Presiunea este o cantitate fizică care joacă un rol special în natură și viața umană. Acest fenomen, insesizabil pentru ochi, nu afectează doar starea mediului, ci este și foarte bine simțit de toată lumea. Să ne dăm seama ce este, ce tipuri există și cum să găsim presiunea (formula) în diferite medii.
Ceea ce se numește presiune în fizică și chimie
Acest termen se referă la o mărime termodinamică importantă, care este exprimată ca raport dintre forța de presiune exercitată perpendicular și suprafața pe care acționează. Acest fenomen nu depinde de dimensiunea sistemului în care funcționează, de aceea se referă la cantități intensive.
În starea de echilibru, conform legii lui Pascal, presiunea este aceeași pentru toate punctele din sistem.
În fizică și chimie, acest lucru este notat cu litera „P”, care este o abreviere pentru numele latin al termenului - pressūra.
Dacă vorbim de presiunea osmotică a unui lichid (echilibrul dintre presiuneaîn interiorul și în afara cuștii), se folosește litera „P”.
unități de presiune
Conform standardelor sistemului internațional SI, fenomenul fizic considerat se măsoară în pascali (chirilic - Pa, latină - Ra).
Pe baza formulei de presiune, se dovedește că un Pa este egal cu un N (newton - o unitate de forță) împărțit la un metru pătrat (o unitate de suprafață).
Cu toate acestea, în practică, este destul de dificil să aplicați pascali, deoarece această unitate este foarte mică. În acest sens, pe lângă standardele SI, această valoare poate fi măsurată într-un mod diferit.
Mai jos sunt cei mai faimoși analogi ai săi. Cele mai multe dintre ele sunt utilizate pe scară largă în fosta URSS.
- Baruri. O bară este egală cu 105 Pa.
- Torrs sau milimetri de mercur. Aproximativ un Torr corespunde cu 133,3223684 Pa.
- Milimetri de coloană de apă.
- de metri de coloană de apă.
- Atmosfere tehnice.
- Atmosfere fizice. Un atm este egal cu 101.325 Pa și 1,033233 la.
- Kilogram-forță pe centimetru pătrat. Există, de asemenea, tonă-forță și gram-forță. În plus, există o liră-forță analogică pe inch pătrat.
Formula generala pentru presiune (fizica clasa a VII-a)
Din definiția unei mărimi fizice date, puteți determina metoda de găsire a acesteia. Arată ca fotografia de mai jos.
În el, F este forța, iar S este aria. Cu alte cuvinte, formula pentru găsirea presiunii este forța sa împărțită la suprafața pe care o areafectează.
Se mai poate scrie astfel: P=mg / S sau P=pVg / S. Astfel, această mărime fizică este legată de alte variabile termodinamice: volum și masă.
Pentru presiune, se aplică următorul principiu: cu cât spațiul afectat de forță este mai mic, cu atât este mai mare forța de apăsare pe care o are. Dacă totuși aria crește (cu aceeași forță), valoarea dorită scade.
Formula presiunii hidrostatice
Diferitele stări agregate ale substanțelor asigură prezența proprietăților lor care sunt diferite unele de altele. Pe baza acestui fapt, metodele de determinare a lui P în ele vor fi și ele diferite.
De exemplu, formula pentru presiunea apei (hidrostatică) arată astfel: P=pgh. Se aplică și gazelor. Cu toate acestea, nu poate fi folosit pentru a calcula presiunea atmosferică, din cauza diferenței de altitudini și densități ale aerului.
În această formulă, p este densitatea, g este accelerația gravitațională și h este înălțimea. Pe baza acestui fapt, cu cât un obiect sau obiect se scufundă mai adânc, cu atât presiunea exercitată asupra acestuia în interiorul lichidului (gazului) este mai mare.
Varianta luată în considerare este o adaptare a exemplului clasic P=F / S.
