| | ความหมายของแรงดัน | ลักษณะของภาชนะ | วิธีวัดความดันของบรรยากาศ | ความหนาแน่น | การเปลี่ยนหน่วยของปริมาตร | ข้อควรจำ


Table of Contents

วิธีการวัดความดันบรรยากาศ อาจทำได้โดยใช้เครื่องมือที่เรียกว่า บารอมิเตอร์(barometer) ผู้ประดิษฐ์บารอมิเตอร์เครื่องแรกของโลกคือนักคณิตศาสตร์ชาวอิตาลี ชื่อทอร์ริเชลลี ในปี ค.ศ. 1643 เครื่องมือประกอบด้วยอ่างที่เติมสารปรอท และหลอดแก้วข้างในบรรจุด้วยปรอทให้เต็มแล้วคว่ำหลอดแก้วลงในอ่างปรอท ดังรูปด้านล่าง (ปรอทเป็นธาตุอีกชนิดหนึ่งที่มีสถานะเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง มีความหนาแน่นเท่ากับ 13.4 g/ml)
จะพบว่าปรอทที่เป็นของเหลวจะไม่ไหลออกมาจากหลอดแก้วทั้งหมดแต่จะมีปรอทปริมาณหนึ่งไหลออกมาจากหลอดแก้ว ทำให้เกิดมีช่องว่างที่ปลายหลอดแก้วด้านที่ปิดอยู่ ช่องว่างนี้จะเป็นช่องว่างที่เป็นสูญญากาศ (vacuum) ไม่มีอากาศอยู่เลย เหตุผลที่ปรอทในหลอดแก้วไม่ไหลออกมาเป็นเพราะว่ามีแรงอะไรบางอย่างดันปรอทในหลอดเอาไว้ แรงที่ว่านี้ก็คือแรงดันของอากาศจากภายนอกที่ดันปรอทไว้ ซึ่งมาจากมวลอากาศรอบๆนั่นเอง และของเหลวที่มีความสูงย่อมมีแรงดันเช่นกัน ภายในหลอดแก้วก็ยังมีความดันของปรอทที่อยู่ในหลอดแก้วด้วย นั่นแสดงว่า แรงดันจากอากาศที่ดันปรอทในหลอดให้อยู่นิ่งพอดีกับแรงดันของปรอทในหลอดแก้วที่ดันต้านแรงดันจากอากาศ แรงดันนี้พอดีกันกับเมื่อระดับปรอทในหลอดแก้วหยุดเคลื่อนไหว ความสูงของลำปรอทในหลอดแก้ววัดเป็นนิ้วหรือมิลลิเมตร เช่น ความสูงของปรอทเท่ากับ 29.92 นิ้วหรือ 760 มิลลิเมตร เราก็เรียกความดันเท่ากับ 760 mmHg ซึ่งในการทดลองจริงๆ แล้ว เราจะอ่านความสูงของปรอทได้ค่าเป็นเท่าใดนั้นขึ้นอยู่กับความดันของอากาศในเวลานั้น ซึ่งจะส่งผลให้ระดับของเหลวในลำปรอทเปลี่ยนไปด้วย
ถ้านำสารต่าง ๆ ( อาจอยู่ในสถานะของแข็ง , ของเหลว หรือ ก๊าซก็ได้ ) มาด้วยปริมาตรเท่าๆ กัน มาเทียบมวลหรือน้ำหนักกัน จะพบว่ามวลและน้ำหนักมีค่าต่างๆ กัน แต่ถ้าเป็นสารอย่างเดียวกัน และ สถานะเดียวกันแล้วมวลหรือน้ำหนักจะมีค่าเท่ากัน นักวิทยาศาสตร์จึงใช้ค่านี่แสดงสมบัติทางกายภาพเฉพาะตัวของสารได้ และกำหนดนิยามของความหนาแน่นของสารขึ้นว่า

