Пример за изчисляване на налягането

Във физиката налягането е силата, упражнявана върху определена зона. Най-честият случай на налягане е теглото на тялото върху повърхността, която заема на планетата.

Материята може да упражнява натиск в трите физически състояния: твърдо, течно и газово.

Проявление на налягането

Налягането може да възникне при много различни обстоятелства:

• В една колона може да има различни течности, които не се смесват, почивайки една върху друга. Всяка течност ще упражнява натиск върху тази под нея. Който е на дъното, ще получи съвместния натиск на всички горепосочени.
• В затворен контейнер, като балон, може да има газ или газова смес, които ще упражняват натиск по стените му.
• В двигател с вътрешно горене, низходящото бутало генерира налягане върху бензино-въздушната смес. Когато искрата влезе в системата и експлодира, химическата реакция ще окаже натиск върху буталото, като го повдигне отново.
• Всички газове, присъстващи в атмосферата, генерират натиск върху повърхността на Земята. Този натиск се нарича Барометрично налягане или атмосферно налягане.

Барометрично или атмосферно налягане

Действителното налягане на атмосферата се измерва с инструмент, наречен Барометър, измислена от Е. Торичели през 1644г. Ученият е направил този инструмент с помощта на 1 метрова тръба, запечатана от едната страна. Той напълни тръбата с живак и потопи отворената страна във вана, пълна с още живак.

Меркурийът в тръбата се спуска по гравитацията, докато се коригира до ниво от 760 милиметра. Налягането на атмосферата овладява Меркурий в Куба, натискайки го, докато тръбата се регулира на тази височина. Оттогава е установено, че стандартното атмосферно налягане има стойност 760 mmHg.

Барометричното или атмосферното налягане се измерва с инструмента Барометър, или също с така наречения Барограф, който в допълнение към Измерването на налягането включва писалка с мастило, за да се проследи стойността на атмосферното налягане върху графика в течение на метеорологично време.

Измервателно налягане

Измервателното налягане е това, което се упражнява върху стените на затворен контейнер. Най-общо се отнася до оказваното от газове, тъй като те имат свойството да покриват целия обем на контейнера, който ги съдържа.

В зависимост от масата на съдържащия се газ, това ще бъде количеството газови частици, които прилагат сила върху стените на резервоара и следователно величината на измервателното налягане, което трябва да бъде измерено.

Газът може да бъде в състояние на покой в ​​резервоар или в движение, като непрекъснато се движи по тръбна система.

Манометричното налягане се измерва с устройства, наречени манометри, които са кръгли като часовник и имат на циферблата скалата в мерните единици, в които се измерва налягането. Манометърът реагира на тягата на течността или газа и връща показанието с индикаторната игла.

Единици за измерване на налягането

Милиметър живак (mmHg): Това беше първата единица за барометрично налягане благодарение на дизайна на Torricelli Barometer. Стандартното барометрично налягане съответства на 760mmHg.

Паскал (Па): Това е единицата, създадена за налягане като цяло, съгласно международната система от единици. Според неговата концепция за "Сила над площ", тя е еквивалентна на 1 нютон над квадратен метър (1 Pa = 1 N / m²). Еквивалентността на атмосферното налягане в Паскали е 101 325,00 паскала.

Паунда на квадратен инч (lb / in², psi): Това е единицата в английската система от единици за налягане. Най-често се използва за калибриране на промишлени манометри и устройства за конвенционална употреба. Нарича се „psi“ от английските му термини: „фунта квадратни инча“. Еквивалентността на атмосферното налягане в psi е 14,69 lb / инч².

Барове (бар): Bar е алтернативна единица за измерване на налягането. Използва се в литературата за обозначаване на големи величини на налягане, за да не се използват толкова големи числа. Баровият еквивалент на атмосферното налягане е 1013 бара.

Атмосфери (атм): Това е единицата, установена за атмосферно налягане, разположена точно на барометричното налягане, измерено в района, в който се правят изчисленията. Стойността му винаги е зададена като 1 атм, и има различни еквиваленти с други единици. Разбира се, ако атмосферното налягане се измерва в други единици, цифровите данни ще бъдат различни.

Изчисления на налягането

Налягането ще се изчислява по различен начин, в зависимост от физическото състояние на веществото, което го упражнява: твърдо, течно или газообразно. Разбира се, формулите могат да се използват за всички случаи, но за да бъдем по-добре обяснени, прибягваме до класифициране на изчисленията по този начин.

Налягане, упражнявано от твърди вещества:

За твърди вещества се използва формулата

P = F / A

Определете натиска като сила, упражнявана върху дадена област. Твърдите вещества естествено обхващат определена област, така че силата, която трябва да се упражни, ще бъде тяхното тегло, освен ако допълнителна сила не действа и върху твърдото вещество.

За да се получи налягането в Паскали (Pa = N / m²), необходимо е Силата да бъде в Нютон (N) и Районът в квадратни метри (m²).

Натиск, упражняван от течности:

За течности се използва формулата

P = ρ * g * h

Определете налягането като продукт на плътността, силата на гравитацията и височината, която течността покрива в колоната, където е затворена. Ако в колоната има две или повече течности, разделени по плътности, формулата работи за всяка течност от нейната страна.

