Приклад розрахунку тиску

У фізиці тиск це сила, що діє на певну територію. Найпоширеніший випадок тиску - це вага тіла на поверхні, яку він займає на планеті.

Тиск може здійснюватися речовиною у трьох агрегатних станах: твердому, рідкому та газовому.

Прояв тиску

Тиск може виникати в самих різних обставинах:

• В одній колонці можуть бути різні рідини, які не змішуються, спираючись одна на іншу. Кожна рідина буде чинити тиск на ту, що знаходиться під нею. Той, хто знаходиться внизу, буде отримувати спільний тиск усіх, хто вище.
• У закритому контейнері, такому як повітряна куля, може бути газу або газової суміші, яка буде чинити тиск на його стінах.
• У двигуні внутрішнього згоряння низхідний поршень створює тиск на бензино-повітряній суміші. Коли іскра потрапляє в систему і вибухає, хімічна реакція тисне на поршень, піднімаючи його знову.
• Усі гази, присутні в атмосфері, створюють тиск на поверхню Землі. Цей тиск називається Барометричний тиск або атмосферний тиск.

Барометричний або атмосферний тиск

Фактичний тиск атмосфери вимірюється за допомогою приладу, що називається

Барометр, розроблений Е. Торрічеллі в 1644 році. Вчений виготовив цей інструмент за допомогою трубки довжиною 1 метр, запечатаної з одного боку. Він наповнив пробірку ртуттю і занурив відкриту сторону у чан, повний ще ртуті.

Меркурій в трубці опускався під дією сили тяжіння, поки він не пристосувався до рівня 760 міліметрів. Тиск атмосфери стримував Меркурій на Кубі, штовхаючи її, поки трубка не була відрегульована на таку висоту. З тих пір було встановлено, що стандартний атмосферний тиск має значення 760 мм рт. Ст.

Барометричний або атмосферний тиск вимірюється за допомогою приладу Барометр, а також за допомогою так званого барографа, який крім Вимірювання тиску включає ручку з чорнилом для відстеження значення Атмосферного Тиск на графіку під час погода.

Манометричний тиск

Манометричний тиск - це той, який чиниться на стінки закритого контейнера. Як правило, це стосується дії газів, оскільки вони мають властивість покривати весь об'єм контейнера, що їх містить.

Залежно від маси газу, що міститься, це буде кількість частинок газу, які застосовують силу до стінок контейнера, а отже, і величина вимірювального тиску.

Газ може перебувати в стані спокою в резервуарі або в русі, постійно рухаючись по трубовій системі.

Манометричний тиск вимірюється за допомогою приладів, які називаються манометрами, які є круговими, як годинник, і мають на циферблаті шкалу в одиницях вимірювання тиску. Манометр реагує на тягу рідини або газу і повертає показник голкою індикатора.

Одиниці вимірювання тиску

Міліметр ртутного стовпа (мм рт. Ст.): Це був перший прилад для барометричного тиску завдяки конструкції барометра Торрічеллі. Стандартний барометричний тиск відповідає 760 мм рт. Ст.

Паскаль (Па): Це одиниця, встановлена ​​для тиску загалом, згідно з міжнародною системою одиниць. Згідно з його концепцією "Сила над площею", це еквівалентно 1 Ньютону на квадратний метр (1 Па = 1 Н / м²). Еквівалентність атмосферного тиску в Паскалях становить 101 325,00 паскалів.

Фунтів на квадратний дюйм (фунт / дюйм², psi): Це одиниця в англійській системі одиниць вимірювання тиску. Він найбільш часто використовується для калібрування промислових манометрів та приладів для звичайного використання. Його називають “psi” з англійських термінів: “фунти квадратні дюйми”. Еквівалентність атмосферного тиску в фунтів на квадратний дюйм становить 14,69 фунтів / дюйм².

Бари (бар): Бар - це альтернативна одиниця вимірювання тиску. У літературі його використовують для позначення великих величин тиску, щоб не використовувати такі великі цифри. Барний еквівалент атмосферного тиску становить 1013 бар.

Атмосфери (атм): Це одиниця, встановлена ​​для атмосферного тиску, розташована точно на барометричному тиску, виміряному в районі, в якому проводяться розрахунки. Його значення завжди встановлюється як 1 атм, і має різні еквіваленти з іншими одиницями. Звичайно, якщо атмосферний тиск вимірювати в інших одиницях, числові дані будуть іншими.

