Basınçlı havanın nasıl çalıştığını anlamak için temel fizik bilgilerini öğrenmek çok yardımcı olabilir. Maddenin yapısını açıklayarak başlayacağız. İkinci bölümde maddenin ve moleküllerinin dört farklı hali hakkında daha fazla bilgi alacağız.
Madde neden yapılmıştır?
Tüm maddeler ister gaz, ister sıvı veya katı halinde olsun atomlardan oluşur. Bu nedenle atomlar maddenin temel yapı taşlarıdır ancak neredeyse her zaman bir molekülün parçası olarak görülürler. Molekül ise aynı veya farklı tipte atomlar ile bir araya gelen birden fazla atoma verilen addır. Atomlar proton ve nötronlardan oluşan yoğun bir çekirdek ve etrafındaki küçük, hafif ve yüksek hızda dönen elektronlardan oluşur. Başka yapı taşları da vardır ancak bunlar dengeli değildir. Tüm bu parçacıklar dört özelliğe sahiptir:
– elektrik yükleri
– durağan haldeki kütleleri
– mekanik momentumları
– manyetik momentumları
Atomun çekirdeğindeki proton sayısı, atom sayısına eşittir. Toplam proton ve nötron sayısı yaklaşık olarak atomun kütlesine eşittir çünkü elektronlar neredeyse sıfır kütleye sahiptir. Bu bilgiler periyodik tabloda bulunabilir. Elektron grubu, çekirdekteki protonlar ile aynı sayıda elektron içerir. Bu nedenle atomlar genellikle elektrik açısından nötrdür.
Danimarkalı fizikçi Niels Bohr, 1913’te bir atomun modelini oluşturdu. Atomların yalnızca durağan halde ve belirli bir enerji ile var olabileceğini gösterdi. Atom bir enerji durumundan başka bir enerji durumuna geçtiğinde, bir radyasyon kuantumu yayılır. Buna foton adı verilir. Bu farklı geçişler, farklı dalga boyları olan ışık olarak ortaya çıkar. Spektrograflarda atomun spektrum çizgileri olarak görülürler.
Maddenin dört hali nedir?
Kimyasal bağlar ile bir arada tutulan atomlara molekül adı verilir. Bunlar o kadar küçüktür ki, atmosferik basınçta 1 mm3 hava içinde 2,55 x 1016 molekül bulunur. Temelde tüm maddeler dört farklı halde bulunabilir:
– katı hal
– sıvı hal
– gaz hali
– plazma hali
Moleküller, katı halde güçlü bağlar ile bir ızgara yapısında sıkı bir şekilde yan yana bulunur. Mutlak sıfır üzerindeki sıcaklıklarda, moleküller bir miktar harekete başlar. Bu durumda dengeli konumun etrafında titreşim oluşur ve sıcaklık arttıkça titreşim hızlanır. Katı haldeki bir madde moleküllerin hareketi katı ızgara düzeni ile engellenemeyecek kadar ısıtıldığında, moleküller serbest kalır, madde erir ve sıvıya dönüşür. Sıvı daha da fazla ısıtılırsa moleküller arasındaki bağlar tamamen kopar ve sıvı haldeki madde gaz haline geçer. Gazlar tüm yönlere yayılır ve odadaki diğer gazlara karışır. Gaz molekülleri soğutulduğunda, hızlarını kaybederler ve tekrar birbirlerine yapışarak kondens oluştururlar. Ancak gaz molekülleri daha da ısıtılırsa alt parçacıklara ayrılırlar ve elektronlar ve atom çekirdeklerinden oluşan bir plazma oluştururlar.