Tryck är en fysisk storhet som spelar en speciell roll i naturen och mänskligt liv. Detta fenomen, omärkligt för ögat, påverkar inte bara miljöns tillstånd, utan känns också mycket väl av alla. Låt oss ta reda på vad det är, vilka typer av det som finns och hur man hittar trycket (formeln) i olika miljöer.
Det som kallas tryck i fysik och kemi
Denna term hänvisar till en viktig termodynamisk storhet, som uttrycks som förhållandet mellan den vinkelrätt utövade tryckkraften och den yta som den verkar på. Detta fenomen beror inte på storleken på systemet som det fungerar i, därför hänvisar det till intensiva mängder.
I ett tillstånd av jämvikt, enligt Pascals lag, är trycket detsamma för alla punkter i systemet.
I fysik och kemi betecknas detta med bokstaven "P", som är en förkortning för termens latinska namn - pressūra.
Om vi pratar om det osmotiska trycket i en vätska (balansen mellan tryckinuti och utanför buren) används bokstaven "P".
Tryckenheter
I enlighet med det internationella SI-systemets standarder mäts det fysiska fenomenet i pascal (kyrilliska - Pa, latin - Ra).
Baserat på tryckformeln visar det sig att ett Pa är lika med ett N (newton - en kraftenhet) dividerat med en kvadratmeter (en enhet av area).
Men i praktiken är det ganska svårt att applicera pascal, eftersom denna enhet är mycket liten. I detta avseende, förutom SI-standarderna, kan detta värde mätas på ett annat sätt.
Nedan är dess mest kända analoger. De flesta av dem används ofta i fd Sovjetunionen.
- Bars. En takt är lika med 105 Pa.
- Torrs, eller millimeter kvicksilver. Ungefär en Torr motsvarar 133,3223684 Pa.
- Millimeter vattenpelare.
- Meter av vattenpelare.
- Tekniska atmosfärer.
- Fysiska atmosfärer. En atm är lika med 101 325 Pa och 1,033233 at.
- Kilogram-kraft per kvadratcentimeter. Det finns också tonkraft och gramkraft. Dessutom finns det en analog pundkraft per kvadrattum.
Allmän formel för tryck (fysik i sjunde klass)
Från definitionen av en given fysisk kvantitet kan du bestämma metoden för att hitta den. Det ser ut som på bilden nedan.
I den är F kraft och S är area. Formeln för att hitta tryck är med andra ord dess kraft dividerad med ytan på vilken denpåverkar.
Det kan också skrivas så här: P=mg / S eller P=pVg / S. Således är denna fysiska storhet relaterad till andra termodynamiska variabler: volym och massa.
För tryck gäller följande princip: ju mindre utrymme som påverkas av kraften, desto större är tryckkraften. Om ytan däremot ökar (med samma kraft) minskar det önskade värdet.
Hydrostatiskt tryckformel
Olika aggregerade tillstånd av ämnen, ger förekomsten av deras egenskaper som skiljer sig från varandra. Baserat på detta kommer metoderna för att bestämma P i dem också att vara olika.
Formeln för vattentryck (hydrostatiskt) ser till exempel ut så här: P=pgh. Det gäller även gaser. Den kan dock inte användas för att beräkna atmosfärstryck, på grund av skillnaden i höjder och luftdensiteter.
I den här formeln är p densiteten, g är gravitationsaccelerationen och h är höjden. Baserat på detta, ju djupare ett föremål eller föremål sjunker, desto högre tryck utövas på det inuti vätskan (gasen).
Varianten som övervägs är en anpassning av det klassiska exemplet P=F / S.
Om vi kommer ihåg att kraften är lika med derivatan av massan av fritt fallhastighet (F=mg), och vätskans massa är derivatan av volymen med densiteten (m=pV), då kan tryckformeln skrivas som P=pVg / S. I detta fall är volymen arean multiplicerad med höjden (V=Sh).
Om du infogar denna data visar det sig att området i täljaren ochnämnaren kan reduceras och utdata - formeln ovan: P=pgh.
Med tanke på trycket i vätskor är det värt att komma ihåg att, till skillnad från fasta ämnen, kan ytskiktet ofta vara förvrängt i dem. Och detta bidrar i sin tur till bildandet av ytterligare tryck.
För sådana situationer används en något annorlunda tryckformel: P=P0 + 2QH. I detta fall är P0 trycket för det icke-krökta skiktet, och Q är vätskespänningsytan. H är ytans genomsnittliga krökning, som bestäms av Laplaces lag: H=½ (1/R1+ 1/R2). Komponenterna R1 och R2 är radierna för huvudkrökningen.
Parti altryck och dess formel
Även om P=pgh-metoden är tillämplig för både vätskor och gaser, är det bättre att beräkna trycket i de senare på ett lite annorlunda sätt.
Faktum är att i naturen, i regel, är absolut rena ämnen inte särskilt vanliga, eftersom blandningar dominerar i det. Och detta gäller inte bara för vätskor, utan också för gaser. Och som ni vet utövar var och en av dessa komponenter olika tryck, som kallas parti altryck.
Det är ganska lätt att upptäcka. Det är lika med summan av trycket för varje komponent i den aktuella blandningen (idealgas).
Av detta följer att parti altrycksformeln ser ut så här: P=P1+ P2+ P3… och så vidare, beroende på antalet komponenter.