ความหมายของแรงดันk3.gifk3.gifk3.gif

ความดัน หมายถึง แรง (force; F) ต่อ หน่วยพื้นที่ (area; A)
ใน SI unit ความดันมีหน่วย เป็น ปาสคาล (Pa) หรือ นิวตันต่อตารางเมตร หรือ กิโลกรัมต่อเมตรต่อวินาทีกำลังสอง ส่วนความดันในหน่วย มิลลิเมตรปรอท (mmHg) ซึ่ง 760 mmHg = 101325 Pascal หรือ 1 atm = 101325 Pa = 101.325 kPa แต่อย่างไรก็ตามความดันในหน่วย mmHg ไม่ใช่ SI unit แต่ก็อนุโลมให้ใช้ค่าความดันในหน่วย mmHg หรือ ความดันบรรยากาศเป็นหน่วยความดันมาตรฐาน
เราทราบดีอยู่แล้วว่าโลกของเรามีอากาศห่อหุ้มโดยรอบ เมื่อมีอากาศย่อมมีมวล เมื่อมีมวลย่อมมีน้ำหนักกดทับเรา น้ำหนักหรือความดันที่กดทับเราจะมีประมาณเท่าไหร่ ถ้าเราชั่งน้ำหนักของอากาศพื้นที่ 1 ตารางเมตรสูงขึ้นไปจากพื้นดิน จะพบว่า มวลของอากาศ จะมีประมาณ 10000 กิโลกรัมกดลงพื้น1 ตารางเมตรนั้น นับว่าเป็นน้ำหนักที่เยอะมาก แต่เราสามารถทนอยู่ได้อย่างไร อืมน่าคิด ...? แรงกดอากาศไม่ได้มีเฉพาะสถานที่ที่เรายืนอยู่แต่ทุกตารางเมตรบนพื้นโลกก็จะได้รับแรงจากมวลของอากาศเช่นกัน แต่จะได้รับมากหรือน้อยแตกต่างกัน ขึ้นกับว่ามวลของอากาศที่สูงขึ้นไปจากพื้นบริเวณนั้นๆ มีกี่มากน้อย
แรงดันหรือความดันของอากาศที่กระทำต่อพื้นผิวโลกเรียกว่า ความดันบรรยากาศ (atmospheric pressure)
ถ้าเราอยากทราบความดันอากาศที่กระทำต่อเราขณะยืนที่ผิวโลกเป็นเท่าไหร่ จะใช้เครื่องมือใดในการวัด?
เป็นที่ทราบกันดีว่าของเหลวก็มีความดัน ซึ่งความดันของของเหลวขึ้นอยู่กับปัจจัย 3 ประการ คือ ความลึกหรือความสูง ความหนาแน่นของของเหลว และแรงโน้มถ่วงของโลก
เมื่อพิจารณารูปด้านล่าง

ลักษณะของภาชนะ

ภาชนะ สี่เหลี่ยม บรรจุของเหลวชนิดหนึ่งให้มีความลึก เท่ากับ h หน่วย และความหนาแน่นของของเหลวชนิดนี้ เท่ากับค่าคงที่ค่าหนึ่ง (r) เราจะได้ว่า ความดันที่กระทำต่อผิวด้านล่างของภาชนะ จะเป็นดังสมการ


poi.jpg

uyt.jpg


จากรูป a เมื่อคว่ำหลอดแก้วปลายเปิดที่บรรจุสารปรอทจนเต็มหลอดลงในอ่างบรรจุปรอท พบว่า ปรอทจะไหลไปรวมกับปรอทที่อยู่ในอ่างปรอท ระดับปรอทในหลอดแก้วและในอ่างเท่ากัน นั่นเป็นเพราะว่าแรงดันอากาศที่กระทำต่อผิวปรอทที่อยู่ด้านในหลอดแก้วและผิวปรอทในอ่างนอกหลอดแก้วมีค่าเท่ากัน

วิธีวัดความดันของบรรยากาศ

วิธีการวัดความดันบรรยากาศ อาจทำได้โดยใช้เครื่องมือที่เรียกว่า บารอมิเตอร์(barometer) ผู้ประดิษฐ์บารอมิเตอร์เครื่องแรกของโลกคือนักคณิตศาสตร์ชาวอิตาลี ชื่อทอร์ริเชลลี ในปี ค.ศ. 1643 เครื่องมือประกอบด้วยอ่างที่เติมสารปรอท และหลอดแก้วข้างในบรรจุด้วยปรอทให้เต็มแล้วคว่ำหลอดแก้วลงในอ่างปรอท ดังรูปด้านล่าง (ปรอทเป็นธาตุอีกชนิดหนึ่งที่มีสถานะเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง มีความหนาแน่นเท่ากับ 13.4 g/ml)


