3 7 Tekanan Atmosfera Dan Tekanan Gas

PELAJARAN 7 Tekanan Atmosfera dan Tekanan Gas Tekanan Atmosfera (a) Tekanan Atmosfera

Penuhkan air dalam sebiji gelas dan tutupkannya dengan kadbod. Telangkungkan gelas sambil memegang tapak gelas di udara. Didapati air tidak tumpah. Ini disebabkan daya yang dihasilkan oleh tekanan atmosfera bertindak ke atas menyokong berat air daripada tumpah.

Tekanan atmosfera adalah disebabkan perlanggaran molekul-molekul dalam atmosfera ke atas suatu jasad tertentu. Tekanan atmosfera bertindak pada satu titik adalah kesemua arah dengan magnitud yang sama. Tekanan atmosfera bergantung kepada altitud(ketinggian dari paras laut) dimana apabila altitud bertambah tekanan atmosfera berkurangan. Ini disebabkan ketumpatan atmosfera berkurangan jika altitud bertambah. Pada paras laut tekanan atmosfera lebih kurang 1x 105 Pa atau 76 cm Hg atau 10 m air. Kita tidak merasai tekanan atmosfera di paras laut kerana tekanan udara dalam badan kita sama dengan tekanan atmosfera di luar badan kita. Seseorang akan mengalami kesesakan nafas jika kita berada pada altitud melebihi 3000 m.

Eksperimen 2

(b)Eksperimen untuk menujukkan kewujudan tekanan atmosfera

Eksperimen 3

Eksperimen 1

Tiup udara ke dalam kelalang dan kemudian sedut udara keluar melalui tiub kapilari pendek sambil mermerhatikan saiz belon. Dapati semasa udara di tiup saiz belon berkurangan dan semasa udara disedut saiz belon bertambah. Ini disebabkan tekanan atmosfera dari luar menekan belon menjdi kecil semasa udara ditiup masuk.Sebaliknya semasa udara disedut keluar,tekanan udara di dalam belon melebihi tekanan atmosfera di luarnya menyebabkan isipadunya bertambah.

Didihkan sedikit air dalam sebuah tin. Titiskan air sejuk pada tudung tin. Didapati tin menjadi kemek. Ini disebabkan apabila air dititiskan tekanan udara dalam tin menjadi kurang. Tekanan atmosfera yang lebih tinggi akan menolak tin menjadi kemek.

Apabila peyedut getah ditekan pada satu permukaan rata dan licin ,mangkuknya menjadi rata dan udara dalam mangkuk mengalir keluar melalui tepinya menyebabkan ruang separa vakum terhasil. Tekanan atmosfera yang lebih tinggi di luar mangkuk menekan dan mengekalkan mangkuk pada permukaan licin itu. (iii)Picagari

(c)Aplikasi tekanan atmosfera (i) Penyedut Minuman

Apabila kita menyedut minuman melalui penyedut, udara dalam penyedut masuk ke paruparu kita. Tekanan atmosfera di luar penyedut menjadi lebih tinggi daripada tekanan udara di dalam penyedut. Tekanan atmosfera menolak masuk minuman melalui penyedut ke mulut kita.

Apabila omboh di tarik ke atas,tekanan udara dalam picagari menjadi lebih rendah daripada tekanan atmosfera di luar. Tekanan atmosfera yang lebih tinggi di luar menolak cecair supaya masuk ke picagari. (iv)Pembersih Vakum

(ii) Penyedut Getah Apabila pembersih vakum dipasang,kipas elektrik akan berputar dan menyedut udara di dalam hos getah melalui satu bukaan. Tekanan udara dalam hos menjadi rendah. Tekanan atmosfera yang lebih tinggi akan menolak kotoran ke dalam hos dan terkumpul dalam beg kotoran.