Det finns ofta tillfällen då det är nödvändigt att bestämma lufttrycket. Vissa utför dock felaktigt beräkningar endast med syre enligt schemat P=pgh. Men luft är en blandning av olika gaser. Den innehåller kväve, argon, syre och andra ämnen. Baserat på den nuvarande situationen är lufttrycksformeln summan av trycken för alla dess komponenter. Så du bör ta ovanstående P=P1+ P2+ P3…
De vanligaste tryckmätarna
Trots att det inte är svårt att beräkna den termodynamiska kvantiteten i fråga med hjälp av formlerna ovan, finns det ibland helt enkelt inte tid att utföra beräkningen. När allt kommer omkring måste du alltid ta hänsyn till många nyanser. Av bekvämlighetsskäl har därför ett antal enheter utvecklats genom århundradena för att göra detta istället för människor.
Faktum är att nästan alla enheter av detta slag är varianter av en manometer (hjälper till att bestämma trycket i gaser och vätskor). De skiljer sig dock åt i design, noggrannhet och omfattning.
- Atmosfärstrycket mäts med en tryckmätare som kallas barometer. Om det är nödvändigt att bestämma vakuumet (det vill säga trycket är under atmosfärstrycket) används en annan version av det, en vakuummätare.
- För att ta reda på blodtrycket hos en person används en blodtrycksmätare. För de flesta är den mer känd som en icke-invasiv tonometer. Det finns många varianter av sådana enheter: från kvicksilvermekanisk till helautomatisk digital. Deras noggrannhet beror på materialen som de är gjorda av och var de mäts.
- Trycksfall i miljön (enligtEngelska - tryckfall) bestäms med hjälp av differenti altrycksmätare eller difnamometrar (ej att förväxla med dynamometrar).
Typer av tryck
Med tanke på trycket, formeln för att hitta det och dess variationer för olika ämnen, är det värt att lära sig om varianterna av denna kvantitet. Det finns fem av dem.
- Absolut.
- Barometric
- Excess.
- Vakuometrisk.
- Differential.
Absolute
Detta är namnet på det totala trycket under vilket ett ämne eller föremål befinner sig, utan hänsyn till påverkan från andra gasformiga komponenter i atmosfären.
Det mäts i pascal och är summan av övertryck och atmosfärstryck. Det är också skillnaden mellan barometriska och vakuumtyper.
Det beräknas med formeln P=P2 + P3 eller P=P2 - R4.
För referenspunkten för absolut tryck i förhållandena på planeten Jorden tas trycket inuti behållaren från vilken luft avlägsnas (det vill säga klassiskt vakuum).
Endast denna typ av tryck används i de flesta termodynamiska formler.
Barometric
Denna term hänvisar till atmosfärens tryck (gravitationen) på alla föremål och föremål som finns i den, inklusive själva jordens yta. Den är också känd för de flesta som atmosfärisk.
Den klassificeras som en termodynamisk parameter, och dess värde varierar beroende på plats och tidpunkt för mätningen, samt väderförhållanden och att vara över/under havsytan.
Barometriskt tryckvärdelika med modulen för atmosfärens kraft på ett enhetsområde längs normalen till den.
I en stabil atmosfär är storleken på detta fysiska fenomen lika med vikten av en luftpelare på en bas med en area lika med ett.
Norm barometertryck - 101 325 Pa (760 mm Hg vid 0 grader Celsius). Dessutom, ju högre föremålet är från jordens yta, desto lägre blir lufttrycket på det. Var 8:e km minskar den med 100 Pa.
Tack vare den här fastigheten i bergen kokar vatten i vattenkokare mycket snabbare än hemma på spisen. Faktum är att trycket påverkar kokpunkten: med dess minskning minskar den senare. Och vice versa. Arbetet med sådana köksapparater som en tryckkokare och en autoklav är byggt på denna fastighet. Ökningen av trycket inuti dem bidrar till att det bildas högre temperaturer i disken än i vanliga kastruller på spisen.
Den barometriska höjdformeln används för att beräkna atmosfärstryck. Det ser ut som på bilden nedan.
P är det önskade värdet på höjden, P0 är luftdensiteten nära ytan, g är fritt fallacceleration, h är höjden över jorden, m är gasens molmassa, t är systemets temperatur, r är den universella gaskonstanten på 8,3144598 J⁄(mol x K) och e är Euclair-talet lika med 2,71828.
I ovanstående formel för atmosfärstryck används ofta K istället för Rär Boltzmann-konstanten. Den universella gaskonstanten uttrycks ofta i termer av dess produkt med Avogadro-talet. Det är bekvämare för beräkningar när antalet partiklar anges i mol.
När du gör beräkningar bör du alltid ta hänsyn till möjligheten för förändringar i lufttemperaturen på grund av förändringar i den meteorologiska situationen eller vid klättring över havet, samt geografisk latitud.
Mätare och vakuummätare
Skillnaden mellan atmosfärstryck och uppmätt omgivningstryck kallas övertryck. Beroende på resultatet ändras namnet på värdet.
Om det är positivt kallas det manometertryck.
Om resultatet är med ett minustecken kallas det vakuum. Det är värt att komma ihåg att det inte kan vara mer än barometriskt.
Differential
Detta värde är tryckskillnaden vid olika mätpunkter. Som regel används den för att bestämma tryckfallet på vilken utrustning som helst. Detta gäller särskilt inom oljeindustrin.
När vi har räknat ut vilken typ av termodynamisk storhet som kallas tryck och med vilka formler det finns, kan vi dra slutsatsen att detta fenomen är mycket viktigt, och därför kommer kunskap om det aldrig att vara överflödigt.
