Ciśnienie to wielkość fizyczna, która odgrywa szczególną rolę w przyrodzie i życiu człowieka. Zjawisko to, niezauważalne dla oka, wpływa nie tylko na stan środowiska, ale jest też bardzo dobrze odczuwalne przez wszystkich. Zastanówmy się, co to jest, jakie istnieją i jak znaleźć ciśnienie (wzór) w różnych środowiskach.
Co się nazywa ciśnienie w fizyce i chemii
Ten termin odnosi się do ważnej wielkości termodynamicznej, która jest wyrażona jako stosunek prostopadłej siły nacisku do pola powierzchni, na którą działa. Zjawisko to nie zależy od wielkości systemu, w którym działa, dlatego dotyczy ilości intensywnych.
W stanie równowagi, zgodnie z prawem Pascala, ciśnienie jest takie samo we wszystkich punktach układu.
W fizyce i chemii jest to oznaczane literą „P”, która jest skrótem łacińskiej nazwy terminu - pressūra.
Jeśli mówimy o ciśnieniu osmotycznym cieczy (równowaga między ciśnieniemwewnątrz i na zewnątrz klatki), używana jest litera „P”.
Jednostki ciśnienia
Zgodnie ze standardami międzynarodowego układu SI rozważane zjawisko fizyczne mierzone jest w paskalach (cyrylica - Pa, łac. - Ra).
Na podstawie wzoru na ciśnienie okazuje się, że jedno Pa jest równe jednemu N (niuton - jednostka siły) podzielonemu przez jeden metr kwadratowy (jednostka powierzchni).
Jednak w praktyce raczej trudno jest zastosować paskale, ponieważ ta jednostka jest bardzo mała. W związku z tym, oprócz norm SI, wartość ta może być mierzona w inny sposób.
Poniżej znajdują się jego najsłynniejsze odpowiedniki. Większość z nich jest szeroko stosowana w byłym ZSRR.
- Bary. Jeden słupek jest równy 105 Pa.
- Torry, czyli milimetry słupa rtęci. Około jeden Torr odpowiada 133.3223684 Pa.
- Milimetry słupa wody.
- Metry słupa wody.
- Atmosfera techniczna.
- Atmosfery fizyczne. Jeden bankomat to 101 325 Pa i 1,033233 at.
- Kilogram-siła na centymetr kwadratowy. Istnieją również tona-siła i gram-siła. Ponadto istnieje analogowa siła funta na cal kwadratowy.
Ogólny wzór na ciśnienie (fizyka 7 klasy)
Z definicji danej wielkości fizycznej można określić sposób jej znalezienia. Wygląda jak na zdjęciu poniżej.
W nim F to siła, a S to obszar. Innymi słowy, wzór na znalezienie ciśnienia to jego siła podzielona przez powierzchnię, na której działawpływa.
Można to również zapisać w następujący sposób: P=mg / S lub P=pVg / S. Zatem ta wielkość fizyczna jest powiązana z innymi zmiennymi termodynamicznymi: objętością i masą.
W przypadku nacisku obowiązuje następująca zasada: im mniejsza przestrzeń, na którą działa siła, tym większa siła nacisku. Jeśli jednak powierzchnia zwiększa się (z taką samą siłą), żądana wartość maleje.
Wzór ciśnienia hydrostatycznego
Różne stany skupienia substancji zapewniają występowanie ich właściwości różniących się od siebie. Na tej podstawie metody określania w nich P również będą inne.
Na przykład wzór na ciśnienie wody (hydrostatyczne) wygląda tak: P=pgh. Dotyczy to również gazów. Nie można go jednak używać do obliczania ciśnienia atmosferycznego ze względu na różnicę wysokości i gęstości powietrza.
W tym wzorze p to gęstość, g to przyspieszenie grawitacyjne, a h to wysokość. Opierając się na tym, im głębiej przedmiot lub przedmiot tonie, tym wyższe ciśnienie wywierane na niego wewnątrz cieczy (gazu).
Rozważany wariant to adaptacja klasycznego przykładu P=F / S.
Jeśli pamiętamy, że siła jest równa pochodnej masy przez prędkość swobodnego spadania (F=mg), a masa cieczy jest pochodną objętości przez gęstość (m=pV), to wzór na ciśnienie można zapisać jako P=pVg / S. W tym przypadku objętość to powierzchnia pomnożona przez wysokość (V=Sh).