(v) Pam Angkat

Apabila omboh bergerak ke atas ,injap A tertutup dan ruang di bawah omboh mempunyai mempunyai tekanan yang lebih rendah daripada tekanan atmosfera. Injap B terbuka ,maka tekanan atmosfera yang lebih tinggi di luar menolak air masuk ke dalam pam. Apabila omboh bergerak ke bawah,injap B tertutup ,injap A terbuka maka air akan masuk ke atas omboh. Akhirnya apabila omboh bergerak ke atas sekali lagi,injap A tertutup dan air keluar melalui muncung (e) Alat MengukurTekanan Atmosfera (i)Barometer Fortin Sebuah Barometer Fortin yang ringkas boleh disediakan seperti berikut:-

Penuhkan merkuri dalam satu salur kaca yang panjangnya lebih kurang 100 cm. Tutup hujung terbukanya. Telangkupkan salur kaca ke dalam satu bekas yang mengandungi merkuri. Buka penutup pada salur kaca. Didapati merkuri akan jatuh. Ukur tinggi merkuri di antara permukaan merkuri dalam bekas dan permukaan merkuri dalam salur kaca = h cm Dengan itu tekanan atmosfera dibaca sebagai h cm merkuri. Pada paras laut nilai h = 76 cm.Oleh itu tekanan atmosfera =76 cm Hg. Tinggi h tidak akan berubah jika (i) Tiub kaca berdiameter lebih besar digunakan (ii)Tiub kaca dicondongkan sedikit (ii)Tiub kaca dinaikkan atau diturunkan dalam bekas kaca (iv)Merkuri ditambah dalam bekas kaca (vi)Suhu di luar bertambah Tinggi h akan bertambah jika (i)Barometer itu dibawa masuk ke dalam air Tinggi h akan berkurang jika (i) ruang vakum dimasukkan udara/gas dan ditutup semula

(ii)alat ini dibawa ke tempat tinggi Contoh 1

Rajah di atas menunjukkan sebuah barometer Fortin ringkas yang diletakkan dalam sebuah makmal yang mempunyai tekanan atmosfera 75 cm Hg. (a) Berapakah nilai h (b) Berapakah panjang ruang vakum jika tiub kaca (i) Diangkat ke atas setinggi 5 cm (ii) Ditolak masuk kedalam sejauh 4 cm (c) Jika tekanan ketumpatan merkuri 1.36 x 104 kgm-3 ,ketumpatan air 1 x 103 kgm-3, tentukan (i) Tekanan atmosfera dalam unit Pa (ii) Tinggi air akan naik jika merkuri digantikan dengan air (iii) Nilai h jika barometer dibawa masuk ke dalam air sedalam 40.8 cm. Penyelesaian

Rajah menunjukkan sebuah barometer yang berada di suatu tempat yang mempunyai tekanan atmosfera 76 cm Hg.Apabila gas X dimasukkan dalam ruang vakumnya didapati tinggi merkuri 40 cm.Berapakah tekanan gas X itu. Penyelesaian (ii) Barometer Aneroid

Apabila tekanan atmosfera bertambah kotak separa vakum menjadi kemek sedikit. Gerakan kotak yang kemek akan diperbesar dan dipindahkan kepada penunjuk melalui sistem tuas. Penunjuk akan terpesong. Barometer ini berfungsi sebagai altimeter bagi seorang juruterbang untuk menentukan ketinggian dari paras laut semasa penerbangan. Ia bertindak sebagai altimeter kerana apabila altitud bertambah tekanan atmosfera berkurangan.

Contoh 2

Tekanan Gas

(a)Tekanan gas berdasarkan teori kinetik Teori kinetik mengatakan molekulmolekul gas sentiasa bergerak secara rawak. Oleh itu berlaku perlanggaran sesama molekul dan perlanggaran molekul dengan dinding. Perlanggaran sesama molekul adalah perlanggaran kenyal di mana jumlah tenaga kinetik molekul adalah abadi. Perlanggaran molekul dengan dinding bekas menghasilkan daya impuls. Bila terdapat daya maka terhasillah tekanan sebab P=F A (b)Kesan kepada molekul gas atau gas apabila isipadu bekas dikurangkan (1) Bilangan molekul,ketumpatan molekul,saiz molekul adalah tetap. (2) Bilangan molekul perunit isipadu bertambah (3) Jarak antara molekul berkurangan (4) Masa perlanggaran molekul dengan dinding berkurangan (5) Frekuensi perlanggaran molekul dengan dinding bertambah (6)Ketumpatan gas bertambah (7)Tekanan gas bertambah

berikut: Masukkan merkuri ke dalam suatu salur-U dengan kedua-dua lengannya terbuka. Hubungkan salah satu lengannya kepada bekalan gas yang hendak diketahui tekananya. Buka bekalan gas. Cara menentukan jumlah tekanan gas bergantung kepada ketinggian merkuri naik atau turun dalam salur-U.