Dacă ne amintim că forța este egală cu derivata masei prin viteza de cădere liberă (F=mg), iar masa lichidului este derivata volumului după densitate (m=pV), atunci formula presiunii poate fi scrisă ca P=pVg / S. În acest caz, volumul este aria înmulțită cu înălțimea (V=Sh).
Dacă introduceți aceste date, se dovedește că zona din numărător șinumitorul poate fi redus și rezultatul - formula de mai sus: P=pgh.
Având în vedere presiunea din lichide, merită să ne amintim că, spre deosebire de solide, stratul de suprafață poate fi adesea distorsionat în acestea. Și aceasta, la rândul său, contribuie la formarea unei presiuni suplimentare.
Pentru astfel de situații, se folosește o formulă de presiune ușor diferită: P=P0 + 2QH. În acest caz, P0 este presiunea stratului necurbat, iar Q este suprafața de tensiune a lichidului. H este curbura medie a suprafeței, care este determinată de Legea lui Laplace: H=½ (1/R1+ 1/R2). Componentele R1 și R2 sunt razele curburii principale.
Presiunea parțială și formula sa
Deși metoda P=pgh este aplicabilă atât pentru lichide, cât și pentru gaze, este mai bine să calculați presiunea din acestea din urmă într-un mod ușor diferit.
Ceva este că în natură, de regulă, substanțele absolut pure nu sunt foarte frecvente, deoarece în ea predomină amestecurile. Și acest lucru se aplică nu numai lichidelor, ci și gazelor. Și după cum știți, fiecare dintre aceste componente exercită o presiune diferită, numită presiune parțială.
Este destul de ușor de observat. Este egală cu suma presiunii fiecărui component al amestecului luat în considerare (gaz ideal).
De aici rezultă că formula presiunii parțiale arată astfel: P=P1+ P2+ P3… și așa mai departe, în funcție de numărul de componente.
Există adesea momente când este necesar să se determine presiunea aerului. Cu toate acestea, unii efectuează în mod eronat calcule numai cu oxigen conform schemei P=pgh. Dar aerul este un amestec de gaze diferite. Conține azot, argon, oxigen și alte substanțe. Pe baza situației actuale, formula presiunii aerului este suma presiunilor tuturor componentelor sale. Deci, ar trebui să luați P1+ P2+ P3…
Cele mai comune manometre
În ciuda faptului că nu este dificil să calculați cantitatea termodinamică luată în considerare folosind formulele de mai sus, uneori pur și simplu nu există timp pentru a efectua calculul. La urma urmei, trebuie să ții cont întotdeauna de numeroase nuanțe. Prin urmare, pentru comoditate, de-a lungul secolelor au fost dezvoltate o serie de dispozitive pentru a face acest lucru în locul oamenilor.
De fapt, aproape toate dispozitivele de acest fel sunt soiuri de manometru (ajută la determinarea presiunii în gaze și lichide). Cu toate acestea, ele diferă în ceea ce privește designul, precizia și domeniul de aplicare.
- Presiunea atmosferică este măsurată folosind un manometru numit barometru. Dacă este necesar să se determine vidul (adică presiunea este sub presiunea atmosferică), se folosește o altă versiune a acestuia, un vacuometru.
- Pentru a afla tensiunea arterială a unei persoane, se folosește un tensiometru. Pentru majoritatea, este mai bine cunoscut ca un tonometru non-invaziv. Există multe varietăți de astfel de dispozitive: de la mecanice cu mercur până la digitale complet automate. Precizia lor depinde de materialele din care sunt fabricate și de unde sunt măsurate.
- Scăderi de presiune în mediu (conformengleză - căderea presiunii) sunt determinate cu ajutorul manometrelor sau difnamometrelor (a nu se confunda cu dinamometre).
Tipuri de presiune
Având în vedere presiunea, formula de găsire a acesteia și variațiile acesteia pentru diferite substanțe, merită să înveți despre varietățile acestei cantități. Sunt cinci.
- Absolut.
- Barometric
- Exces.
- Vacuometric.
- Diferenţial.
