Experimentul lui Torricelli pentru vid și presiunea atmosferică (1643)

Experimentul lui Torricelli a fost inventat la Pisa în 1643 de omul de știință italian Evangelista Torricelli (1608-1647). Scopul experimentului său este de a demonstra că sursa de vid provine de la presiunea atmosferică.

Pentru o mare parte a istoriei omenirii, presiunea gazelor precum aerul a fost ignorată, refuzată sau luată de bună așa cum e, dar încă din secolul al VI-lea î.e.n., filozoful grec Anaximenes din Milet a susținut că toate lucrurile sunt făcute din aer care este pur și simplu schimbat prin variație de niveluri de presiune. El a putut observa evaporarea apei, transformându-se într-un gaz și a simțit că acest lucru se aplica inclusiv materiei solide. Aerul mai condensat făcea obiecte mai reci și mai grele, iar aerul expandat făcea obiecte mai ușoare și mai fierbinți. Acest lucru era asemănător cu modul în care gazele devin cu adevărat mai puțin dense când sunt mai calde și mai dense când sunt mai reci.

Aristotel a afirmat în unele scrieri că „natura detestă vidul” și, de asemenea, că aerul nu are masă/greutate. Popularitatea acelui filozof a păstrat această viziune dominantă în Europa timp de două mii de ani. Chiar și Galileo a acceptat-o, crezând că tracțiunea de vid este cea care creează un sifon, o tracțiune depășită dacă sifonul este suficient de înalt.

În secolul al XVII-lea, Evangelista Torricelli a efectuat experimente cu mercur care i-au permis să măsoare prezența aerului. Înmuia un tub de sticlă, închis la un capăt, într-un vas cu mercur și ridica acel capăt închis din el, ținând capătul deschis scufundat. Greutatea mercurului l-ar trage în jos, lăsând un vid parțial la capătul îndepărtat. Acest lucru i-a validat credința că aerul/gazul are masă, creând presiune asupra lucrurilor din jur. Descoperirea l-a ajutat pe Torricelli să ajungă la concluzia:

”Trăim scufundați în fundul unui ocean al elementului aer, despre care, prin experimente incontestabile, se știe că are greutate.”

Acest test a fost în esență primul manometru documentat.

În 1647, Valerianus Magnus își publică Demonstratio ocularis, în care susține că a dovedit existența vidului, la curtea regelui Poloniei Ladislaus al IV-lea din Varșovia, printr-un experiment identic cu cel efectuat de Torricelli cu trei ani mai devreme. La trei luni după Magnus, Blaise Pascal își publică Expériences nouvelles touchant le vide, oferind detalii despre primele sale experimente barometrice.

Pascal a mers mai departe decât Torricelli, punându-l pe cumnatul său să încerce experimentul la diferite altitudini pe un munte și constatând într-adevăr că, cu cât este situat mai jos în ​​oceanul de atmosferă, cu atât presiunea este mai mare.

Procedura

(Torricelli a inventat barometrul cu mercur, înregistrat în cărțile lui Camille Flammarion (1923))

Experimentul lui Torricelli folosește un barometru simplu pentru a măsura presiunea aerului, umplându-l cu mercur până la 75% din tub. Orice bule de aer din tub trebuie îndepărtate prin răsturnarea de mai multe ori. După aceea, se umple din nou cu un mercur curat până când tubul este complet plin. Barometrul este apoi plasat inversat pe vasul plin cu mercur. Acest lucru face ca mercurul din tub să scadă până când diferența dintre mercurul de la suprafață și cel din tub este de aproximativ 760 mm. Chiar și atunci când tubul este scuturat sau înclinat, diferența dintre suprafață și tub nu este afectată din cauza influenței presiunii atmosferice.

Concluzie

Torricelli a concluzionat că fluidul de mercur din tub este ajutat de presiunea atmosferică prezentă pe suprafața fluidului de mercur de pe vas. El a mai afirmat că modificările nivelului lichidului de la o zi la alta sunt cauzate de variația presiunii atmosferice. Spațiul gol din tub se numește vid Torricellian.

760 mmHg = 1 atm
1 atm = 1 013 mbar sau hPa
1 mbar sau hPa = 0,7502467 mmHg
1 pascal = 1 Newton pe metru pătrat (unitate SI)
1 hectopascal este 100 pascali

(Include texte traduse și adaptate din Wikipedia de Nicolae Sfetcu)