Rõhu arvutamise näide

Füüsikas rõhk on teatud piirkonnale avaldatav jõud. Kõige tavalisem rõhujuhtum on keha kaal pinnal, mille ta planeedil hõivab.

Rõhku võib aine avaldada kolmes füüsikalises olekus: tahke, vedel ja gaasiline.

Rõhu avaldumine

Rõhk võib tekkida väga erinevates olukordades:

• Ühes veerus võivad olla erinevad vedelikud, mis ei segune, toetuvad üksteisele. Iga vedelik avaldab survet selle all olevale. Kes on põhjas, saab kõigi ülaltoodute ühise surve.
• Suletud anumas, näiteks õhupallis, võivad olla a gaas või gaasisegu, mis avaldab survet selle seintel.
• Sisepõlemismootoris laskuv kolb tekitab survet bensiini-õhu segul. Kui säde süsteemi siseneb ja plahvatab, avaldab keemiline reaktsioon kolvile survet, tõstes selle uuesti üles.
• Kõik atmosfääris olevad gaasid tekitavad survet Maa pinnale. Seda survet nimetatakse Õhurõhk või atmosfäärirõhk.

Baromeetriline või atmosfäärirõhk

Atmosfääri tegelikku rõhku mõõdetakse nimega instrumendiga Baromeeter, mille on välja mõelnud E. Torricelli 1644. aastal. Teadlane valmistas selle instrumendi 1 meetri pikkuse toru abil, mis oli ühel küljel suletud. Ta täitis toru elavhõbedaga ja kastis lahtise külje suurema elavhõbedat täis vaati.

Torus olev elavhõbe laskus raskusjõu mõjul, kuni see kohanes 760 millimeetri tasemele. Atmosfääri rõhk alandas Kuubal elavhõbedat, surudes seda seni, kuni toru oli sellele kõrgusele kohandatud. Sellest ajast alates on kindlaks tehtud, et standardse atmosfäärirõhu väärtus on 760 mmHg.

Baromeetrilist või atmosfäärirõhku mõõdetakse baromeetri instrumendiga või ka nn barograafiga, mis lisaks Rõhu mõõtmine hõlmab tindipliiatsi, et jälgida atmosfääri rõhu väärtust graafikul kogu graafiku jooksul ilm.

Mõõturõhk

Mõõteriist on rõhk, mis avaldub suletud anuma seintel. Üldiselt viitab see gaaside mõjule, kuna neil on omadus katta neid sisaldava mahuti kogu maht.

Sõltuvalt sisalduva gaasi massist on mahuti seintele jõudu rakendavate gaasiosakeste hulk ja seega ka mõõdetava mõõtesurve suurus.

Gaas võib olla puhkeolekus paagis või liikumises, liikudes pidevalt mööda torusüsteemi.

Mõõturõhku mõõdetakse seadmetega, mida nimetatakse mõõturiteks, mis on ümmargused nagu kell, ja mille valimisnupul on skaala mõõtühikutes, milles rõhku mõõdetakse. Manomeeter reageerib vedeliku või gaasi tõukele ja tagastab indikaatornõelaga näidu.

Rõhu mõõtühikud

Elavhõbeda millimeeter (mmHg): See oli esimene õhurõhu mõõtühik tänu Torricelli baromeetri disainile. Standardne õhurõhk vastab 760 mmHg.

Pascal (Pa): Rahvusvahelise mõõtühikute süsteemi järgi on see üldiselt rõhu jaoks loodud üksus. Vastavalt tema kontseptsioonile "Jõud pindalale" vastab see 1 Newtonile ruutmeetri kohta (1 Pa = 1 N / m²). Atmosfäärirõhu samaväärsus paskalites on 101 325,00 paskali.

Nael ruuttollil (lb / in², psi): See on Inglise rõhuühikute süsteemi ühik. Seda kasutatakse kõige sagedamini tööstuslike manomeetrite ja seadmete kalibreerimiseks tavapäraseks kasutamiseks. Seda nimetatakse ingliskeelsetest terminitest “psi”: “naela ruuttolli”. Atmosfäärirõhu ekvivalent psi-des on 14,69 naela / tolli².

Baarid (baar): Baar on alternatiivne üksus rõhu mõõtmiseks. Kirjanduses kasutatakse seda rõhu suuruse tähistamiseks, et mitte kasutada nii suurt hulka. Baariekvivalent atmosfäärirõhule on 1013 baari.

Atmosfäärid (atm): See on atmosfäärirõhu jaoks määratud ühik, mis asub täpselt õhurõhul, mõõdetuna piirkonnas, kus arvutused tehakse. Selle väärtuseks määratakse alati 1 atmja sellel on erinev samaväärsus teiste üksustega. Muidugi, kui atmosfäärirõhku mõõdetakse teistes ühikutes, on arvandmed erinevad.