Absolut
Acesta este denumirea presiunii totale sub care se află o substanță sau un obiect, fără a ține cont de influența altor componente gazoase ale atmosferei.
Se măsoară în pascali și este suma presiunii în exces și a presiunii atmosferice. Este, de asemenea, diferența dintre tipurile barometrice și cele cu vid.
Se calculează prin formula P=P2 + P3 sau P=P2 - R4.
Pentru punctul de referință pentru presiunea absolută în condițiile planetei Pământ, se ia presiunea din interiorul recipientului din care se scoate aerul (adică vidul clasic).
Numai acest tip de presiune este folosit în majoritatea formulelor termodinamice.
Barometric
Acest termen se referă la presiunea atmosferei (gravitația) asupra tuturor obiectelor și obiectelor găsite în ea, inclusiv suprafața Pământului însuși. De asemenea, este cunoscut de cei mai mulți drept atmosferic.
Este clasificat ca parametru termodinamic, iar valoarea lui variază în funcție de locul și momentul măsurării, precum și de condițiile meteorologice și de situația deasupra/sub nivelul mării.
Valoarea presiunii barometriceegal cu modulul de forță al atmosferei pe o zonă de unitate de-a lungul normalei acesteia.
Într-o atmosferă stabilă, magnitudinea acestui fenomen fizic este egală cu greutatea unei coloane de aer pe o bază cu o suprafață egală cu unu.
Presiune barometrică normală - 101 325 Pa (760 mm Hg la 0 grade Celsius). Mai mult, cu cât obiectul este mai sus de suprafața Pământului, cu atât presiunea aerului asupra acestuia devine mai mică. La fiecare 8 km scade cu 100 Pa.
Datorită acestei proprietăți de la munte, apa din ibric fierbe mult mai repede decât acasă pe aragaz. Cert este că presiunea afectează punctul de fierbere: odată cu scăderea acestuia, acesta din urmă scade. Si invers. Lucrarea unor astfel de aparate de bucătărie precum oala sub presiune și o autoclavă este construită pe această proprietate. Creșterea presiunii în interiorul acestora contribuie la formarea unor temperaturi mai ridicate în vase decât în tigăile obișnuite de pe aragaz.
Formula de altitudine barometrică este utilizată pentru a calcula presiunea atmosferică. Arată ca fotografia de mai jos.
P este valoarea dorită la înălțime, P0 este densitatea aerului lângă suprafață, g este accelerația de cădere liberă, h este înălțimea deasupra Pământului, m este masa molară a gazului, t este temperatura sistemului, r este constanta universală a gazului de 8,3144598 J⁄(mol x K) și e este numărul Euclair egal cu 2,71828.
Adesea, în formula presiunii atmosferice de mai sus, în loc de R, este folosit Keste constanta Boltzmann. Constanta universală a gazului este adesea exprimată în termeni de produs prin numărul Avogadro. Este mai convenabil pentru calcule când numărul de particule este dat în moli.
Când faceți calcule, ar trebui să țineți întotdeauna cont de posibilitatea unor modificări ale temperaturii aerului din cauza unei modificări a situației meteorologice sau la urcarea deasupra nivelului mării, precum și de latitudinea geografică.
Manometru și vacuometru
Diferența dintre presiunea atmosferică și presiunea ambientală măsurată se numește suprapresiune. În funcție de rezultat, numele valorii se schimbă.
Dacă este pozitivă, se numește presiune manometrică.
Dacă rezultatul obținut este cu semnul minus, se numește vid. Merită să ne amintim că nu poate fi mai mult decât barometrică.
Diferenţial
Această valoare este diferența de presiune în diferite puncte de măsurare. De regulă, este utilizat pentru a determina căderea de presiune pe orice echipament. Acest lucru este valabil mai ales în industria petrolului.
După ce ne-am dat seama ce fel de mărime termodinamică se numește presiune și cu ce formule se găsește, putem concluziona că acest fenomen este foarte important și, prin urmare, cunoștințele despre el nu vor fi niciodată de prisos.
