Primer izračuna tlaka

V fiziki tlak je sila, ki deluje na določeno območje. Najpogostejši primer pritiska je teža telesa na površini, ki ga zaseda na planetu.

Tlak lahko izvaja tlak v treh agregatnih stanjih: trdnem, tekočem in plinskem.

Manifestacija tlaka

Pritisk se lahko pojavi v zelo različnih okoliščinah:

• V enem stolpcu so lahko različni tekočine, ki se ne mešajo in se naslanjajo ena na drugo. Vsaka tekočina bo pritiskala na tisto pod njo. Kdor je na dnu, bo deležen skupnega pritiska vseh zgoraj.
• V zaprti posodi, kot je balon, je lahko plina ali plinske mešanice, ki bo izvajala pritisk na njegovih stenah.
• V motorju z notranjim zgorevanjem ima padajoči bat ustvarja tlak na mešanici bencin-zrak. Ko iskra vstopi v sistem in eksplodira, bo kemična reakcija pritiskala na bat in ga spet dvignila.
• Vsi plini, prisotni v ozračju, ustvarjajo pritisk na površino Zemlje. Ta pritisk se imenuje Barometrični tlak ali atmosferski tlak.

Barometrični ali atmosferski tlak

Dejanski tlak v ozračju se meri z instrumentom, imenovanim

Barometer, ki ga je zasnoval E. Torricelli leta 1644. Znanstvenik je ta instrument izdelal z 1 metrom dolgo cevjo, zapečateno na eni strani. Cev je napolnil z živim srebrom in odprto stran potopil v kad, polno več živega srebra.

Živo srebro v cevi se je spuščalo z gravitacijo, dokler se ni prilagodilo na raven 760 milimetrov. Pritisk ozračja je ukrotil živo srebro na Kubi in ga potiskalo, dokler se cev ni prilagodila tej višini. Od takrat je bilo ugotovljeno, da ima standardni atmosferski tlak vrednost 760 mmHg.

Barometrični ali atmosferski tlak se meri z instrumentom Barometer ali pa tudi s tako imenovanim barografom, ki poleg Merjenje tlaka vključuje črnilo za sledenje vrednosti atmosferskega tlaka na grafu v času vreme.

Merilni tlak

Merilni tlak je tlak, ki deluje na stene zaprte posode. Na splošno se nanaša na plin, ki ga povzročajo plini, saj imajo lastnost, da pokrijejo celotno prostornino posode, ki jih vsebuje.

Glede na maso vsebovanega plina bo količina delcev plina, ki delujejo na stene posode, in s tem merjena velikost merilnega tlaka.

Plin je lahko v stanju mirovanja v rezervoarju ali v gibanju in se nenehno premika po cevnem sistemu.

Merilni tlak se meri z napravami, imenovanimi merilniki, ki so krožne kot ura in imajo na številčnici skalo v enotah, v katerih se tlak meri. Merilnik tlaka se odziva na potisk tekočine ali plina in s kazalno iglo vrne odčitek.

Enote za merjenje tlaka

Milimeter živega srebra (mmHg): To je bila prva enota za barometrični tlak, zahvaljujoč zasnovi Torricellijevega barometra. Standardni zračni tlak ustreza 760mmHg.

Pascal (Pa): To je enota, ustanovljena za Tlak na splošno, v skladu z mednarodnim sistemom enot. Po njegovem konceptu "Sila nad območjem" je enaka 1 Njutnu na kvadratni meter (1 Pa = 1 N / m²). Enakovrednost atmosferskega tlaka v Pascalih je 101.325,00 paskalov.

Funt na kvadratni palec (lb / in², psi): To je enota v angleškem sistemu enot za tlak. Najbolj se uporablja za kalibracijo industrijskih manometrov in naprav za konvencionalno uporabo. Iz angleških izrazov se imenuje "psi": "funt kvadratni centimeter". Enakovrednost atmosferskega tlaka v psi je 14,69 lb / in².

Palice (bar): Bar je alternativna enota za merjenje tlaka. V literaturi se uporablja za sklicevanje na velike velikosti tlakov, da ne bi uporabljali tako velikih števil. Bar ekvivalent atmosferskega tlaka je 1013 barov.

Atmosfere (atm): To je enota, določena za atmosferski tlak, ki se nahaja točno na zračnem tlaku, izmerjenem na območju, na katerem se izvajajo izračuni. Njegova vrednost je vedno nastavljena na 1 atmin ima drugačno enakovrednost z drugimi enotami. Če se atmosferski tlak meri v drugih enotah, bodo številčni podatki drugačni.

