleküller kabın iç yüzeylerine daha seyrek çarpar ve yaptıkları basınç azalır

Kapalı kaplardaki gazların basıncı gaz ısıtılarak veya soğutularak değiştirilebilir Gazların basıncını ölçmek için manometreler kullanılır Kapalı uçlu manometre ,içinde bir miktar civa olan, bir ucu kapalı , U şeklinde bir tüptürManometreye bağlı gaz kabında basınç arttığında, civa,diğer kolda yükselir

Açık uçlu manometrede gaz basıncının belirlenmesi biraz daha farklıdır Bu amaçla açık manometre uca etki eden hava basıncı (Po) , barometreden okunur Kapalı kaplardaki gaz basıncı;

a) Sıcaklık ve hacim sabit ise ,molekül sayısı ile doğru orantılıdır

b) Sıcaklık ve molekül sayısı sabit ise , hacim ile basınç ters orantılıdır

c) Basınç sıcaklık ile doğru orantılıdır

Yukarıdaki üç özellik bir arada değerlendirilirse ;

P V = N R T olur

P= Basınç

N= Molekül sayısı

T= Sıcaklık

V= Hacim

R= Gaz sabiti

1 BOYLE ? MARİOTLE KANUNU



Kapalı kaplardaki gazların sıcaklıkları sabit tutulmak şartı ile her durum

İçin hacimleriyle basınçlarının çarpımı sabittir

t0 = Sıcaklık

P= Basınç

N= Molekül sayısı

V= Hacim

P1 V1 = P2 V2 = P3 V3 == Pn Vn = sabit

? Kapalı kaplardaki gazların sıcaklıkları sabit kalmak şartıyla hacimleriyle basınçları ters orantılıdır

2 ) CHARLES KANUNU :



3 GAY ? LUSSAC KANUNU



ÖRNEK soru ;5



Şekildeki manometrenin

ucu kapalıdır Buna göre kaptaki

sıvının basıncı kaç grf/cm2 olur ?

( d civa = 13,6 grf /cm3 tür)

ÇÖZÜM :

Pciva= 20 cm h =20 cm

d civa= 13,6 grf /cm 3

Borunun ucu kapalı olduğu için gazın basıncı

civanın basıncına eşittir

Pgaz = P civa

Pgaz = h civa d civa CİVA

Pgaz = 20 13,6

Pgaz = 272 grf /cm 2 olur

HACİM -- BASINÇ İLİŞKİSİ

Sıcaklık sabit kalmak koşuluyla herhangi bir gazın hacmi ile basıncı arasındaki ilişki plastik bir enjektörle anlaşılır Enjektörün ucu baş parmakla kapatılarak piston ileriye doğru itilir Hacim küçüldükçe içerideki havanın basıncı artar Sabit sıcaklıkta hacim ile basınç arasındaki ilişkiyi biliyoruz

Boyle-Maritto Yasasına göre , kapalı kaptaki bir gazın sıcaklığı sabit tutulduğunda , hacmi ile basıncının çarpımı sabittir

P V = sabit P1 V1 = P2 V2

Bir gazın sıcaklığı sabit tutularak hacmi değiştirildiğinde ,gazın ilk durumdaki hacim ? basınç çarpımı , ikinci durumdaki hacim ? basınç çarpımına eşittir