Jeśli wstawisz te dane, okaże się, że pole w liczniku imianownik można zmniejszyć, a wyjście - powyższy wzór: P=pgh.
Biorąc pod uwagę ciśnienie w cieczach, warto pamiętać, że w przeciwieństwie do ciał stałych, warstwa powierzchniowa może być w nich często zniekształcona. A to z kolei przyczynia się do powstawania dodatkowego nacisku.
W takich sytuacjach używany jest nieco inny wzór na ciśnienie: P=P0 + 2QH. W tym przypadku P0 jest ciśnieniem niezakrzywionej warstwy, a Q jest powierzchnią naprężoną cieczy. H to średnia krzywizna powierzchni, którą określa prawo Laplace'a: H=½ (1/R1+ 1/R2). Składniki R1 i R2 są promieniami krzywizny głównej.
Ciśnienie cząstkowe i jego wzór
Chociaż metoda P=pgh ma zastosowanie zarówno do cieczy, jak i gazów, lepiej jest obliczyć ciśnienie w tych ostatnich w nieco inny sposób.
Faktem jest, że w naturze z reguły absolutnie czyste substancje nie są zbyt powszechne, ponieważ przeważają w nich mieszaniny. Dotyczy to nie tylko cieczy, ale także gazów. Jak wiadomo, każdy z tych składników wywiera inny nacisk, zwany ciśnieniem cząstkowym.
Łatwo go zauważyć. Jest równa sumie ciśnienia każdego składnika rozważanej mieszaniny (gaz idealny).
Z tego wynika, że wzór na ciśnienie cząstkowe wygląda następująco: P=P1+ P2+ P3… i tak dalej, w zależności od liczby komponentów.
Często zdarza się, że konieczne jest określenie ciśnienia powietrza. Jednak niektórzy błędnie przeprowadzają obliczenia tylko z tlenem zgodnie ze schematem P=pgh. Ale powietrze jest mieszaniną różnych gazów. Zawiera azot, argon, tlen i inne substancje. W oparciu o obecną sytuację wzór na ciśnienie powietrza jest sumą ciśnień wszystkich jego składników. Tak więc powinieneś przyjąć powyższe P=P1+ P2+ P3…
Najpopularniejsze manometry
Pomimo tego, że obliczenie rozważanej wielkości termodynamicznej nie jest trudne za pomocą powyższych wzorów, czasami po prostu nie ma czasu na wykonanie obliczeń. W końcu zawsze musisz brać pod uwagę liczne niuanse. Dlatego, dla wygody, na przestrzeni wieków opracowano wiele urządzeń, aby robić to zamiast ludzi.
W rzeczywistości prawie wszystkie urządzenia tego typu są odmianami manometrów (pomagają określić ciśnienie w gazach i cieczach). Różnią się jednak konstrukcją, dokładnością i zakresem.
- Ciśnienie atmosferyczne jest mierzone za pomocą manometru zwanego barometrem. Jeśli konieczne jest określenie próżni (czyli ciśnienie jest poniżej ciśnienia atmosferycznego), używana jest inna jego wersja, wakuometr.
- W celu określenia ciśnienia krwi stosuje się ciśnieniomierz. Dla większości jest lepiej znany jako nieinwazyjny tonometr. Istnieje wiele odmian takich urządzeń: od rtęciowych mechanicznych po w pełni automatyczne cyfrowe. Ich dokładność zależy od materiałów, z jakich są wykonane i miejsca ich pomiaru.
- Spadek ciśnienia w środowisku (zgodnie zangielski - spadek ciśnienia) są określane za pomocą manometrów różnicowych lub dyfnamometrów (nie mylić z dynamometrami).
Rodzaje ciśnień
Biorąc pod uwagę ciśnienie, wzór na jego znalezienie i jego wariacje dla różnych substancji, warto zapoznać się z odmianami tej wielkości. Jest ich pięć.
- Absolut.
- Barometryczne
- Nadmiar.
- Wakuometr.
- Różnica.
Absolut
Jest to nazwa całkowitego ciśnienia, pod jakim znajduje się substancja lub obiekt, bez uwzględnienia wpływu innych gazowych składników atmosfery.
