Эксперимент Торричелли

Эксперимент Торричелли был изобретен в Пизе в 1643 году итальянским ученым Эванджелистой Торричелли (1608-1647). Целью его эксперимента было доказать, что источником вакуума является атмосферное давление . ^[1]

На протяжении большей части человеческой истории давление газов, таких как воздух, игнорировалось, отрицалось или принималось как должное, но еще в VI веке до нашей эры греческий философ Анаксимен из Милета утверждал, что все вещи состоят из воздуха, который просто изменяется под действием различных уровней давления. Он мог наблюдать, как вода испаряется и превращается в газ, и чувствовал, что это применимо даже к твердому веществу. Более сжатый воздух делал более холодные, более тяжелые объекты, а расширенный воздух делал более легкие, более горячие объекты. Это было похоже на то, как газы становятся менее плотными, когда теплее, и более плотными, когда холоднее.

Аристотель в некоторых своих трудах утверждал, что «природа не терпит пустоты», а также, что воздух не имеет массы/веса. Популярность этого философа поддерживала эту точку зрения в Европе на протяжении двух тысяч лет. Даже Галилей принимал ее, полагая, что тяга вакуума создает сифон и что тягу можно преодолеть, если сифон достаточно высок.

В XVII веке Эванджелиста Торричелли проводил эксперименты с ртутью , которые позволили ему измерить наличие воздуха. Он опускал стеклянную трубку, закрытую с одного конца, в чашу с ртутью и поднимал закрытый конец из нее, оставляя открытый конец погруженным. Вес ртути тянул ее вниз, оставляя частичный вакуум на дальнем конце. Это подтверждало его убеждение в том, что воздух/газ имеет массу, создавая давление на окружающие его предметы. Это открытие помогло Торричелли прийти к следующему выводу:

Мы живем, погруженные на дно океана элемента воздуха, который, как известно из неоспоримых экспериментов, имеет вес.

По сути, это испытание стало первым задокументированным испытанием манометра .

В 1647 году Валериан Магнус опубликовал свой труд Demonstratio ocularis , в котором он утверждает, что доказал существование вакуума при дворе короля Польши Владислава IV в Варшаве с помощью эксперимента, идентичного эксперименту, проведенному Торричелли тремя годами ранее. Через три месяца после Магнуса Блез Паскаль опубликовал свой Expériences nouvelles touchant le vide , в котором подробно описал свои первые барометрические эксперименты.

Паскаль пошел дальше Торричелли, поручив своему зятю провести эксперимент на разных высотах горы и обнаружив, что чем ниже в океане атмосферы, тем выше давление.

В эксперименте используется простой барометр для измерения давления воздуха, заполняющий трубку ртутью до 75%. Любые пузырьки воздуха в трубке должны быть удалены путем переворачивания несколько раз. После этого чистая ртуть снова заполняется до тех пор, пока трубка не заполнится полностью. Затем барометр помещается перевернутым на чашку, полную ртути. Это заставляет ртуть в трубке падать до тех пор, пока разница между ртутью на поверхности и в трубке не составит около 760 мм. ^[2] Даже когда трубку встряхивают или наклоняют, разница между поверхностью и в трубке не изменяется из-за влияния атмосферного давления.

Торричелли пришел к выводу, что ртутная жидкость в трубке поддерживается атмосферным давлением, которое присутствует на поверхности ртутной жидкости на чашке. Он также заявил, что изменения уровня жидкости изо дня в день вызваны изменением атмосферного давления. Пустое пространство в трубке называется вакуумом Торричелли. ^[3]

• 760 мм рт. ст. = 1 атм.
• 1 атм = 1 013 мбар или гПа
• 1 мбар или гПа = 0,7502467 мм рт.ст.

1 паскаль = 1 ньютон на квадратный метр (единица СИ) 1 гектопаскаль равен 100 паскалей