Налягането е физическа величина, която играе специална роля в природата и човешкия живот. Това неусетно за окото явление не само се отразява на състоянието на околната среда, но и се усеща много добре от всички. Нека да разберем какво представлява, какви видове съществуват и как да намерим налягането (формулата) в различни среди.
Това, което се нарича налягане във физиката и химията
Този термин се отнася до важна термодинамична величина, която се изразява като отношение на перпендикулярно упражнената сила на натиск към повърхността, върху която действа. Това явление не зависи от размера на системата, в която работи, следователно се отнася до интензивни количества.
В състояние на равновесие, според закона на Паскал, налягането е еднакво за всички точки в системата.
Във физиката и химията това се обозначава с буквата "P", която е съкращение от латинското име на термина - pressūra.
Ако говорим за осмотично налягане на течност (балансът между наляганетовътре и извън клетката), се използва буквата "P".
Единици за налягане
Съгласно стандартите на Международната система SI, разглежданото физическо явление се измерва в паскали (кирилица - Pa, латиница - Ra).
Въз основа на формулата за налягане се оказва, че един Pa е равен на един N (нютон - единица сила), разделен на един квадратен метър (единица площ).
На практика обаче е доста трудно да се прилагат паскали, тъй като тази единица е много малка. В тази връзка, в допълнение към стандартите SI, тази стойност може да бъде измерена по различен начин.
По-долу са най-известните му аналози. Повечето от тях са широко използвани в бившия СССР.
- Барове. Един бар е равен на 105 Pa.
- Тори, или милиметри живак. Приблизително един Torr съответства на 133,3223684 Pa.
- Милиметри воден стълб.
- Метри воден стълб.
- Техническа атмосфера.
- Физически атмосфери. Един атм е равен на 101,325 Pa и 1,033233 at.
- Килограм-сила на квадратен сантиметър. Има още тон-сила и грам-сила. Освен това има аналогова сила на паунд на квадратен инч.
Обща формула за налягане (7-ми клас физика)
От дефиницията на дадено физическо количество можете да определите метода за намирането му. Изглежда като снимката по-долу.
В него F е сила, а S е площ. С други думи, формулата за намиране на налягането е неговата сила, разделена на повърхността, върху която тозасяга.
Може да се запише и така: P=mg / S или P=pVg / S. Така тази физическа величина е свързана с други термодинамични променливи: обем и маса.
За натиск се прилага следният принцип: колкото по-малко е пространството, засегнато от силата, толкова по-голяма е силата на натискане. Ако обаче площта се увеличи (със същата сила), желаната стойност намалява.
Формула за хидростатично налягане
Различни агрегатни състояния на веществата, осигуряват наличието на техните свойства, които са различни едно от друго. Въз основа на това методите за определяне на P в тях също ще бъдат различни.
Например, формулата за водно налягане (хидростатично) изглежда така: P=pgh. Важи и за газове. Въпреки това, той не може да се използва за изчисляване на атмосферното налягане, поради разликата във височините и плътността на въздуха.
В тази формула p е плътността, g е гравитационното ускорение, а h е височината. Въз основа на това, колкото по-дълбоко потъва даден обект или обект, толкова по-голямо е налягането, упражнявано върху него вътре в течността (газ).
Разглежданият вариант е адаптация на класическия пример P=F / S.
Ако помним, че силата е равна на производната на масата по скоростта на свободно падане (F=mg), а масата на течността е производна на обема по плътността (m=pV), тогава формулата за налягане може да се запише като P=pVg / S. В този случай обемът е площта, умножена по височината (V=Sh).
Ако вмъкнете тези данни, се оказва, че площта в числителя изнаменателят може да се намали, а изходът - по горната формула: P=pgh.
Като се има предвид налягането в течности, си струва да се помни, че за разлика от твърдите тела, повърхностният слой често може да бъде изкривен в тях. А това от своя страна допринася за образуването на допълнителен натиск.
За такива ситуации се използва малко по-различна формула за налягане: P=P0 + 2QH. В този случай P0 е налягането на неизвития слой, а Q е повърхността на напрежението на течността. H е средната кривина на повърхността, която се определя от закона на Лаплас: H=½ (1/R1+ 1/R2). Компонентите R1 и R2 са радиусите на главната кривина.
частично налягане и неговата формула
Въпреки че методът P=pgh е приложим както за течности, така и за газове, по-добре е налягането в последните да се изчисли по малко по-различен начин.
Факт е, че в природата по правило абсолютно чистите вещества не са много разпространени, защото в нея преобладават смеси. И това се отнася не само за течности, но и за газове. И както знаете, всеки от тези компоненти упражнява различно налягане, наречено парциално налягане.
Доста лесно се забелязва. То е равно на сумата от налягането на всеки компонент от разглежданата смес (идеален газ).
От това следва, че формулата за парциално налягане изглежда така: P=P1+ P2+ P3… и така нататък, според броя на компонентите.