ert.jpg




จะพบว่าปรอทที่เป็นของเหลวจะไม่ไหลออกมาจากหลอดแก้วทั้งหมดแต่จะมีปรอทปริมาณหนึ่งไหลออกมาจากหลอดแก้ว ทำให้เกิดมีช่องว่างที่ปลายหลอดแก้วด้านที่ปิดอยู่ ช่องว่างนี้จะเป็นช่องว่างที่เป็นสูญญากาศ (vacuum) ไม่มีอากาศอยู่เลย เหตุผลที่ปรอทในหลอดแก้วไม่ไหลออกมาเป็นเพราะว่ามีแรงอะไรบางอย่างดันปรอทในหลอดเอาไว้ แรงที่ว่านี้ก็คือแรงดันของอากาศจากภายนอกที่ดันปรอทไว้ ซึ่งมาจากมวลอากาศรอบๆนั่นเอง และของเหลวที่มีความสูงย่อมมีแรงดันเช่นกัน ภายในหลอดแก้วก็ยังมีความดันของปรอทที่อยู่ในหลอดแก้วด้วย นั่นแสดงว่า แรงดันจากอากาศที่ดันปรอทในหลอดให้อยู่นิ่งพอดีกับแรงดันของปรอทในหลอดแก้วที่ดันต้านแรงดันจากอากาศ แรงดันนี้พอดีกันกับเมื่อระดับปรอทในหลอดแก้วหยุดเคลื่อนไหว ความสูงของลำปรอทในหลอดแก้ววัดเป็นนิ้วหรือมิลลิเมตร เช่น ความสูงของปรอทเท่ากับ 29.92 นิ้วหรือ 760 มิลลิเมตร เราก็เรียกความดันเท่ากับ 760 mmHg ซึ่งในการทดลองจริงๆ แล้ว เราจะอ่านความสูงของปรอทได้ค่าเป็นเท่าใดนั้นขึ้นอยู่กับความดันของอากาศในเวลานั้น ซึ่งจะส่งผลให้ระดับของเหลวในลำปรอทเปลี่ยนไปด้วย



ความหนาแน่น


ความหนาแน่น (Density) ของสารใด ๆ หมายถึง อัตราส่วนระหว่างมวล (Mass) ต่อ ปริมาตร (Volume) ของสารนั้น โดยจะหาความหนาแน่นของสารใด ๆ ได้นั้น ต้องหามวล และ ปริมาตรของสารนั้นให้ได้ก่อน

มวล ( Mass ) แทนสัญลักษณ์ด้วย m เป็นปริมาณเนื้อสารที่มีอยู่จริง และมวลของวัตถุจะมีค่าคงที่เสมอ มวลมีหน่วยได้หลายหน่วยเช่น กรัม ( g ) , หรือ กิโลกรัม ( Kg ) การหามวลทำได้โดยการชั่ง ซึ่งต้องใช้เครื่องชั่ง ซึ่งก็มีหลายแบบด้วยกันเช่น

1. เครื่องชั่งชนิดจานเดียว

1.1 เครื่อง Ohaus Cent - O - Gram

1.2 เครื่อง Ohaus Triple beam

2. เครื่องชั่งชนิดสองจาน

การหามวลของวัตถุใด ๆ สามารถทำได้โดยการชั่งด้วยเครื่องชั่งแบบต่าง ๆซึ่งเครื่องชั่งแต่ละแบบสามารถชั่งมวลได้มากน้อยและละเอียดแตกต่างกันไป

การเปลี่ยนหน่วยของมวล

1. ถ้าเปลี่ยนจากหน่วย กรัม ( g ) เป็น กิโลกรัม ( Kg ) ให้ หารด้วย 103

2. ถ้าเปลี่ยนจากหน่วย กิโลกรัม ( Kg ) เป็น กรัม ( g ) ให้ คูณด้วย 103

สรุป: หน่วยเล็กเปลี่ยนเป็นหน่วยใหญ่ หาร 103 และ หน่วยใหญ่เปลี่ยนเป็นหน่วยเล็ก คูณ 103

ปริมาตร ( Volume ) แทนด้วย V ปริมาตรของวัตถุใด ๆ สามารถวัดได้หลายแบบ โดย

1. ถ้าวัตถุนั้นเป็นของเหลว อาจใช้ กระบอกตวงวัดหาปริมาตร หรือ ใช้หลอดฉีดยา

1.1 หลอดฉีดยา เป็นเครื่องมือสำหรับวัดหาปริมาตรของสารที่มีสถานะเป็นของเหลว การอ่านปริมาตรของของเหลวที่ถูกต้องนั้นต้องอ่านที่ตำแหน่ง หมายเลข 2 และต้องระวังอย่าให้มีฟองอากาศขณะหาปริมาตร

1.2 กระบอกตวง เป็นเครื่องมือที่ใช้สำหรับหาปริมาตรของสารที่มีสถานะเป็นของเหลว การอ่านปริมาตรของของเหลวที่ถูกต้องนั้นจะต้องอ่านตรงรอยเว้า หรือตำแหน่งที่ 3

2. ถ้าวัตถุนั้นเป็นของแข็ง มีวิธีการหาปริมาตรอยู่ 2 วิธีคือ

2.1 วัตถุที่มีรูปทรงเรขาคณิต หาได้จากการวัดส่วนต่าง ๆ แล้วคำนวณโดยใช้สูตรหาปริมาตร

2.2 วัตถุที่ไม่เป็นรูปทรงเรขาคณิต ทำได้โดยการนำวัตถุชนิดนั้นไปแทนที่น้ำในถ้วยยูเรก้า แล้วตวงหาปริมาตรของน้ำที่ล้นออกมา ซึ่งจะมีค่าเท่ากับปริมาตรของวัตถุนั้นตามหลักของอาร์คิมิดิส นั่นเอง

