تجربة توريتشيلي

ابتكر العالم الإيطالي إيفانجيليستا توريتشيلي (1608-1647) تجربة توريتشيلي في بيزا عام 1644 ^{[ 1 ]} . وكان الهدف من تجربته إثبات أن مصدر "رعب الفراغ" في الطبيعة هو الضغط الجوي . ^{[ 2 ]}

على مرّ التاريخ البشري، تم تجاهل ضغط الغازات كالهواء أو إنكاره أو اعتباره أمرًا مفروغًا منه، ولكن في وقت مبكر من القرن السادس قبل الميلاد، ادّعى الفيلسوف اليوناني أناكسيمينس الملطي أن كل شيء مصنوع من الهواء الذي يتغير ببساطة بتغير مستويات الضغط. لاحظ أناكسيمينس تبخر الماء وتحوله إلى غاز ، ورأى أن هذا ينطبق حتى على المواد الصلبة. فالهواء الأكثر تكثفًا يُنتج أجسامًا أبرد وأثقل، والهواء المتمدد يُنتج أجسامًا أخف وأسخن. وهذا يُشبه كيف تصبح الغازات أقل كثافة عند ارتفاع درجة حرارتها وأكثر كثافة عند انخفاضها.

ذكر أرسطو في بعض كتاباته أن "الطبيعة تكره الفراغ"، وأن الهواء ليس له كتلة أو وزن. وقد ساهمت شعبية هذا الفيلسوف في إبقاء هذا الرأي سائداً في أوروبا لألفي عام. حتى أن غاليليو نفسه تبنى هذا الرأي، معتقداً أن قوة سحب الفراغ تُحدث سيفوناً، وأن هذه القوة يمكن التغلب عليها إذا كان السيفون مرتفعاً بما يكفي.

في القرن السابع عشر، أجرى إيفانجليستا توريتشيلي تجارب باستخدام الزئبق مكّنته من قياس وجود الهواء. كان يغمس أنبوبًا زجاجيًا مغلقًا من أحد طرفيه في وعاء من الزئبق، ثم يرفع الطرف المغلق منه مع إبقاء الطرف المفتوح مغمورًا. كان وزن الزئبق يسحبه إلى الأسفل، تاركًا فراغًا جزئيًا عند الطرف الآخر. وقد أكّد هذا اعتقاده بأن للهواء/الغاز كتلة، مما يُولّد ضغطًا على الأشياء المحيطة به. ساعد هذا الاكتشاف توريتشيلي على الوصول إلى الاستنتاج التالي:

نحن نعيش مغمورين في قاع محيط من عنصر الهواء، والذي من المعروف من خلال تجارب لا جدال فيها أن له وزناً.

كان هذا الاختبار في الأساس أول مقياس ضغط موثق .

في عام 1647، نشر فاليريانوس ماغنوس كتابه "Demonstratio ocularis" ، الذي ادعى فيه أنه أثبت وجود الفراغ في بلاط ملك بولندا، لاديسلاوس الرابع ، في وارسو، من خلال تجربة مماثلة لتلك التي أجراها توريتشيلي قبل ثلاث سنوات. وبعد ثلاثة أشهر من نشر ماغنوس، نشر بليز باسكال كتابه "Expériences nouvelles touchant le vide" ، الذي قدم فيه تفاصيل تجاربه البارومترية الأولى.

ذهب باسكال إلى أبعد من توريتشيلي، حيث جعل صهره يجرب التجربة على ارتفاعات مختلفة على جبل، ووجد بالفعل أنه كلما انخفضنا في محيط الغلاف الجوي، زاد الضغط.

تستخدم التجربة بارومترًا بسيطًا لقياس ضغط الهواء، حيث يُملأ بالزئبق حتى 75% من الأنبوب. يجب إزالة أي فقاعات هواء في الأنبوب بقلبه عدة مرات. بعد ذلك، يُملأ الأنبوب مرة أخرى بالزئبق النظيف حتى يمتلئ تمامًا. ثم يُوضع البارومتر مقلوبًا على طبق مملوء بالزئبق. يؤدي هذا إلى هبوط الزئبق في الأنبوب حتى يصبح الفرق بين مستوى الزئبق على السطح وداخل الأنبوب حوالي 760  مم. ^{[ 3 ]} حتى عند هز الأنبوب أو إمالته، لا يتأثر الفرق بين مستوى الزئبق على السطح وداخل الأنبوب بسبب تأثير الضغط الجوي.

خلص توريتشيلي إلى أن سائل الزئبق في الأنبوب يستفيد من الضغط الجوي الموجود على سطح سائل الزئبق في الطبق. كما ذكر أن تغيرات مستوى السائل من يوم لآخر ناتجة عن تغير الضغط الجوي. ويُطلق على الفراغ الموجود في الأنبوب اسم فراغ توريتشيلي. ^{[ 4 ]}

• 760 ملم زئبق = 1 ضغط جوي
• 1 ضغط جوي = 1013 مليبار أو هيكتوباسكال
• 1 ملي بار أو هيكتوباسكال = 0.7502467 مليمتر زئبقي

1 باسكال = 1 نيوتن لكل متر مربع (وحدة النظام الدولي للوحدات) 1 هيكتوباسكال يساوي 100000 باسكال