Izračuni tlaka

Tlak se izračuna drugače, odvisno od agregatnega stanja snovi, ki deluje: trdna, tekoča ali plinasta. Seveda je mogoče formule uporabiti za vse primere, toda za boljšo razlago se zatekamo k takšni razvrstitvi izračunov.

Tlak trdnih snovi:

Za trdne snovi se uporablja formula

P = F / A

Opredelite pritisk kot silo, ki deluje na območje. Trdne snovi naravno obsegajo določeno območje, zato bo sila, ki jo je treba izvajati, njihova teža, razen če dodatna sila deluje tudi na trdno snov.

Da dobimo tlak v Pascalih (Pa = N / m²), mora biti sila v Newtonu (N) in območje v kvadratnih metrih (m²).

Pritisk tekočin:

Za tekočine se uporablja formula

P = ρ * g * h

Tlak določite kot zmnožek gostote, sile gravitacije in višine, ki jo tekočina pokriva v koloni, kjer je zaprta. Če sta v koloni dve ali več tekočin, ločenih z gostoto, formula deluje za vsako tekočino ob strani.

Tako da dobimo tlak v Pascalih (Pa = N / m²), mora biti gostota v kilogramih nad kubičnimi metri (Kg / m³), gravitacija v metrih nad drugim kvadratom (m / s²) in višina v metrih (m).

Tlak, ki ga izvajajo plini:

Tlak plina, če se obnaša kot idealen plin, lahko izračunamo z izrazom idealnega plina:

PV = nRT

Na podlagi podatkov o številu molov plina, temperaturi in zasedeni prostornini je to mogoče izračunati takoj. Če gre za realni plin, se bo treba zateči k enačbam za realni plin, ki so bolj zapletene kot preprosta relacija idealnega plina.

Če naj bo tlak v Pascalih, mora biti prostornina v kubičnih metrih (m³), temperatura v absolutnih stopinjah Kelvina (K) in idealna plinska konstanta morata biti R = 8,314 J / mol * K.

Primeri, kako izračunati tlak

Obstaja trdno telo s težo 120 N in pokriva površino 0,5 m². Izračunajte pritisk na tla.

P = F / A

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

Obstaja trdno telo z maso 200 N in pokriva površino 0,75 m². Izračunajte pritisk na tla.

P = F / A

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

Ima trdno telo s težo 180 N in pokriva površino 0,68 m². Izračunajte pritisk na tla.

P = F / A

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

Ima trdno telo s težo 230 N in pokriva površino 1,5 m². Izračunajte pritisk na tla.

P = F / A

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

Obstaja stolpec z dvema tekočinama z gostoto 1000 Kg / m³ in 850 Kg / m³. Tekočine dosegajo višino 0,30 m oziroma 0,25 m. Izračunajte tlak na dnu posode.

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

Obstaja stolpec z dvema tekočinama z gostoto 790 Kg / m³ in 830 Kg / m³. Tekočine dosegajo višino 0,28 m oziroma 0,13 m. Izračunajte tlak na dnu posode.

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

Obstaja stolpec z dvema tekočinama z gostoto 960 Kg / m³ in 750 Kg / m³. Tekočine dosegajo višino 0,42 m oziroma 0,20 m. Izračunajte tlak na dnu posode.

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

Obstaja stolpec z dvema tekočinama z gostoto 720 Kg / m³ in 920 Kg / m³. Tekočine dosegajo višino 0,18 m oziroma 0,26 m. Izračunajte tlak na dnu posode.

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

Obstaja 14 molov idealnega plina, ki pokrivajo prostornino 2 m³ pri temperaturi 300 K. Izračunajte pritisk na stene posode.

PV = nRT P = (nRT / V)

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

Obstaja 8 molov idealnega plina, ki pokrivajo prostornino 0,5 m³ pri temperaturi 330 K. Izračunajte pritisk na stene posode.

PV = nRT P = (nRT / V)

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

Obstaja 26 molov idealnega plina, ki pokrivajo prostornino 1,3 m³ pri temperaturi 400 K. Izračunajte pritisk na stene posode.

PV = nRT P = (nRT / V)

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

Obstaja 20 molov idealnega plina, ki pokriva prostornino 0,3 m³ pri temperaturi 350 K. Izračunajte pritisk na stene posode.

PV = nRT P = (nRT / V)

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