Exempel på tryckberäkning

I fysik, tryck är den kraft som utövas på ett visst område. Det vanligaste fallet med tryck är vikten av en kropp på ytan den upptar på planeten.

Trycket kan utövas av materia i de tre fysiska tillstånden: fast, flytande och gas.

Tryckmanifestation

Trycket kan uppstå under mycket olika omständigheter:

• I en kolumn kan det finnas olika vätskor som inte blandas och vilar på varandra. Varje vätska kommer att utöva tryck på den under den. Den som är längst ner kommer att få gemensamt tryck av alla ovan.
• I en sluten behållare, såsom en ballong, kan det finnas en gas eller gasblandning som kommer att utöva ett tryck på dess väggar.
• I en förbränningsmotor är fallande kolv genererar ett tryck på bensin-luft-blandningen. När gnistan kommer in i systemet och exploderar kommer den kemiska reaktionen att sätta press på kolven och lyfta upp den igen.
• Alla gaser som finns i atmosfären genererar ett tryck på jordens yta. Detta tryck kallas Barometertryck eller atmosfärstryck.

Barometertryck eller atmosfärstryck

Atmosfärets faktiska tryck mäts med ett instrument som kallas Barometer, utformad av E. Torricelli 1644. Forskaren tillverkade detta instrument med ett 1 meter långt rör, förseglat på ena sidan. Han fyllde röret med kvicksilver och doppade den öppna sidan i en behållare full av mer kvicksilver.

Kvicksilver i röret sjönk av gravitationen tills det justerades till en nivå av 760 millimeter. Atmosfärets tryck dämpade kvicksilver på Kuba och pressade det tills röret justerades till den höjden. Sedan dess har det fastställts att standardatmosfärstrycket har ett värde på 760 mmHg.

Barometertryck eller atmosfärstryck mäts med barometerinstrumentet, eller också med den så kallade barografen, som förutom Tryckmätning inkluderar en bläckpenna för att spåra värdet av atmosfärstrycket i en graf under loppet av väder.

Mättryck

Mättrycket är det som utövas på väggarna i en sluten behållare. Hänvisar generellt till det som utövas av gaser, eftersom de har egenskapen att täcka hela volymen på behållaren som innehåller dem.

Beroende på den gasmassa som finns, kommer det att vara mängden gaspartiklar som applicerar kraft på behållarens väggar och därför storleken på det mättryck som ska mätas.

Gasen kan vara i vilotillstånd i en tank eller i rörelse och kan hela tiden röra sig längs ett rörsystem.

Mättrycket mäts med enheter som kallas mätare, som är cirkulära som en klocka och har på ratten skalan i de enheter där trycket mäts. Tryckmätaren reagerar på trycket från vätskan eller gasen och returnerar en avläsning med indikatornålen.

Tryckmätningsenheter

Millimeter kvicksilver (mmHg): Det var den första enheten för barometertryck tack vare designen av Torricelli-barometern. Standard barometertryck motsvarar 760mmHg.

Pascal (Pa): Det är den enhet som inrättats för tryck i allmänhet, enligt det internationella systemet för enheter. Enligt hans koncept "Force over Area" motsvarar det 1 Newton över kvadratmeter (1 Pa = 1 N / m²). Likvärdigheten i atmosfärstrycket Pascal är 101 325,00 pascal.

Pund på kvadrattum (lb / in², psi): Det är enheten i det engelska systemet för enheter för tryck. Det är det mest använda för att kalibrera industriella tryckmätare och anordningar för konventionell användning. Det kallas "psi" från sina engelska termer: "pounds square inches". Ekvivalensen i psi av atmosfärstrycket är 14,69 lb / tum².

Barer (bar): Bar är en alternativ enhet för tryckmätning. Det används i litteraturen för att hänvisa till stora tryck för att inte använda så stort antal. Stångekvivalenten för atmosfärstryck är 1.013 bar.

Atmosfärer (atm): Det är den enhet som är etablerad för atmosfärstryck, belägen exakt vid det barometertryck som mäts i det område där beräkningarna görs. Dess värde ställs alltid in som 1 atmoch har olika ekvivalenser med andra enheter. Naturligtvis, om atmosfärstrycket mäts i andra enheter, kommer de numeriska uppgifterna att vara olika.

