Příklad výpočtu tlaku

Ve fyzice tlak je síla vyvíjená na určitou oblast. Nejběžnějším případem tlaku je hmotnost těla na povrchu, který zaujímá na planetě.

Tlak může být vyvíjen hmotou ve třech fyzikálních stavech: pevné, kapalné a plynné.

Manifestace tlaku

Tlak může nastat za velmi odlišných okolností:

• V jednom sloupci mohou být různé kapaliny, které se nemísí, spočívající jedna na druhé. Každá kapalina bude vyvíjet tlak na tu, která je pod ní. Kdokoli je na dně, dostane společný tlak všech výše uvedených.
• V uzavřené nádobě, jako je balón, může být a plyn nebo směs plynů, která bude vyvíjet tlak na jeho stěnách.
• Ve spalovacím motoru je sestupný píst vytváří tlak na směsi benzín-vzduch. Jak jiskra vstupuje do systému a exploduje, chemická reakce bude vyvíjet tlak na píst a znovu jej zvedat.
• Všechny plyny přítomné v atmosféře vytvářejí tlak na povrch Země. Tento tlak se nazývá Barometrický tlak nebo atmosférický tlak.

Barometrický nebo atmosférický tlak

Skutečný tlak v atmosféře se měří pomocí tzv. Přístroje Barometr, vymyslel E. Torricelli v roce 1644. Vědec vyrobil tento nástroj pomocí 1 metru dlouhé zkumavky uzavřené na jedné straně. Naplnil zkumavku Merkurem a ponořil otevřenou stranu do kádě plné dalšího Merkuru.

Merkur v trubici sestupoval gravitací, dokud se neupravil na úroveň 760 milimetrů. Tlak atmosféry potlačil Merkur na Kubě a tlačil na něj, dokud se trubice nenastavila na tuto výšku. Od té doby bylo zjištěno, že standardní atmosférický tlak má hodnotu 760 mmHg.

Barometrický nebo atmosférický tlak se měří přístrojem Barometr, nebo také takzvaným barografem, který kromě Měření tlaku zahrnuje pero s inkoustem ke sledování hodnoty atmosférického tlaku na grafu v průběhu počasí.

Tlak měřidla

Tlak měřidla je tlak vyvíjený na stěny uzavřené nádoby. Obecně se jedná o plyn vyvíjený plyny, protože mají schopnost pokrýt celý objem nádoby, která je obsahuje.

V závislosti na hmotnosti obsaženého plynu to bude množství plynných částic, které působí silou na stěny nádoby, a proto bude měřena velikost měřicího tlaku.

Plyn může být v klidovém stavu v nádrži nebo v pohybu a neustále se pohybovat podél potrubního systému.

Měřicí tlak se měří pomocí zařízení nazývaných měřidla, která jsou kruhová jako hodiny a na stupnici mají stupnici v jednotkách, ve kterých je měřen tlak. Tlakoměr reaguje na tah kapaliny nebo plynu a pomocí indikační jehly vrací hodnotu.

Jednotky pro měření tlaku

Milimetr rtuti (mmHg): Byla to první jednotka pro barometrický tlak díky konstrukci barometru Torricelli. Standardní barometrický tlak odpovídá 760 mmHg.

Pascal (Pa): Je to jednotka zřízená pro tlak obecně, podle mezinárodního systému jednotek. Podle jeho koncepce „Síla nad oblastí“ se to rovná 1 Newtonu na metr čtvereční (1 Pa = 1 N / m²). Rovnocennost atmosférického tlaku v Pascalech je 101 325,00 Pascalů.

Liber na Čtvereční palec (lb / in², psi): Jedná se o jednotku v anglickém systému jednotek pro tlak. Je nejpoužívanější pro kalibraci průmyslových tlakoměrů a zařízení pro konvenční použití. Z anglických termínů se mu říká „psi“: „liber čtverečních palců“. Ekvivalence atmosférického tlaku v psi je 14,69 lb / palce².

Bary (bar): Bar je alternativní jednotka pro měření tlaku. V literatuře se používá k označení velkých velikostí tlaků, aby se nepoužíval takový velký počet. Barový ekvivalent atmosférického tlaku je 1013 barů.

Atmosféry (atm): Jedná se o jednotku stanovenou pro atmosférický tlak, která se nachází přesně při barometrickém tlaku měřeném v oblasti, kde se provádějí výpočty. Jeho hodnota je vždy nastavena jako 1 atm, a má jiné ekvivalence s jinými jednotkami. Samozřejmě, pokud se atmosférický tlak měří v jiných jednotkách, numerické údaje se budou lišit.

Výpočty tlaku

Tlak se vypočítá odlišně v závislosti na fyzickém stavu látky, která jej působí: pevnou, kapalnou nebo plynnou. Vzorce lze samozřejmě použít pro všechny případy, ale pro lepší vysvětlení se uchýlíme ke klasifikaci výpočtů, jako je tento.

Tlak vyvíjený pevnými látkami:

U pevných látek se používá vzorec

P = F / A

Definujte tlak jako Síla vyvíjená na Oblast. Tělesa přirozeně obklopují definovanou oblast, takže síla, kterou je třeba vyvinout, bude jejich Hmotnost, pokud na těleso nepůsobí také další síla.

