การทดลองของทอร์ริเชลลี


การทดลองของทอร์ริเชลลีถูกคิดค้นขึ้นที่เมืองปิซาในปี ค.ศ. 1643 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีชื่อ เอวานเจลิสตา ทอร์ริเชลลี (ค.ศ. 1608-1647) จุดประสงค์ของการทดลองของเขาคือเพื่อพิสูจน์ว่าแหล่งที่มาของ"ความน่ากลัวของสุญญากาศ" ตามธรรมชาติมาจาก ความ ดันบรรยากาศ[ 1 ]
บริบท
ตลอดช่วงเวลาส่วนใหญ่ของประวัติศาสตร์มนุษย์ ความดันของก๊าซ เช่น อากาศ ถูกละเลย ปฏิเสธ หรือมองข้ามไป แต่ในช่วงต้นศตวรรษที่ 6 ก่อนคริสต์ศักราช นักปรัชญากรีกชื่ออนาซิเมเนสแห่งมิเลตุสได้กล่าวอ้างว่า ทุกสิ่งทุกอย่างล้วนประกอบด้วยอากาศที่เปลี่ยนแปลงไปตามระดับความดันที่แตกต่างกัน เขาได้สังเกตเห็นการระเหยของน้ำและเปลี่ยนเป็นก๊าซ และรู้สึกว่าสิ่งนี้ใช้ได้กับสสารที่เป็นของแข็งด้วยเช่นกัน อากาศที่อัดแน่นมากขึ้นทำให้วัตถุเย็นลงและหนักขึ้น และอากาศที่ขยายตัวทำให้วัตถุเบาลงและร้อนขึ้น ซึ่งคล้ายคลึงกับก๊าซที่มีความหนาแน่นน้อยลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นและมีความหนาแน่นมากขึ้นเมื่ออุณหภูมิต่ำลง
อริสโตเติลกล่าวไว้ในงานเขียนบางชิ้นว่า "ธรรมชาติเกลียดชังสุญญากาศ" และอากาศไม่มีมวล/น้ำหนัก ความนิยมของนักปรัชญาผู้นี้ทำให้ความคิดนี้เป็นมุมมองที่โดดเด่นในยุโรปมานานถึงสองพันปี แม้แต่กาลิเลโอ ก็ ยอมรับ โดยเชื่อว่าแรงดึงดูดของสุญญากาศก่อให้เกิดกาลักน้ำ และแรงดึงดูดนั้นสามารถเอาชนะได้หากกาลักน้ำนั้นสูงพอ
ในศตวรรษที่ 17 เอวันเจลิสตา ตอร์ริเชลลี ได้ทำการทดลองเกี่ยวกับปรอทซึ่งทำให้เขาสามารถวัดปริมาณอากาศได้ เขาจะจุ่มหลอดแก้วที่ปิดปลายด้านหนึ่งลงในชามปรอท แล้วยกปลายด้านที่ปิดขึ้นจากชาม โดยให้ปลายด้านที่เปิดอยู่จุ่มอยู่ในปรอท น้ำหนักของปรอทจะดึงหลอดแก้วลง ทำให้เกิดสุญญากาศบางส่วนที่ปลายอีกด้านหนึ่ง การค้นพบนี้ยืนยันความเชื่อของเขาว่าอากาศ/ก๊าซมีมวล และสร้างแรงดันต่อสิ่งต่างๆ รอบตัว การค้นพบนี้ช่วยให้ตอร์ริเชลลีได้ข้อสรุปดังต่อไปนี้:
เราอาศัยอยู่ใต้ก้นมหาสมุทรแห่งธาตุอากาศ ซึ่งจากการทดลองที่พิสูจน์ได้โดยไม่มีข้อโต้แย้งนั้น ทราบกันดีว่าอากาศมีน้ำหนัก
การทดสอบนี้ถือเป็นเครื่องวัดความดัน เครื่องแรก ที่ มีการบันทึกไว้
ในปี ค.ศ. 1647 วาเลเรียนัส แม็กนัสได้ตีพิมพ์ผลงานDemonstratio ocularisซึ่งเขาอ้างว่าได้พิสูจน์การมีอยู่ของสุญญากาศในราชสำนักของพระเจ้าลาดีสเลาส์ที่ 4 แห่งโปแลนด์ ในกรุงวอร์ซอ โดยใช้การทดลองที่เหมือนกับที่ทอร์ริเชลลีได้ทำการทดลองไว้เมื่อสามปีก่อนหน้านั้น สามเดือนหลังจากแม็กนัสบลาส์ ปาสคาล ก็ได้ ตีพิมพ์ผลงาน Expériences nouvelles touchant le videซึ่งให้รายละเอียดเกี่ยวกับการทดลองด้านความดันบรรยากาศครั้งแรกของเขา
ปาสคาลไปไกลกว่าทอร์ริเชลลี โดยให้พี่เขยของเขาทำการทดลองที่ระดับความสูงต่างๆ บนภูเขา และพบว่ายิ่งลงไปลึกในชั้นบรรยากาศมากเท่าไร ความดันก็ยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น
ขั้นตอน
การทดลองนี้ใช้บารอมิเตอร์ แบบง่าย ในการวัดความดันอากาศ โดยเติมปรอทลงไปจนถึง 75% ของหลอด ต้องกำจัดฟอง อากาศในหลอดออกโดยการกลับหลอดหลายๆ ครั้ง หลังจากนั้นจึงเติมปรอทสะอาดลงไปอีกครั้งจนเต็มหลอด จากนั้นจึงวางบารอมิเตอร์คว่ำลงบนจานที่เต็มไปด้วยปรอท การทำเช่นนี้จะทำให้ปรอทในหลอดลดลงจนกระทั่งความแตกต่างระหว่างปรอทที่ผิวน้ำและในหลอดอยู่ที่ประมาณ 760 มม. [ 2 ]แม้ว่าหลอดจะถูกเขย่าหรือเอียง ความแตกต่างระหว่างผิวน้ำและในหลอดก็จะไม่ได้รับผลกระทบจากอิทธิพลของความดันบรรยากาศ
บทสรุป

Torricelli สรุปว่าของเหลว ปรอท ในหลอดได้รับการช่วยเหลือจากความดันบรรยากาศที่มีอยู่บนพื้นผิวของของเหลวปรอทบนจาน เขายังระบุอีกว่าการเปลี่ยนแปลงระดับของเหลวในแต่ละวันเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของความดันบรรยากาศ พื้นที่ว่างในหลอดเรียกว่าสุญญากาศแบบ Torricelli [ 3 ]
- 760 มิลลิเมตรปรอท = 1 บรรยากาศ
- 1 บรรยากาศ = 1,013 มิลลิบาร์หรือเฮกตาร์พาร์
- 1 มิลลิบาร์ หรือ เอชปาสคาล = 0.7502467 มิลลิเมตรปรอท
1 ปาสคาล = 1 นิวตันต่อตารางเมตร (หน่วย SI) 1 เฮกโตปาสคาล เท่ากับ 100,000 ปาสคาล
รูปภาพเพิ่มเติม
- น้ำถูกเติมสีด้วยโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตเพื่อให้มองเห็นได้ง่าย
- นำท่อจากถังขึ้นไปที่ชั้นสามของอาคาร และสังเกตจุดที่ของเหลวหยุดไหลขึ้น
- ภาพถ่ายนี้ถ่ายจากมุมสูงขณะทำการทดลองของทอร์ริเชลลี