Често има моменти, когато е необходимо да се определи налягането на въздуха. Някои обаче погрешно извършват изчисления само с кислород по схемата P=pgh. Но въздухът е смес от различни газове. Съдържа азот, аргон, кислород и други вещества. Въз основа на текущата ситуация формулата за въздушно налягане е сумата от наляганията на всички негови компоненти. Така че, трябва да вземете горното P=P1+ P2+ P3…
Най-често срещаните манометри
Въпреки факта, че не е трудно да се изчисли разглежданата термодинамична величина с помощта на горните формули, понякога просто няма време за извършване на изчислението. В крайна сметка винаги трябва да вземете предвид много нюанси. Следователно, за удобство, през вековете са разработени редица устройства, които да правят това вместо хора.
Всъщност почти всички устройства от този вид са разновидности на манометър (помага за определяне на налягането в газове и течности). Те обаче се различават по дизайн, точност и обхват.
- Атмосферното налягане се измерва с помощта на манометър, наречен барометър. Ако е необходимо да се определи вакуума (т.е. налягането е под атмосферното налягане), се използва друга негова версия, вакуумномер.
- За да се установи кръвното налягане на човек, се използва сфигмоманометър. За повечето той е по-известен като неинвазивен тонометър. Има много разновидности на такива устройства: от живачни механични до напълно автоматични цифрови. Тяхната точност зависи от материалите, от които са направени и къде са измерени.
- Налягането в околната среда спада (споредАнглийски - спад на налягането) се определят с диференциални манометри или дифнамометри (да не се бърка с динамометри).
Видове натиск
Имайки предвид налягането, формулата за намирането му и неговите вариации за различните вещества, си струва да научите за разновидностите на това количество. Има пет от тях.
- Абсолютно.
- Барометрично
- Излишък.
- Вакуометричен.
- Диференциал.
Абсолютно
Това е името на общото налягане, под което се намира вещество или обект, без да се отчита влиянието на други газообразни компоненти на атмосферата.
Измерва се в паскали и е сумата от излишъка и атмосферното налягане. Това е и разликата между барометрични и вакуумни типове.
Изчислява се по формулата P=P2 + P3 или P=P2 - R4.
За референтна точка за абсолютно налягане в условията на планетата Земя се взема налягането вътре в контейнера, от който се отстранява въздухът (т.е. класическият вакуум).
Само този тип налягане се използва в повечето термодинамични формули.
Барометрично
Този термин се отнася до налягането на атмосферата (гравитацията) върху всички обекти и обекти, намиращи се в нея, включително повърхността на самата Земя. На повечето е известен също като атмосферен.
Той е класифициран като термодинамичен параметър и стойността му варира в зависимост от мястото и времето на измерване, както и метеорологичните условия и това, че е над/под морското равнище.
Стойност на барометричното наляганеравен на модула на силата на атмосферата върху площ с единица по нормалата към нея.
В стабилна атмосфера големината на това физическо явление е равна на теглото на въздушен стълб върху основа с площ, равна на единица.
Нормално барометрично налягане - 101 325 Pa (760 mm Hg при 0 градуса по Целзий). Освен това, колкото по-високо е обектът от повърхността на Земята, толкова по-ниско става атмосферното налягане върху него. На всеки 8 км намалява със 100 Pa.
Благодарение на този имот в планината водата в чайниците кипи много по-бързо, отколкото у дома на печката. Факт е, че налягането влияе върху точката на кипене: с намаляването му последната намалява. И обратно. На този имот е изградена работата на такива кухненски уреди като тенджера под налягане и автоклав. Повишаването на налягането вътре в тях допринася за образуването на по-високи температури в съдовете, отколкото в обикновените тигани на печката.
Формулата за барометричната надморска височина се използва за изчисляване на атмосферното налягане. Изглежда като снимката по-долу.
P е желаната стойност на височина, P0 е плътността на въздуха близо до повърхността, g е ускорението на свободно падане, h е височината над Земята, m е моларната маса на газа, t е температурата на системата, r е универсалната газова константа от 8,3144598 J⁄(mol x K) и e е числото на Еклер, равно на 2,71828.
Често в горната формула за атмосферно налягане вместо R се използва Kе константата на Болцман. Универсалната газова константа често се изразява по отношение на нейния продукт чрез числото на Авогадро. По-удобно е за изчисления, когато броят на частиците е даден в молове.
Когато правите изчисления, винаги трябва да вземете предвид възможността за промени в температурата на въздуха поради промяна в метеорологичната ситуация или при изкачване над морското равнище, както и географската ширина..
Указател и вакууммер
Разликата между атмосферното налягане и измереното налягане на околната среда се нарича свръхналягане. В зависимост от резултата името на стойността се променя.
Ако е положително, това се нарича манометър.
Ако полученият резултат е със знак минус, това се нарича вакуум. Струва си да запомните, че не може да бъде повече от барометричен.
Диференциал
Тази стойност е разликата в налягането в различни точки на измерване. Като правило се използва за определяне на спада на налягането на всяко оборудване. Това е особено вярно в петролната индустрия.
След като разбрахме какъв вид термодинамична величина се нарича налягане и с какви формули се намира, можем да заключим, че това явление е много важно и следователно знанията за него никога няма да са излишни.
