Respuestas
Respuesta:
El experimento de Torricelli [1] fue un proyecto realizado en 1642 por el físico y químico italiano Evangelista Torricelli en un laboratorio que logró medir la presión atmosférica por primera vez.
Torricelli inventó el barómetro de mercurio, grabado en los libros de Camille Flammarion (1923)
Torricelli, llenó con mercurio un tubo de 1 metro (100 cm) de largo, cerrado por uno de los extremos y lo invirtió sobre una cubeta llena de mercurio, de inmediato la columna de mercurio bajó varios centímetros, permaneciendo estática a unos 76 cm (760 mm) de altura. Este cambio en la altura de la columna de mercurio era causado por dos presiones, la atmosférica y la de los átomos de mercurio que se compactaron generando presión entre el tubo y el mercurio de la cubeta.
Como según se observa, la presión era directamente proporcional a la altura de la columna de mercurio (Hg), así se adoptó como medida de la presión el mm (milímetro) de mercurio.
Torricelli llegó a la conclusión de que la columna de mercurio descendía debido a que la presión atmosférica ejercida sobre la superficie del mercurio era capaz de equilibrar la presión ejercida por ambos PESOS.
760 mmHg = 1 atm
1 atm = 1013 mbar o hPa
1 mbar o hPa = 0,7502467 mmHg
Explicación:
La experiencia consta de dos etapas:
Primera etapa.
Se cuelga una masa M (en color rojo) del extremo de la cuerda. El émbolo empieza a elevarse muy despacio debido a que entra aire en la jeringa. Supondremos que el aire en el interior de la jeringa permanece en equilibrio a la presión
Siendo Pa la presión atmosférica, y A la sección trasversal de la jeringa. Supondremos también que durante este proceso la temperatura del aire contenido en la jeringa no cambia.
Segunda etapa
Cuando el émbolo alcanza cierta altura correspondiente a un volumen V1, se quita la masa M. El émbolo cae rápidamente hasta que alcanza una posición de equilibrio correspondiente a un volumen V2. Supondremos que durante esta breve etapa no sale apenas aire de la jeringa. La presión del aire en equilibrio en el interior de la jeringa es ahora, la presión atmosférica Pa.
Proceso isotérmico
Suponiendo que el aire se comporta como un gas ideal, y que el proceso se realiza a temperatura constante, tendremos que de la ecuación de un gas ideal PV=nRT
Despejando la presión atmosférica Pa,
El manómetro
En la simulación se ha añadido un manómetro de mercurio abierto por uno de los extremos que nos señala como cambia la presión del aire contenido en la jeringa durante el movimiento del émbolo. El manómetro mide la diferencia entre la presión atmosférica y la presión del aire en el recipiente.
Cuando el émbolo se eleva, la presión se mantiene constante, el manómetro marca que la presión del aire en la jeringa es inferior a la presión atmosférica en la cantidad Mg/A.
Para determinar este valor, se mide la diferencia de altura de las dos ramas 2h y se multiplica por la densidad del mercurio y por la aceleración de la gravedad ΔP=ρg2h
Cuando el émbolo cae, la presión aumenta rápidamente hasta que se alcanza una presión de equilibrio igual a la presión atmosférica. El manómetro marcará cero. El mercurio en las dos ramas estará a la misma altura.
Ejemplo
Se pone una pesa de 1 kg y se deja que el émbolo se eleve hasta una altura que corresponde al volumen V1=77.5 cm3
Se quita la pesa y el émbolo regresa a una altura de equilibrio que corresponde al volumen V2=67.5 cm3
La presión atmosférica valdrá
Durante el ascenso del émbolo, el manómetro marca una diferencia de presión que corresponde a una altura de 2·4.9 cm de mercurio.
ΔP=13550·9.81·2·0.049=13027 Pa
La diferencia de presión es el cociente Mg/A
Actividades
Se introduce
El valor de la masa M, seleccionado un número en el control de selección titulado Peso.
El diámetro d del émbolo, está fijado en el programa en el valor d=3.1 cm. El área de la sección trasversal del émbolo es A=πd2/4 cm2
Se pulsa en el botón titulado Poner. El émbolo comienza a elevarse despacio y entra aire en la jeringa.
Cuando llega a una determinada altura se pulsa el botón titulado Quitar. Se cierra la entrada de aire en la jeringa (parte inferior del applet)
El émbolo desciende rápidamente, la presión del aire en el interior de la jeringa aumenta hasta que alcanza una presión de equilibrio igual a la presión atmosférica.