Pro získání tlaku v Pascalech (Pa = N / m²), je nutné, aby Síla byla v Newtonu (N) a Plocha v metrech čtverečních (m²).

Tlak vyvíjený kapalinami:

U kapalin se používá vzorec

P = ρ * g * h

Definujte tlak jako produkt hustoty, síly gravitace a výšky, kterou kapalina pokrývá ve sloupci, kde je omezena. Pokud jsou ve sloupci dvě nebo více kapalin oddělených hustotou, funguje vzorec pro každou kapalinu po její straně.

Takže tlak se získá v Pascalech (Pa = N / m²), je nutné, aby hustota byla v kilogramech nad metr krychlový (Kg / m³), gravitace v metrech za sekundu na druhou (m / s²) a výška v metrech (m).

Tlak vyvíjený plyny:

Tlak plynu, pokud se chová jako ideální plyn, lze vypočítat vyjádřením ideálního plynu:

PV = nRT

S údaji o počtu molů plynu, teplotě a obsazeném objemu je možné je okamžitě vypočítat. Pokud se jedná o skutečný plyn, bude nutné uchýlit se k rovnicím pro skutečný plyn, které jsou složitější než jednoduchý vztah ideálního plynu.

Aby byl tlak v Pascalech, musí být Objem v metrech krychlových (m³), Teplota v absolutních stupních Kelvina (K) a konstanta ideálního plynu musí být R = 8,314 J / mol * K.

Příklady výpočtu tlaku

K dispozici je pevné tělo o hmotnosti 120 N a pokrývá plochu 0,5 m². Vypočítejte tlak vyvíjený na zem.

P = F / A

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

K dispozici je pevné tělo o hmotnosti 200 N a pokrývá plochu 0,75 m². Vypočítejte tlak vyvíjený na zem.

P = F / A

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

Má pevné tělo o hmotnosti 180 N a pokrývá plochu 0,68 m². Vypočítejte tlak vyvíjený na zem.

P = F / A

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

Má pevné tělo o hmotnosti 230 N a pokrývá plochu 1,5 m². Vypočítejte tlak vyvíjený na zem.

P = F / A

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

Je zde kolona se dvěma kapalinami o hustotách 1000 kg / m³ a 850 kg / m³. Kapaliny dosahují výšky 0,30 ma 0,25 m. Vypočítejte tlak na dně nádoby.

P = (ρ * g * h)₁ + (ρ * g * h)₂

P = (1000 kg / m³) * (9,81 m / s.)²) * (0,30 m) + (850 kg / m.)³) * (9,81 m / s.)²) * (0,25 m)

P = 2943 Pa + 2085 Pa = 5028 Pa

K dispozici je kolona se dvěma kapalinami o hustotách 790 kg / m³ a 830 kg / m³. Kapaliny dosahují výšek 0,28 ma 0,13 m. Vypočítejte tlak na dně nádoby.

P = (ρ * g * h)₁ + (ρ * g * h)₂

P = (790 kg / m³) * (9,81 m / s.)²) * (0,28 m) + (830 kg / m.)³) * (9,81 m / s.)²) * (0,13 m)

P = 2170 Pa + 1060 Pa = 3230 Pa

K dispozici je kolona se dvěma kapalinami o hustotách 960 kg / m³ a 750 kg / m³. Kapaliny dosahují výšky 0,42 ma 0,20 m. Vypočítejte tlak na dně nádoby.

P = (ρ * g * h)₁ + (ρ * g * h)₂

P = (960 kg / m³) * (9,81 m / s.)²) * (0,42 m) + (750 kg / m.)³) * (9,81 m / s.)²) * (0,20 m)

P = 3960 Pa + 1470 Pa = 5820 Pa

K dispozici je kolona se dvěma kapalinami o hustotě 720 kg / m³ a 920 kg / m³. Kapaliny dosahují výšky 0,18 ma 0,26 m. Vypočítejte tlak na dně nádoby.

P = (ρ * g * h)₁ + (ρ * g * h)₂

P = (720 kg / m³) * (9,81 m / s.)²) * (0,18 m) + (920 kg / m.)³) * (9,81 m / s.)²) * (0,26 m)

P = 1270 Pa + 2350 Pa = 3620 Pa

K dispozici je 14 molů ideálního plynu o objemu 2 m³ při teplotě 300 K. Vypočítejte tlak vyvíjený na stěny nádoby.

PV = nRT P = (nRT / V)

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

Existuje 8 molů ideálního plynu o objemu 0,5 m³ při teplotě 330 K. Vypočítejte tlak vyvíjený na stěny nádoby.

PV = nRT P = (nRT / V)

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

K dispozici je 26 molů ideálního plynu o objemu 1,3 m³ při teplotě 400 K. Vypočítejte tlak vyvíjený na stěny nádoby.

PV = nRT P = (nRT / V)

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

K dispozici je 20 molů ideálního plynu o objemu 0,3 m³ při teplotě 350 K. Vypočítejte tlak vyvíjený na stěny nádoby.

PV = nRT P = (nRT / V)

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