Пример расчета давления

В физике давление сила, приложенная к определенной области. Самый распространенный случай давления - это вес тела на поверхности, которую оно занимает на планете.

Давление может оказывать вещество в трех физических состояниях: твердом, жидком и газообразном.

Проявление давления

Давление может возникать в самых разных обстоятельствах:

• В одном столбце могут быть разные жидкости, которые не смешиваются, опираясь одна на другую. Каждая жидкость будет оказывать давление на находящуюся под ней. Тот, кто находится внизу, получит совместное давление всех, кто находится наверху.
• В закрытом контейнере, таком как воздушный шар, может быть газ или газовая смесь, которая будет оказывать давление на его стенах.
• В двигателе внутреннего сгорания опускающийся поршень создает давление на бензиновоздушной смеси. Когда искра входит в систему и взрывается, химическая реакция оказывает давление на поршень, снова поднимая его.
• Все газы, присутствующие в атмосфере, создают давление на поверхность Земли. Это давление называется Барометрическое давление или атмосферное давление.

Барометрическое или атмосферное давление

Фактическое давление атмосферы измеряется прибором под названием Барометр, разработанный Э. Торричелли в 1644 году. Ученый сделал этот инструмент из трубки длиной 1 метр, запаянной с одной стороны. Он наполнил трубку Меркурием и окунул открытой стороной в чан, наполненный еще Меркурием.

Меркурий в трубке опускался под действием силы тяжести, пока не достиг уровня 760 миллиметров. Давление атмосферы подавило Меркурий на Кубе, толкая его до тех пор, пока трубка не была отрегулирована на эту высоту. С тех пор было установлено, что стандартное атмосферное давление составляет 760 мм рт.

Барометрическое или атмосферное давление измеряется с помощью прибора «Барометр» или так называемого барографа, который в дополнение к Для измерения давления используется ручка с чернилами для отслеживания значения атмосферного давления на графике во время измерения. Погода.

Манометрическое давление

Манометрическое давление - это давление, оказываемое на стенки закрытого контейнера. Обычно это относится к газам, поскольку они обладают свойством покрывать весь объем контейнера, в котором они находятся.

В зависимости от массы содержащегося газа, это будет количество частиц газа, которые прикладывают силу к стенкам контейнера, и, следовательно, величину манометрического давления, которую необходимо измерить.

Газ может находиться в состоянии покоя в резервуаре или в движении, постоянно перемещаясь по системе трубопроводов.

Манометрическое давление измеряется с помощью устройств, называемых манометрами, которые имеют круглую форму, как часы, и имеют на циферблате шкалу в единицах измерения давления. Манометр реагирует на напор жидкости или газа и возвращает показания своей индикаторной стрелкой.

Единицы измерения давления

Миллиметр ртутного столба (мм рт. Ст.): Это был первый прибор для измерения атмосферного давления благодаря конструкции барометра Торричелли. Стандартное барометрическое давление соответствует 760 мм рт..

Паскаль (Па): Это единица измерения давления в целом в соответствии с международной Системой единиц. Согласно его концепции «Сила по площади», это эквивалентно 1 Ньютону на квадратный метр (1 Па = 1 Н / м²). Эквивалент атмосферного давления в паскалях равен 101,325.00 Паскалей.

Фунты на квадратный дюйм (фунт / дюйм², фунт / кв. дюйм): Это единица измерения давления в английской системе единиц. Он чаще всего используется для калибровки промышленных манометров и устройств для обычного использования. Он называется «psi» от английского термина: «фунты квадратные дюймы». Эквивалент атмосферного давления в фунтах на квадратный дюйм равен 14,69 фунтов / дюйм².

Бары (бар): Бар - это альтернативная единица измерения давления. В литературе он используется для обозначения больших величин давлений, чтобы не использовать такие большие числа. Бар, эквивалентный атмосферному давлению, равен 1,013 бар.

Атмосфера (атм): Это единица измерения атмосферного давления, расположенная точно при атмосферном давлении, измеренном в области, в которой производятся расчеты. Его значение всегда устанавливается как 1 атм, и имеет различную эквивалентность с другими единицами. Конечно, если атмосферное давление измерять в других единицах, числовые данные будут другими.

Расчет давления

Давление будет рассчитываться по-разному, в зависимости от физического состояния вещества, которое его оказывает: твердое, жидкое или газообразное. Конечно, формулы можно использовать для всех случаев, но для лучшего объяснения мы прибегаем к такой классификации вычислений.

Давление со стороны твердых тел:

Для твердых тел используется формула

P = F / A

Определите давление как силу, действующую на область. Твердые тела естественным образом охватывают определенную область, поэтому прилагаемая сила будет их Весом, если только на твердое тело не действует дополнительная сила.

Чтобы получить давление в паскалях (Па = Н / м²), необходимо, чтобы Сила была в Ньютонах (Н), а Площадь - в квадратных метрах (м²).

Давление со стороны жидкостей:

Для жидкостей используется формула

P = ρ * g * h

Определите давление как произведение плотности, силы тяжести и высоты, которую жидкость покрывает в колонне, в которой она находится. Если в колонке две или более жидкости, разделенные плотностями, формула работает для каждой жидкости рядом с ней.