Розрахунки тиску

Тиск буде обчислюватися по-різному, залежно від агрегатного стану речовини, яка його чинить: твердого, рідкого чи газоподібного. Звичайно, формули можна використовувати для всіх випадків, але для того, щоб це було краще пояснене, ми вдаємося до класифікації розрахунків таким чином.

Тиск твердих речовин:

Для твердих речовин використовується формула

P = F / A

Визначте тиск як Силу, що чиниться на Район. Тверді речовини, природно, охоплюють певну область, тому сила, яку потрібно прикласти, буде їх вагою, якщо додаткова сила також не діє на тверде тіло.

Для отримання тиску в Паскалях (Па = Н / м²), необхідно, щоб Сили були в Ньютоні (N), а Площа в квадратних метрах (м²).

Тиск, який чинять рідини:

Для рідин використовується формула

P = ρ * g * h

Визначте тиск як добуток щільності, сили тяжіння та висоти, яку покриває рідина в колонці, де вона знаходиться. Якщо в колонці є дві або більше рідини, розділених густиною, формула працює для кожної рідини стороною.

Так що тиск отримується в Паскалях (Па = Н / м²), необхідно, щоб щільність була в кілограмах понад кубічний метр (кг / м³), гравітація в метрах над другим квадратом (м / с²) та висоту в метрах (м).

Тиск, який чинять гази:

Тиск газу, якщо він поводиться як ідеальний газ, можна обчислити із виразом ідеального газу:

PV = nRT

Отримавши дані про кількість молей газу, Температуру та Зайнятий об’єм, його можна обчислити негайно. Якщо це справжній газ, то доведеться вдатися до рівнянь реального газу, які є більш складними, ніж просте відношення ідеального газу.

Щоб тиск був у Паскалях, об'єм повинен бути в кубічних метрах (м³), температура в абсолютних градусах Кельвіна (K), а ідеальна газова константа повинна бути R = 8,314 Дж / моль * К.

Приклади, як розрахувати тиск

Є тверде тіло вагою 120 Н, і воно займає площу поверхні 0,5 м². Обчисліть тиск, що чиниться на землю.

P = F / A

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

Є тверде тіло вагою 200 Н, і воно займає площу поверхні 0,75 м². Обчисліть тиск, що чиниться на землю.

P = F / A

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

Він має тверде тіло вагою 180 Н і займає площу поверхні 0,68 м². Обчисліть тиск, що чиниться на землю.

P = F / A

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

Він має тверде тіло вагою 230 Н і займає площу поверхні 1,5 м². Обчисліть тиск, що чиниться на землю.

P = F / A

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

Є колона з двома рідинами, щільністю 1000 кг / м³ і 850 кг / м³. Рідини мають висоту 0,30 м та 0,25 м відповідно. Обчисліть тиск на дні ємності.

P = (ρ * g * h)₁ + (ρ * g * h)₂

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

P = 2943 Pa + 2085 Pa = 5028 Па

Є колона з двома рідинами, щільністю 790 кг / м³ і 830 кг / м³. Рідини мають висоту 0,28 м та 0,13 м відповідно. Обчисліть тиск на дні ємності.

P = (ρ * g * h)₁ + (ρ * g * h)₂

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

Р = 2170 Па + 1060 Па = 3230 Па

Є колона з двома рідинами, щільністю 960 кг / м³ і 750 кг / м³. Рідини мають висоту 0,42 м та 0,20 м відповідно. Обчисліть тиск на дні ємності.

P = (ρ * g * h)₁ + (ρ * g * h)₂

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

Р = 3960 Па + 1470 Па = 5820 Па

Є колона з двома рідинами, щільністю 720 кг / м³ і 920 кг / м³. Рідини набирають висоти 0,18 м та 0,26 м відповідно. Обчисліть тиск на дні ємності.

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)

Р = 1270 Па + 2350 Па = 3620 Па

Існує 14 молей ідеального газу, що охоплюють об’єм 2 м³ при температурі 300 К. Обчисліть тиск, що чиниться на стінки контейнера.

PV = nRT P = (nRT / V)

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

Існує 8 молей ідеального газу, що охоплюють об’єм 0,5 м³ при температурі 330 К. Обчисліть тиск, що чиниться на стінки контейнера.

PV = nRT P = (nRT / V)

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

Існує 26 молей ідеального газу, що охоплюють об’єм 1,3 м³ при температурі 400 К. Обчисліть тиск, що чиниться на стінки контейнера.

PV = nRT P = (nRT / V)

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

Є 20 моля ідеального газу, що охоплює об’єм 0,3 м³ при температурі 350 К. Обчисліть тиск, що чиниться на стінки контейнера.

PV = nRT P = (nRT / V)

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