Pgas = Patmosfera + h

Pgas = Patmosfera - h

(c)Kesan kepada molekul gas atau gas jika suhu bekas bertambah (1) Halaju molekul gas bertambah (2) Tenaga kinetik purata molekul bertambah (3) Kadar perubahan momemtum bertambah (4) Tekanan bertambah (d)Alat untuk menyukat tekanan gas

Pgas = Patmosfera

(i)Manometer Cara menyediakan sebuah manometer adalah seperti

Contoh3

cm

cm

Jika tekanan atmosfera 75 cm Hg ,berapakah tekanan gas yang ditunjukkan pada manometer di atas? Penyelesaian (ii)Tolok Bordon

P1 = ( tekanan atmosfera + h) cm Hg P2 = ( tekanan atmosfera - h ) cm Hg P3 = ( tekanan atomsera) cm Hg Kesimpulannya P1 > P3 > P2

Apabila gas memasukki tiub logam melengkung,tekanan gas akan meluruskan tiub tersebut. Gerakan tiub logam dibesarkan oleh sistem tuas dan akhirnya penunjuk terpesong.

(e) Tekanan gas dalam sebuah tiub kapilari yang terperangkap oleh merkuri

TUTORIAL 7

pada tiub-U pada rajah di atas dicabut? (Tekanan atmosfera = 76 cm Hg)

1 Tekanan atmosfera di permukaan bumi adalah 1 x 105Pa. Walau bagaimanapun kita tidak merasainya kerana A B C D 2

A

Atmosfera adalah ringan Ketumpatan atomsfera kurang daripada ketumpatan badan kita Tekanan udara di dalam badan kita sama dengan tekanan atmosfera Daya yang dikenakan oleh tekanan atmosfera adalah sifar

B

C

D

Di antara rajah-rajah berikut yang manakah menunjukkan tinggi h yang betul pada barometer untuk menentukan tekanan atmosfera?

4

merkuri akan mengalir berterusan melalui tiub-U merkuri di dalam kedua-dua tiub itu akan turun ke aras sama dengan dengan merkuri dalam takung merkuri di dalam kedua-dua kaki tiub itu akan turun hingga aras 76 cmdari permukaan merkuri di dalam takung merkuri di dalam kedua-dua kaki tiub-U akan turun hingga aras 50 cm dari permukaan merkuri di dalam takung

Rajah di atas menunjukkan sebuah barometer yang ringkas.Apakah terjadi kepada nilai h jika tiub itu dicondongkan sedikit? A B C

bertambah berkurang tetap

5 Jika tekanan atmosfera adalah 75 cmHg, berapakah tekanan di titik X? 3

Apakah yang terjadi apabila penyumbat getah yang terdapat

A 0 cm Hg 65 cm Hg

B

C 75cm Hg 85 cm Hg E 100 cm Hg 6

9

Merkuri dipilih didalam membina sebuah barometer kerana A B C D

7

D

warnanya berkilat ketumpatan tinggi tidak dipengaruhi suhu tidak melekat pada kaca

Sebuah barometer berada di dalam sebuah makmal yang berketumpatan 75 cm Hg,Apabila ruang vakumnya diisikan dengan gas X didapati panjang turus merkuri dalam salur adalah 40 cm.Tekanan gas itu adalah

A cm Hg 75 E

0 cm Hg B 40 cm Hg cm Hg 110 cm Hg

B

35 D

Sebuah barometer mencatatkan tekanan atmosfera 76 cm Hg. Apakah panjang minimum merkuri bagi sebuah barometer yang menggunakan cecair yang berketumpatan 1 ketumpatan 5 merkuri ?