Rõhuarvutused

Rõhk arvutatakse erinevalt, sõltuvalt aine füüsikalisest olekust: tahke, vedel või gaasiline. Muidugi saab valemeid kasutada kõigi juhtumite jaoks, kuid paremaks selgitamiseks võtame arvesse selliseid arvutusi.

Tahkete ainete rõhk:

Tahkete ainete puhul kasutatakse valemit

P = F / A

Määratlege surve kui piirkonnale avaldatav jõud. Tahked ained hõlmavad loomulikult määratletud ala, nii et avaldatav jõud on nende kaal, välja arvatud juhul, kui tahkele ainele mõjub ka täiendav jõud.

Rõhu saamiseks paskalites (Pa = N / m²), on vajalik, et jõud oleks Newtonis (N) ja ala ruutmeetrites (m²).

Vedelike rõhk:

Vedelike puhul kasutatakse valemit

P = ρ * g * h

Määrake rõhk tiheduse, raskusjõu ja kõrguse korrutisena, mida vedelik katab veerus, kus see on piiratud. Kui kolonnis on kaks või enam vedelikku, mis on eraldatud tihedustega, töötab valem iga vedeliku jaoks tema kõrval.

Nii et rõhk saadakse paskalites (Pa = N / m²), on vajalik, et tihedus oleks kilogrammides üle kuupmeetri (kg / m³), gravitatsioon meetrites teisele ruudule (m / s²) ja kõrgus meetrites (m).

Gaaside avaldatav rõhk:

Gaasi rõhu, kui see käitub ideaalse gaasina, saab arvutada ideaalse gaasi väljendiga:

PV = nRT

Võttes andmed gaasimoolide arvu, temperatuuri ja hõivatud mahu kohta, saab selle kohe arvutada. Kui tegemist on pärisgaasiga, tuleb pöörduda reaalgaasi võrrandite poole, mis on keerukamad kui lihtne ideaalne gaaside suhe.

Selleks, et rõhk oleks paskalites, peab maht olema kuupmeetrites (m³), temperatuur absoluutkraadides Kelvin (K) ja ideaalne gaasikonstant peavad olema R = 8,314 J / mol * K.

Näited rõhu arvutamiseks

Seal on kindel korpus kaaluga 120 N ja see katab 0,5 m pinda². Arvutage maapinnale avaldatav rõhk.

P = F / A

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

Seal on tahke keha kaaluga 200 N ja selle pindala on 0,75 m². Arvutage maapinnale avaldatav rõhk.

P = F / A

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

Sellel on kindel korpus kaaluga 180 N ja selle pindala on 0,68 m². Arvutage maapinnale avaldatav rõhk.

P = F / A

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

Sellel on kindel korpus kaaluga 230 N ja selle pindala on 1,5 m². Arvutage maapinnale avaldatav rõhk.

P = F / A

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

Seal on kahe vedelikuga kolonn tihedusega 1000 kg / m³ ja 850 kg / m³. Vedelike kõrgus on vastavalt 0,30 m ja 0,25 m. Arvutage rõhk anuma põhjas.

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 m)

P = 2943 Pa + 2085 Pa = 5028 Pa

Seal on kahe vedelikuga kolonn tihedusega 790 kg / m³ ja 830 kg / m³. Vedelike kõrgus on vastavalt 0,28 m ja 0,13 m. Arvutage rõhk anuma põhjas.

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 m)

P = 2170 Pa + 1060 Pa = 3230 Pa

Seal on kahe vedelikuga kolonn tihedusega 960 kg / m³ ja 750 kg / m³. Vedelike kõrgus on vastavalt 0,42 m ja 0,20 m. Arvutage rõhk anuma põhjas.

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 m)

P = 3960 Pa + 1470 Pa = 5820 Pa

Seal on kahe vedelikuga kolonn tihedusega 720 kg / m³ ja 920 kg / m³. Vedelike kõrgus on vastavalt 0,18 m ja 0,26 m. Arvutage rõhk anuma põhjas.

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 m)

P = 1270 Pa + 2350 Pa = 3620 Pa

Ideaalset gaasi on 14 mooli, mille maht on 2 m³ temperatuuril 300 K. Arvutage mahuti seinte vastu avaldatav rõhk.

PV = nRT P = (nRT / V)

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

Ideaalset gaasi on 8 mooli, mille maht on 0,5 m³ temperatuuril 330 K. Arvutage mahuti seinte vastu avaldatav rõhk.

PV = nRT P = (nRT / V)

P = (8 mol) (8,314 J / mol * K) (330 K) / 0,5 m³ = 43897.92 Pa

Ideaalset gaasi on 26 mooli, mille maht on 1,3 m³ temperatuuril 400 K. Arvutage mahuti seinte vastu avaldatav rõhk.

PV = nRT P = (nRT / V)

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

Ideaalset gaasi on 20 mooli, mille maht on 0,3 m³ temperatuuril 350 K. Arvutage mahuti seinte vastu avaldatav rõhk.

PV = nRT P = (nRT / V)

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