Така че налягането се получава в Паскали (Pa = N / m²), е необходимо Плътността да бъде в килограми над кубичен метър (Kg / m³), гравитация в метри за втори квадрат (m / s²) и височината в метри (m).

Налягане, упражнявано от газове:

Налягането на даден газ, ако се държи като идеален газ, може да се изчисли с израза на идеалния газ:

PV = nRT

Разполагайки с данните за броя молове газ, температура и зает обем, той може да бъде изчислен веднага. Ако това е реален газ, ще е необходимо да се прибегне до уравненията за реален газ, които са по-сложни от простото отношение на идеалния газ.

За да бъде налягането в Паскали, обемът трябва да бъде в кубични метри (m³), температурата в абсолютни градуси по Келвин (K) и идеалната газова константа трябва да бъде R = 8,314 J / mol * K.

Примери за това как да се изчисли налягането

Има твърдо тяло с тегло 120 N и то покрива повърхност от 0,5 m². Изчислете натиска, упражняван върху земята.

P = F / A

P = (120 N) / (0,5 m²) = 240 N / m² = 240 Pa

Има твърдо тяло с тегло 200 N и то покрива повърхност от 0,75 m². Изчислете натиска, упражняван върху земята.

P = F / A

P = (200 N) / (0,75 m²) = 266,67 N / m² = 266,67 Pa

Той има твърдо тяло с тегло 180 N и покрива площ от 0,68 m². Изчислете натиска, упражняван върху земята.

P = F / A

P = (180 N) / (0,68 m²) = 264,71 N / m² = 264,71 Pa

Той има твърдо тяло с тегло 230 N и покрива повърхност от 1,5 m². Изчислете натиска, упражняван върху земята.

P = F / A

P = (230 N) / (1,5 m²) = 153,33 N / m² = 153,33 Pa

Има колона с две течности, с плътност 1000 Kg / m³ и 850 Kg / m³. Течностите събират височини съответно от 0,30 m и 0,25 m. Изчислете налягането в долната част на контейнера.

P = (ρ * g * h)₁ + (ρ * g * h)₂

P = (1000 Kg / m³) * (9,81 m / s²) * (0,30 m) + (850 Kg / m³) * (9,81 m / s²) * (0,25 м)

P = 2943 Pa + 2085 Pa = 5028 Pa

Има колона с две течности, с плътност 790 Kg / m³ и 830 Kg / m³. Течностите събират височини съответно от 0,28 m и 0,13 m. Изчислете налягането в долната част на контейнера.

P = (ρ * g * h)₁ + (ρ * g * h)₂

P = (790 Kg / m³) * (9,81 m / s²) * (0,28 m) + (830 Kg / m³) * (9,81 m / s²) * (0,13 м)

P = 2170 Pa + 1060 Pa = 3230 Pa

Има колона с две течности, с плътност 960 Kg / m³ и 750 Kg / m³. Течностите събират височини съответно от 0,42 м и 0,20 м. Изчислете налягането в долната част на контейнера.

P = (ρ * g * h)₁ + (ρ * g * h)₂

P = (960 Kg / m³) * (9,81 m / s²) * (0,42 m) + (750 Kg / m³) * (9,81 m / s²) * (0,20 м)

P = 3960 Pa + 1470 Pa = 5820 Pa

Има колона с две течности, с плътност 720 Kg / m³ и 920 Kg / m³. Течностите събират височини съответно 0,18 m и 0,26 m. Изчислете налягането в долната част на контейнера.

P = (ρ * g * h)₁ + (ρ * g * h)₂

P = (720 Kg / m³) * (9,81 m / s²) * (0,18 m) + (920 Kg / m³) * (9,81 m / s²) * (0,26 м)

P = 1270 Pa + 2350 Pa = 3620 Pa

Има 14 бенки идеален газ, покриващи обем от 2 m³ при температура 300 К. Изчислете натиска, упражняван върху стените на контейнера.

PV = nRT P = (nRT / V)

P = (14 mol) (8,314 J / mol * K) (300 K) / 2 m³ = 17459,4 Pa

Има 8 мола идеален газ, покриващи обем от 0,5 m³ при температура 330 К. Изчислете натиска, упражняван върху стените на контейнера.

PV = nRT P = (nRT / V)

P = (8 mol) (8,314 J / mol * K) (330 K) / 0,5 m³ = 43897,92 Pa

Има 26 мола идеален газ, покриващи обем от 1,3 m³ при температура 400 К. Изчислете натиска, упражняван върху стените на контейнера.

PV = nRT P = (nRT / V)

P = (26 mol) (8,314 J / mol * K) (400 K) / 1,3 m³ = 66512 Pa

Има 20 мола идеален газ, покриващи обем от 0,3 m³ при температура 350 К. Изчислете натиска, упражняван върху стените на контейнера.

PV = nRT P = (nRT / V)

P = (20 mol) (8,314 J / mol * K) (350 K) / 0,3 m³ = 193993,33 Pa