A C E

380 cm 100 cm 15

B D

320 cm 76 cm

10 Jika ketumpatan merkuri adalah 1.4 x 104 kgm-3 merkuri.berapakah tekanan atmosfera yang bernilai 75 cm Hg di dalam unit Pa? A 1.05 x 105 1.05 x 104 C 1.86 x105 1.08 x 104 E 1.00 x 104

B D

11 Suatu gas dalam bekas tertutup menghasilkan tekanan yang tetap.Ini kerana molekul gas adalah

8 Rajah menunjukkan sebuah barometer ringkas yang berada di dalam sebuah makmal yang mempunyai tekanan atmosfera 75 cmHg. Berapakah nilai tinggi air,h yang boleh ditambah supaya tinggi merkuri menjadi 80 cm? (rajah tidak mengikut skala sebenar) A 37cm C

5 cm

E

85 cm

68 cm

cm

B D

75

A B sama C secara D

bergerak secara rawak bergerak dengan halaju yang berlanggar sesama molekul kenyal melanggar dinding bekas itu secara rawak dan berterusan

12 Rajah menunjukkan sebuah picagari yang hujungnya telah disumbat dengan satu penyumbat kedap udara.Apabila omboh kedap udara itu ditolak masuk ke dalam silinder picagari,terdapat

rintangan bagi gerakan omboh ke dalam.Rintangan ini disebabkan A B C D

pengurangan tekanan udara dalam picagari daya tarikan yang wujud di antara molekul-molekul udara daya tarikan yang wujud antara molekul udara dengan dinding silinder itu. pertambahan kadar perlanggaran molekul-molekul udara dengan permukaan omboh itu

C

76 cm Hg

E

100 cm Hg

D

86 cm

Hg 15 Apabila manometer pada rajah di atas digunakan untuk mengukur tekanan gas didapati tinggi merkuri 30 cm.Berapakah tinggi merkuri jika manometer digunakan dengan salur yang mempunyai keratan rentas 2 kali ganda daripada manometer asal? (Tekanan atmosfera = 75 cm Hg) A C E

13 Yang manakah antara berikut tidak berubah apabila suatu gas dalam bekas yang tertutup dimampat dengan cepat?

15 cm 60 cm 80 cm

B D

30 cm 75 cm

A saiz molekul-molekul gas B bilangan molekul gas perunit isipadu C purata jarak antara molekulmolekul gas D frekuensi perlanggaran di antara molekul-molekul gas 16 Rajah menunjukkan satu tiub-U berisi dengan dua jenis cecair X dan cecair Y.Tinggi turus cecair X dan cecair Y masing-masing adalah 12 cm dan 4 cm. Jika ketumpatan cecair Y adalah 0.9 gcm-3,berapakah ketumpatan cecair X? 14 Rajah menunjukkan sebuah manometer yang disambungkan kepada suatu tangki gas. Berapakah tekanan gas dalam tangki gas itu jika tekanan atmosfera adalah 76 cm Hg? A

10 cm Hg

B

66 cm

Hg

A

0.3 g cm-3

B

0.6 g

C

1.2 g cm-3

D

2.7 g

cm

-3

cm

-3

E

2.7 g cm-3

C

17 Rajah(a) menunjukkan satu manometer berisi dengan air disambung kepada bekalan gas dan didapati perbezaan aras air dalam lengan salur adalah 10 cm.Apabila digantikan dengan dengan cecair x seperti rajah(b) perbezaan aras cecair x dalam lengan salur adalah 25 cm.Jika ketumpatan air ialah 1 g cm-3, berapakah ketumpatan cecair x? A 2.5 g cm-3 g cm-3 C 0.8 g cm-3 g cm-3 E 0.1 g cm-3

B

2.0

D

0.4 20 Rajah menunjukkan omboh kedap udara digerakkan ke atas.Pernyataan yang manakah dari yang berikut mengenai molekul-molekul udara di dalam ruang silinder adalah benar?

18 Rajah menunjukkan radas Hare terdiri daripada dua buah takung mengandungi cecair A dan B yang berketumptan 800 kg m-3 dan 600 kg m-3 masing-masing.Apabila udara di dalam salur disedut keluar,nisbah ketinggian h1 dan h2 adalah A C E

1: 1 4:3 2:3

D

tiub kaca ditolak masuk ke dalam merkuri di dalam takung gelembong-gelembong udara dimasukkan ke dalam tiub kaca itu.

