Príklad výpočtu tlaku

Vo fyzike tlak je sila vyvíjaná na určitú oblasť. Najbežnejším prípadom tlaku je hmotnosť tela na povrchu, ktorý zaberá na planéte.

Tlak môže hmota vyvíjať v troch fyzikálnych skupenstvách: tuhá látka, kvapalina a plyn.

Manifestácia tlaku

Tlak sa môže vyskytnúť za veľmi rôznych okolností:

• V jednom stĺpci môžu byť rôzne kvapaliny, ktoré sa nemiešajú, pričom spočíva jedna na druhej. Každá kvapalina bude vyvíjať tlak na tú, ktorá je pod ňou. Kto je na dne, dostane spoločný tlak všetkých vyššie uvedených.
• V uzavretej nádobe, napríklad v balóne, môže byť a plyn alebo zmes plynov, ktorá bude vyvíjať tlak na jeho stenách.
• V spaľovacom motore je klesajúci piest vytvára tlak na zmesi benzín-vzduch. Keď iskra vstupuje do systému a exploduje, chemická reakcia zatlačí na piest a znovu ho zdvihne.
• Všetky plyny prítomné v atmosfére vytvárajú tlak na povrch Zeme. Tento tlak sa nazýva Barometrický tlak alebo atmosférický tlak.

Barometrický alebo atmosférický tlak

Skutočný tlak v atmosfére sa meria prístrojom s názvom

Barometer, vymyslel E. Torricelli v roku 1644. Vedec vyrobil tento prístroj pomocou 1 metra dlhej trubice uzavretej na jednej strane. Naplnil skúmavku ortuťou a otvorenú stranu ponoril do kade plnej ďalšieho ortuti.

Ortuť v trubici zostupovala gravitáciou, až kým sa neupravila na úroveň 760 milimetrov. Tlak atmosféry utlmil ortuť na Kube a tlačil na ňu, kým sa trubica neupravila na túto výšku. Odvtedy sa zistilo, že štandardný atmosférický tlak má hodnotu 760 mmHg.

Barometrický alebo atmosférický tlak sa meria prístrojom barometra alebo tiež takzvaným barografom, ktorý okrem Meranie tlaku zahŕňa pero s atramentom na vysledovanie hodnoty atmosférického tlaku na grafe v priebehu počasie.

Tlak meradla

Merací tlak je tlak vyvíjaný na steny uzavretej nádoby. Spravidla sa jedná o plyn vyvíjaný plynmi, pretože sú schopné pokrývať celý objem nádoby, ktorá ich obsahuje.

V závislosti na hmotnosti obsiahnutého plynu to bude množstvo plynných častíc, ktoré pôsobia silou na steny nádoby, a teda veľkosť meraného tlaku, ktorá sa má merať.

Plyn môže byť v stave pokoja v nádrži alebo v pohybe a neustále sa pohybovať pozdĺž potrubného systému.

Merací tlak sa meria pomocou prístrojov nazývaných meradlá, ktoré sú kruhové ako hodiny a na stupnici majú stupnicu v jednotkách, v ktorých sa meria tlak. Tlakomer reaguje na ťah kvapaliny alebo plynu a vracia nameranú hodnotu pomocou svojej indikačnej ihly.

Jednotky na meranie tlaku

Milimeter ortuti (mmHg): Bola to prvá jednotka pre barometrický tlak vďaka konštrukcii barometra Torricelli. Štandardný barometrický tlak zodpovedá 760 mmHg.

Pascal (Pa): Je to jednotka ustanovená pre tlak všeobecne podľa medzinárodného systému jednotiek. Podľa jeho koncepcie „Sily na plochu“ sa to rovná 1 Newtonu na meter štvorcový (1 Pa = 1 N / m²). Rovnocennosť atmosférického tlaku v pascaloch je 101 325,00 Pascalov.

Libry na Štvorcový palec (lb / in², psi): Je to jednotka v anglickom systéme jednotiek pre tlak. Najčastejšie sa používa na kalibráciu priemyselných tlakomerov a zariadení na bežné použitie. Z anglického jazyka sa nazýva „psi“: „libra štvorcová“. Ekvivalencia atmosférického tlaku v psi je 14,69 lb / in².

Tyče (bar): Bar je alternatívna jednotka na meranie tlaku. V literatúre sa používa na označenie veľkých veľkostí tlakov, aby sa tak veľké množstvá nepoužívali. Barový ekvivalent atmosférického tlaku je 1 013 barov.

Atmosféra (atm): Je to jednotka určená pre atmosférický tlak, ktorá sa nachádza presne pri barometrickom tlaku meranom v oblasti, v ktorej sa vykonávajú výpočty. Jeho hodnota je vždy nastavená na 1 atma má iné ekvivalencie s ostatnými jednotkami. Samozrejme, ak sa atmosférický tlak meria v iných jednotkách, číselné údaje sa budú líšiť.

