トリチェリの実験とは? 気圧の単位とは?

ポンプで上がる水の高さ

ポンプで水を吸い上げることができるのは、実は大気の圧力のためです。
いま、ポンプのピストンが上がったため中に隙間ができたとします。
この部分は真空になっています。

ところが管の外の水面は、大気の圧力で押されているので
水が管に押し上げられるのです。

しかし、外の水面を押している大気の圧力の大きさには限度があって
その強さは、ふつう1平方センチあたり1キログラムです。

それで、ポンプでくみあげられた水の圧力の強さが1平方センチあたり
約1キログラムになるくらいしか上がらないのです。

つまり、どんなによくできたポンプでも、約10メートルの高さまでしか
水をくみあげることができません。




トリチェリの実験

むかし、イタリアの物理学者でトリチェリという人は
つぎのような実験をして、大気の圧力を測りました。

まず、一方のはしを閉じた、長さ1メートルのガラス管に水銀をつめて
その口をしっかりおさえながら、水銀の入っている器の中に
逆さまにしてたてました。

はじめ、管内の水銀は少し下がりましたが
器の水銀面から76センチの高さのところで、止まってしまいました。

管の上のすいている部分には
なにも入るはずがありませんから、真空であると考えられます。

それで、この部分を、トリチェリの真空と言います。
また、この実験をトリチェリの実験と呼んでいます。

トリチェリの実験で管内に水銀が押し上がるのは
管の外の水銀面に、大気の圧力がはたらいているからです。
それで、管を少し傾けても、水銀柱の高さはかわりません。

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上の図で、A面にはたらく大気の圧力は、A面と同じ高さにある
管内のB面に下からはたらく圧力の強さと等しいと考えられます。
B面では、その上にある水銀柱の重さとつりあっています。

水銀の比重は、13.6ですから、Bには、1平方センチあたり、
76 × 13.6 = 1033.6(グラム)
の圧力が加わっていることになります。

このため、Aの大気の圧力は、やはり1平方センチあたり
約1キログラムの割合ではたらいていることになります。



サイホン

水を入れたビーカーを高いところにおき
水をいっぱいにしたビニル管のはしを水に入れます。

そして、ビニル管のもう一方のはしを
ビーカーの中の水面より低くするとビーカーの中の水はどんどん流れ出します。

このようなしかけを、サイホンと言います。
私たちも、サイホンを使って、ビーカーの水をうつしてみましょう。

サイホンがはたらくのも、水面にかかる大気の圧力のためです。
図のように、Cの部分にうすい膜を考えると、この膜は、Aの水面から。

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(大気の圧力)-(h1の水柱による圧力)の圧力で押されています。

また、同時にこの膜はBの水面から
(大気の圧力)-(h2の水柱による圧力)の圧力で押されています。

このとき、h2はh1より長いので、Cの部分の膜を考えると
Aの水面からの圧力は、Bの水面からの圧力より大きくなるはずです。
そのため水は、AのほうからBのほうへ流れることになるのです。

気圧の単位

気圧の大きさをしめすのに、水銀柱の高さを用い
それをミリメートルの単位であらわすことがあります。

たとえば、水銀柱の高さが、760ミリのときには
気圧は、760mmHg(Hgは水銀の記号)であると書きあらわすのです。

また、水銀柱の高さが760ミリのときの気圧を標準気圧と言って
これを1気圧ということもあります。

気象観測では、気圧をあらわすのに
ふつう、ミリバール(mbar)という単位を用いています。

これは、1平方センチあたり100万ダイン
(1ダインは1グラム重の980分の1の大きさ)の割合で加わる
圧力の強さを1バールとして、その1000分の1をミリバールと言うのです。

それで、一気圧は、約1013ミリバールにあたります。
つまり、760mmHg = 1気圧 = 1013mbar
の関係があります。







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