Таким образом, давление получается в паскалях (Па = Н / м²), необходимо, чтобы плотность была в килограммах на кубический метр (кг / м³), сила тяжести в метрах над вторым квадратом (м / с²) и высоту в метрах (м).

Давление газов:

Давление газа, если он ведет себя как идеальный газ, можно рассчитать с помощью выражения для идеального газа:

PV = nRT

Имея данные о количестве молей газа, температуре и занимаемом объеме, его можно рассчитать немедленно. Если это реальный газ, необходимо будет прибегнуть к уравнениям для реального газа, которые более сложны, чем простое соотношение идеального газа.

Чтобы давление было в паскалях, объем должен быть в кубических метрах (м³), температура в абсолютных градусах Кельвина (K), а постоянная идеального газа должна быть R = 8,314 Дж / моль * К.

Примеры того, как рассчитать давление

Есть твердое тело массой 120 Н, и оно занимает площадь 0,5 м 2.². Рассчитайте давление, оказываемое на землю.

P = F / A

P = (120 Н) / (0,5 м²) = 240 Н / м² = 240 Па

Имеется твердое тело массой 200 Н, площадь поверхности 0,75 м.². Рассчитайте давление, оказываемое на землю.

P = F / A

P = (200 Н) / (0,75 м²) = 266,67 Н / м² = 266,67 Па

Он имеет прочный корпус массой 180 Н и занимает площадь 0,68 м 2.². Рассчитайте давление, оказываемое на землю.

P = F / A

P = (180 Н) / (0,68 м²) = 264,71 Н / м² = 264,71 Па

Он имеет прочный корпус с массой 230 Н и занимает площадь 1,5 м 2.². Рассчитайте давление, оказываемое на землю.

P = F / A

P = (230 Н) / (1,5 м²) = 153,33 Н / м² = 153,33 Па

Имеется колонна с двумя жидкостями плотностью 1000 кг / м3.³ и 850 кг / м³. Жидкости набирают высоту 0,30 м и 0,25 м соответственно. Рассчитайте давление на дне контейнера.

P = (ρ * g * h)₁ + (ρ * g * h)₂

P = (1000 кг / м³) * (9,81 м / с²) * (0,30 м) + (850 кг / м³) * (9,81 м / с²) * (0,25 м)

P = 2943 Па + 2085 Па = 5028 Па

Имеется колонна с двумя жидкостями плотностью 790 кг / м3.³ и 830 кг / м³. Жидкости набирают высоту 0,28 м и 0,13 м соответственно. Рассчитайте давление на дне контейнера.

P = (ρ * g * h)₁ + (ρ * g * h)₂

P = (790 кг / м³) * (9,81 м / с²) * (0,28 м) + (830 кг / м³) * (9,81 м / с²) * (0,13 м)

P = 2170 Па + 1060 Па = 3230 Па

Имеется колонна с двумя жидкостями плотностью 960 кг / м3.³ и 750 кг / м³. Жидкости набирают высоту 0,42 м и 0,20 м соответственно. Рассчитайте давление на дне контейнера.

P = (ρ * g * h)₁ + (ρ * g * h)₂

P = (960 кг / м³) * (9,81 м / с²) * (0,42 м) + (750 кг / м³) * (9,81 м / с²) * (0,20 м)

P = 3960 Па + 1470 Па = 5820 Па

Имеется колонна с двумя жидкостями плотностью 720 кг / м3.³ и 920 кг / м³. Жидкости набирают высоту 0,18 м и 0,26 м соответственно. Рассчитайте давление на дне контейнера.

P = (ρ * g * h)₁ + (ρ * g * h)₂

P = (720 кг / м³) * (9,81 м / с²) * (0,18 м) + (920 кг / м³) * (9,81 м / с²) * (0,26 м)

P = 1270 Па + 2350 Па = 3620 Па

14 молей идеального газа покрывают объем 2 м3.³ при температуре 300 К. Рассчитайте давление, оказываемое на стенки контейнера.

PV = nRT P = (nRT / V)

P = (14 моль) (8,314 Дж / моль * K) (300 K) / 2 м³ = 17459,4 Па

Есть 8 молей идеального газа, покрывающие объем 0,5 м3.³ при температуре 330 К. Рассчитайте давление, оказываемое на стенки контейнера.

PV = nRT P = (nRT / V)

P = (8 моль) (8,314 Дж / моль * K) (330 K) / 0,5 м³ = 43897,92 Па

26 молей идеального газа покрывают объем 1,3 м³ при температуре 400 К. Рассчитайте давление, оказываемое на стенки контейнера.

PV = nRT P = (nRT / V)

P = (26 моль) (8,314 Дж / моль * K) (400 K) / 1,3 м³ = 66512 Па

20 молей идеального газа покрывают объем 0,3 м3.³ при температуре 350 К. Рассчитайте давление, оказываемое на стенки контейнера.

PV = nRT P = (nRT / V)

P = (20 моль) (8,314 Дж / моль * K) (350 K) / 0,3 м³ = 193993,33 Па