Tryckberäkningar

Trycket kommer att beräknas annorlunda beroende på det fysiska tillståndet hos ämnet som utövar det: fast, flytande eller gasformigt. Naturligtvis kan formlerna användas i alla fall, men för att förklaras bättre använder vi oss av att klassificera beräkningarna så här.

Tryck utövat av fasta ämnen:

För fasta ämnen används formeln

P = F / A

Definiera tryck som en kraft som utövas på ett område. Torrsubstanser omfattar naturligtvis ett definierat område, så den kraft som ska utövas är deras vikt, såvida inte en ytterligare kraft också verkar på det fasta ämnet.

För att erhålla trycket i Pascal (Pa = N / m²) är det nödvändigt att styrkan är i Newton (N) och området i kvadratmeter (m²).

Tryck som utövas av vätskor:

För vätskor används formeln

P = ρ * g * h

Definiera tryck som produkten av densitet, tyngdkraften och höjden som vätskan täcker i kolonnen där den är innesluten. Om det finns två eller flera vätskor i kolonnen, åtskilda av densiteter, fungerar formeln för varje vätska vid dess sida.

Så att trycket erhålls i Pascal (Pa = N / m²), är det nödvändigt att densiteten är i kg över kubikmeter (kg / m³), gravitation i meter över andra kvadrat (m / s²) och höjden i meter (m).

Tryck som utövas av gaser:

Trycket på en gas, om den beter sig som en idealgas, kan beräknas med uttrycket av den ideala gasen:

PV = nRT

Med data om antalet mol gas, temperatur och upptagen volym kan den beräknas omedelbart. Om det är en riktig gas kommer det att bli nödvändigt att använda ekvationerna för Real Gas, som är mer komplexa än det enkla ideala gasförhållandet.

För att trycket ska vara i Pascal måste volymen vara i kubikmeter (m³), temperaturen i absoluta grader Kelvin (K) och den ideala gaskonstanten måste vara R = 8,314 J / mol * K.

Exempel på hur man beräknar tryck

Det finns en solid kropp med en vikt på 120 N och täcker en yta på 0,5 m². Beräkna det tryck som utövas på marken.

P = F / A

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

Det finns en solid kropp med en vikt på 200 N och täcker en yta på 0,75 m². Beräkna det tryck som utövas på marken.

P = F / A

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

Den har en solid kropp med en vikt av 180 N och täcker en yta på 0,68 m². Beräkna det tryck som utövas på marken.

P = F / A

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

Den har en solid kropp med en vikt på 230 N och täcker en yta på 1,5 m². Beräkna det tryck som utövas på marken.

P = F / A

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

Det finns en kolonn med två vätskor, med densiteter på 1000 kg / m³ och 850 kg / m³. Vätskorna samlar höjder på 0,30 m respektive 0,25 m. Beräkna trycket längst ner på behållaren.

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

Det finns en kolonn med två vätskor, med densiteter på 790 kg / m³ och 830 kg / m³. Vätskorna samlar höjder på 0,28 m respektive 0,13 m. Beräkna trycket längst ner på behållaren.

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

Det finns en kolonn med två vätskor, med densiteter på 960 kg / m³ och 750 kg / m³. Vätskorna samlar höjder på 0,42 m respektive 0,20 m. Beräkna trycket längst ner på behållaren.

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

Det finns en kolonn med två vätskor, med densiteter på 720 kg / m³ och 920 kg / m³. Vätskorna samlar höjder på 0,18 m respektive 0,26 m. Beräkna trycket längst ner på behållaren.

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

Det finns 14 mol idealgas som täcker en volym på 2 m³ vid en temperatur av 300 K. Beräkna trycket som utövas mot behållarens väggar.

PV = nRT P = (nRT / V)

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

Det finns 8 mol idealgas som täcker en volym på 0,5 m³ vid en temperatur av 330 K. Beräkna trycket som utövas mot behållarens väggar.

PV = nRT P = (nRT / V)

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

Det finns 26 mol idealgas som täcker en volym på 1,3 m³ vid en temperatur av 400 K. Beräkna trycket som utövas mot behållarens väggar.

PV = nRT P = (nRT / V)

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

Det finns 20 mol en idealgas som omfattar en volym på 0,3 m³ vid en temperatur av 350 K. Beräkna trycket som utövas mot behållarens väggar.

PV = nRT P = (nRT / V)

P = (20 mol) (8,314 J / mol * K) (350 K) / 0,3 m³ = 193993.33 Pa