Výpočty tlaku

Tlak sa bude počítať rôzne, v závislosti od fyzikálneho stavu látky, ktorá ho vyvíja: pevná, kvapalná alebo plynná. Vzorce sa samozrejme dajú použiť pre všetky prípady, ale aby sme ich lepšie vysvetlili, uchýlime sa ku klasifikácii výpočtov, ako je táto.

Tlak vyvíjaný pevnými látkami:

Pre tuhé látky sa používa vzorec

P = F / A

Definujte tlak ako Sila vyvíjaná na Oblasť. Tuhé látky prirodzene obklopujú vymedzenú oblasť, takže silou, ktorá sa má vyvinúť, bude ich hmotnosť, pokiaľ na pevnú látku nepôsobí aj ďalšia sila.

Na získanie tlaku v Pascaloch (Pa = N / m²), je nevyhnutné, aby boli sily v Newtone (N) a Plocha v metroch štvorcových (m²).

Tlak vyvíjaný kvapalinami:

Pre kvapaliny sa používa vzorec

P = ρ * g * h

Tlak definujte ako produkt hustoty, sily gravitácie a výšky, ktoré kvapalina pokrýva v stĺpci, kde je obmedzená. Ak sú v stĺpci dve alebo viac kvapalín oddelených hustotou, vzorec funguje pre každú kvapalinu po jej boku.

Takže tlak sa získa v Pascaloch (Pa = N / m²), je potrebné, aby hustota bola v kilogramoch nad meter kubický (Kg / m³), gravitácia v metroch na druhú na druhú (m / s²) a výška v metroch (m).

Tlak vyvíjaný plynmi:

Tlak plynu, ak sa správa ako ideálny plyn, je možné vypočítať pomocou výrazu ideálneho plynu:

PV = nRT

Na základe údajov o počte mólov plynu, teplote a obsadenom objeme, je možné ich okamžite vypočítať. Ak je to skutočný plyn, bude potrebné uchýliť sa k rovniciam pre skutočný plyn, ktoré sú zložitejšie ako jednoduchý vzťah ideálneho plynu.

Aby mohol byť tlak v Pascaloch, musí byť objem v kubických metroch (m³), Teplota v absolútnych stupňoch Kelvina (K) a konštanta ideálneho plynu musí byť R = 8,314 J / mol * K.

Príklady výpočtu tlaku

K dispozícii je pevné telo s hmotnosťou 120 N a jeho povrchová plocha je 0,5 m². Vypočítajte tlak vyvíjaný na zem.

P = F / A

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

K dispozícii je pevné telo s hmotnosťou 200 N a jeho povrchová plocha je 0,75 m². Vypočítajte tlak vyvíjaný na zem.

P = F / A

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

Má pevné telo s hmotnosťou 180 N a zaberá plochu 0,68 m². Vypočítajte tlak vyvíjaný na zem.

P = F / A

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

Má pevné telo s hmotnosťou 230 N a pokrýva plochu 1,5 m². Vypočítajte tlak vyvíjaný na zem.

P = F / A

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

Je tu stĺpec s dvoma kvapalinami s hustotou 1 000 kg / m³ a 850 kg / m³. Kvapaliny dosahujú výšky 0,30 ma 0,25 m. Vypočítajte tlak na dne nádoby.

P = (ρ * g * h)₁ + (ρ * g * h)₂

P = (1 000 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

Je tu stĺpec s dvoma kvapalinami s hustotou 790 kg / m³ a 830 kg / m³. Kvapaliny dosahujú výšky 0,28 ma 0,13 m. Vypočítajte tlak na dne 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

Je tu stĺpec s dvoma kvapalinami s hustotou 960 kg / m³ a 750 kg / m³. Kvapaliny dosahujú výšky 0,42 ma 0,20 m. Vypočítajte tlak na dne 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

Je tu stĺpec s dvoma kvapalinami s hustotou 720 kg / m³ a 920 kg / m³. Kvapaliny dosahujú výšky 0,18 ma 0,26 m. Vypočítajte tlak na dne 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

Existuje 14 mólov ideálneho plynu, ktorý pokrýva objem 2 m³ pri teplote 300 K. Vypočítajte tlak vyvíjaný na steny nádoby.

PV = nRT P = (nRT / V)

P = (14 mol) (8,314 J / mol * K) (300 K) / 2 min³ = 17459,4 Pa

Existuje 8 mólov ideálneho plynu, ktorý pokrýva objem 0,5 m³ pri teplote 330 K. Vypočítajte tlak vyvíjaný na steny nádoby.

PV = nRT P = (nRT / V)

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

Existuje 26 mólov ideálneho plynu, ktorý pokrýva objem 1,3 m³ pri teplote 400 K. Vypočítajte tlak vyvíjaný na steny nádoby.

PV = nRT P = (nRT / V)

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

Existuje 20 molov ideálneho plynu s objemom 0,3 m³ pri teplote 350 K. Vypočítajte tlak vyvíjaný na steny nádoby.

PV = nRT P = (nRT / V)

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