B

3:4 D 5: 2

19 Rajah di atas menunjukkan sebuah barometer yang ringkas.Tinggi h akan berubah jika A tiub kaca dicondongkan sedikit B lebih merkuri ditambah ke dalam takung

A Ketumpatan molekul berkurangan B Purata jarak antara molekul bertambah dinding bertambah C Bilangan molekul perunit isipadu berkurang D Frekuensi perlanggaran molekul dengan Molekul bertambah 21 Antara pasangan alat-alat berikut yang manakah beroperasi berdasarkan tekanan gas? A B Fortin

Tolok Bourdon dan Manometer Manometer dan Barometer

C Tolok Bourdon dan Barometer Fortin D Barometer Fortin dan Barometer Aneroid

(i) titk J (ii) titik K

(e) Apakah yang terjadi kepada nilai h jika (i) tiub itu dinaikkan setinggi 10 cm 22 Rajah di atas menunjukkan satu susunan radas yang digunakan untuk mengukur tekanan atmosfera di dalam makmal. Panjang tiub itu adalah 100 cm.(Tekanan atmosfera di dalam makmal = 75 cm Hg) (a) Apakah nama yang diberikan kepada alat seperti ini? ……………………………………… ………… (b) Namakan ruangan P. ……………………………………… ………… (c) (i) Berapakah nilai h?

(ii) Berikan sebab mengapa merkuri di dalam tiub kaca tidak turun ke dalam balang merkuri?? ………………………………… ……… ………………………………… ……… (d) Berapakah tekanan dalam unit cm Hg pada

……………………………………… ……… (ii) tiub itu diturunkan sedalam 5 cm ……………………………………… ………… (iii) tiub itu dicondongkan sedikit supaya ia membuat satu sudut lebih kurang 50 dengan garis tegak? ……………………………………… ……… (iv) suhu di sekeliling alat ini bertambah ……………………………………… ……… (v) alat ini dibawa ke puncak sebuah gunung ……………………………………… ……… (vi) sedikit air dimasukkan ke kawasan P. ……………………………………… ………… (f) Sekiranya air ialah 1000 kg m-3 dan merkuri mempunyai ketumpatan 13 kali ganda daripada ketumpatan air,tentukan

(i)tekanan atmosfera dalam unit cm Hg

(i) Terangkan mengapa aras air dan aras minyak naik ke dalam kedua-dua salur? ……………………………………… …………

(ii) nilai h jika merkuri digantikan dengan air.

……………………………………… ………… (ii) Mengapakah tinggi turus air itu berbeza daripada tinggi turus minyak? ……………………………………… ………… (c) Ketumpatan air adalah 1000 kg m-3. (i) Tinggi turus air dalam salur Q diukur dari permukan air dalam bikar adalah 10.0 cm.Hitungkan tekanan pada titik X yang disebabkan oleh turus air sahaja.

23 Rajah menunjukkan satu susunan radas yang boleh digunakan untuk menentukan ketumpatan suatu cecair. (a) Pada rajah(a) tekanan atmosfera adalah 1 x 105 Pa.Berapakah tekanan udara dalam salur P dan salur Q?

(b) Udara kemudian disedut keluar dari salur P dan salur Q melalui salur getah R yang kemudiannya ditutup ketat dengan satu klip.Rajah(b)menunjukkan aras air dan aras minyak selepas udara disedut keluar.

(ii) Seterusnya hitungkan tekanan udara yang masih terperangkap di dalam salur-salur itu.

(iii) Bandingkan tekanan pada titik Z yang disebabkan oleh turus minyak sahaja dengan tekanan pada titik X yang disebabkan oleh turus air itu sahaja.

……………………………………… ……… (iv) Tinggi turus minyak dalam salur P diukur dari permukaan minyak dalam bikar ialah 12.5 cm.Daripada maklumat yang diberi,hitungkan ketumpatan minyak. 24 (a) Apakah yang dimaksudkan dengan tekanan atmosfera. (b) Huraikan bagaimanakah anda dapat menyediakan sebuah barometer yang ringkas. (c) Huraikan prinsip operasi sebuah pembersi vakum. (d) Huraikan satu eksperimen untuk menunjukkan kewujudan tekanan atmosfera. 25 (a) Berdasarkan teori kinetik jirim terangkan bagaimana gas mengenakan ke atas dinding bekas yang mengisinya. (b) Huraikan bagaimana anda menyediakan sebuah barometer yang ringkas. (c) Terangkan prinsip operasi tolok Bourdon.