หลักของอาร์คีมิดิส กล่าวว่า “ ปริมาตรของของเหลวที่ถูกแทนที่จะมีค่าเท่ากับปริมาตรของวัตถุที่แทนที่ของเหลวนั้นเสมอ “

ข้อควรจำ

1. การใช้เครื่องมือวัดเพื่อหาปริมาณต่าง ๆ ของวัตถุนั้น จะทำให้ได้ค่าที่แน่นอนกว่าการกะประมาณ

2. การใช้เครื่องมือในการวัดนั้นต้องเลือกให้เหมาะสมกับสิ่งที่ต้องการวัด

3. ต้องวัดหลาย ๆ ครั้งแล้วหาค่าเฉลี่ยเพื่อให้ได้ค่าที่ใกล้เคียงกับความจริงมากที่สุด

การเปลี่ยนหน่วยของปริมาตร

หน่วยของปริมาตรที่นิยมใช้มีอยู่ 2 หน่วยคือ cm 3 , m 3 ซึ่งสามารถเปลี่ยนไปมาได้ดังนี้

1. ถ้าเปลี่ยนจากหน่วย cm 3 เป็น m 3 ให้ หารด้วย 106

2. ถ้าเปลี่ยนจากหน่วย m 3 เป็น cm 3 ให้ คูณด้วย 106

สรุป: หน่วยเล็กเปลี่ยนเป็นหน่วยใหญ่ หาร 106 และ หน่วยใหญ่เปลี่ยนเป็นหน่วยเล็ก คูณ 106

ถ้านำสารต่าง ๆ ( อาจอยู่ในสถานะของแข็ง , ของเหลว หรือ ก๊าซก็ได้ ) มาด้วยปริมาตรเท่าๆ กัน มาเทียบมวลหรือน้ำหนักกัน จะพบว่ามวลและน้ำหนักมีค่าต่างๆ กัน แต่ถ้าเป็นสารอย่างเดียวกัน และ สถานะเดียวกันแล้วมวลหรือน้ำหนักจะมีค่าเท่ากัน นักวิทยาศาสตร์จึงใช้ค่านี่แสดงสมบัติทางกายภาพเฉพาะตัวของสารได้ และกำหนดนิยามของความหนาแน่นของสารขึ้นว่า

ความหนาแน่นของสารใดๆ ( DENSITY ) คือ มวล ( Mass : m )ของสารนั้นต่อหนึ่งหน่วยปริมาตร ( Volume : V ) ดังนั้น หน่วยของความหนาแน่นจึงมีหน่วยเป็นหน่วยของมวลต่อปริมาตร คือ เป็น กิโลกรัม ต่อ ลูกบาศก์เมตร ( Kg / m3 ) ในระบบเอสไอ หรือเป็น กรัม ต่อ ลูกบาศก์เซนติเมตร ( g / cm3 ) ก็ได้

เขียนเป็นสูตรได้ว่า

D = m / V

เมื่อ D ( Density ) = ความหนาแน่นของสาร หน่วยเป็น กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร ( g/cm 3 ) หรือ กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ( kg / m 3 )

m ( mass ) = มวลสาร หน่วยเป็นกรัม ( g ) หรือ กิโลกรัม ( kg )

V ( Volume ) = ปริมาตร หน่วยเป็น ลูกบาศก์เซนติเมตร ( g / cm 3) หรือลูกบาศก์เมตร ( kg / m 3)

ข้อควรจำ

1. ความหนาแน่นของน้ำ ( Dน้ำ ) = 1 g / cm 3 หรือ 1000 kg / m 3

2. สารชนิดเดียวกัน ไม่ว่าจะมีขนาดเล็กหรือขนาดใหญ่ก็ตาม ความหนาแน่นของสารนั้นจะมีค่าคงที่เสมอจะสังเกตเห็นได้ว่าหน่วยของความหนาแน่นที่นิยมใช้นั้น มีอยู่ด้วยกันสองหน่วยคือ g / cm 3 และ kg / m 3

ซึ่งจะใช้บอกความหนาแน่นของสารที่มีค่าความหนาแน่นต่าง ๆ กัน

เราสามารถเปลี่ยนได้ดังนี้ เช่น

ความหนาแน่นของน้ำเท่ากับ 1 g / cm 3 จะมีค่าเท่าใดในหน่วย kg / m 3 เราสามารถเปลี่ยนได้ดังนี้

ความหนาแน่น คือ อัตราส่วนระหว่างมวล ต่อ ปริมาตร







.gif.gif.gif


ทดสอบความหนาแน่น









































http://www.youtube.com/watch?v=858ti9Eg3lc

11/7/2555













bbbbv.gif

Home