Jest mierzony w paskalach i jest sumą nadciśnienia i ciśnienia atmosferycznego. Jest to również różnica między typami barometrycznymi i próżniowymi.
Jest obliczany według wzoru P=P2 + P3 lub P=P2 - R4.
Jako punkt odniesienia dla ciśnienia bezwzględnego w warunkach planety Ziemia, brane jest ciśnienie wewnątrz pojemnika, z którego usuwane jest powietrze (czyli klasyczna próżnia).
Tylko ten rodzaj ciśnienia jest używany w większości wzorów termodynamicznych.
Barometryczne
Ten termin odnosi się do ciśnienia atmosfery (grawitacji) na wszystkie obiekty i obiekty w niej znalezione, łącznie z powierzchnią samej Ziemi. Jest również znany jako najbardziej atmosferyczny.
Jest klasyfikowany jako parametr termodynamiczny, a jego wartość zmienia się w zależności od miejsca i czasu pomiaru, a także warunków pogodowych oraz przebywania nad/poniżej poziomu morza.
Wartość ciśnienia barometrycznegorówny modułowi siły atmosfery na obszarze jedności wzdłuż normalnej do niego.
W stabilnej atmosferze wielkość tego zjawiska fizycznego jest równa ciężarowi słupa powietrza na podstawie o powierzchni równej jeden.
Normalne ciśnienie barometryczne - 101 325 Pa (760 mm Hg przy 0 stopniach Celsjusza). Co więcej, im wyżej obiekt znajduje się od powierzchni Ziemi, tym niższe staje się na nim ciśnienie powietrza. Co 8 km zmniejsza się o 100 Pa.
Dzięki tej właściwości w górach woda w czajnikach gotuje się znacznie szybciej niż w domu na kuchence. Faktem jest, że ciśnienie wpływa na temperaturę wrzenia: wraz ze spadkiem ta ostatnia maleje. I wzajemnie. Na tej nieruchomości zbudowana jest praca takich urządzeń kuchennych jak szybkowar i autoklaw. Wzrost ciśnienia w ich wnętrzu przyczynia się do powstawania w naczyniach wyższych temperatur niż w zwykłych patelniach na kuchence.
Wzór wysokości barometrycznej służy do obliczania ciśnienia atmosferycznego. Wygląda jak na zdjęciu poniżej.
P to pożądana wartość na wysokości, P0 to gęstość powietrza przy powierzchni, g to przyspieszenie swobodnego spadania, h to wysokość nad ziemią, m to masa molowa gazu, t jest temperaturą układu, r jest uniwersalną stałą gazową 8,3144598 J⁄(mol x K), a e jest liczbą Euclaira równą 2,71828.
Często w powyższym wzorze na ciśnienie atmosferyczne zamiast R, K jest używanejest stałą Boltzmanna. Uniwersalna stała gazowa jest często wyrażana jako iloczyn liczby Avogadro. Do obliczeń wygodniej jest podać liczbę cząstek w molach.
Podczas wykonywania obliczeń należy zawsze brać pod uwagę możliwość zmian temperatury powietrza w wyniku zmiany sytuacji meteorologicznej lub podczas wspinania się nad poziomem morza, a także szerokość geograficzną.
Wskaźnik i wakuometr
Różnica między ciśnieniem atmosferycznym a zmierzonym ciśnieniem otoczenia nazywana jest nadciśnieniem. W zależności od wyniku zmienia się nazwa wartości.
Jeśli jest dodatni, nazywa się to nadciśnieniem.
Jeżeli otrzymany wynik jest ze znakiem minus, nazywa się to próżnią. Warto pamiętać, że nie może być więcej niż barometryczny.
Różnicowy
Ta wartość to różnica ciśnień w różnych punktach pomiarowych. Z reguły służy do określenia spadku ciśnienia na dowolnym sprzęcie. Dotyczy to zwłaszcza przemysłu naftowego.
Po ustaleniu, jaki rodzaj wielkości termodynamicznej nazywa się ciśnieniem i za pomocą jakich wzorów jest znaleziona, możemy stwierdzić, że zjawisko to jest bardzo ważne, a zatem wiedza na jego temat nigdy nie będzie zbędna.
