Η πίεση είναι μια φυσική ποσότητα που παίζει ιδιαίτερο ρόλο στη φύση και στην ανθρώπινη ζωή. Αυτό το φαινόμενο, ανεπαίσθητο στο μάτι, δεν επηρεάζει μόνο την κατάσταση του περιβάλλοντος, αλλά είναι και πολύ καλά αισθητό από όλους. Ας μάθουμε τι είναι, τι είδους υπάρχουν και πώς να βρούμε την πίεση (τύπος) σε διαφορετικά περιβάλλοντα.
Τι ονομάζεται πίεση στη φυσική και τη χημεία
Αυτός ο όρος αναφέρεται σε ένα σημαντικό θερμοδυναμικό μέγεθος, το οποίο εκφράζεται ως ο λόγος της κάθετα ασκούμενης δύναμης πίεσης προς την επιφάνεια στην οποία δρα. Αυτό το φαινόμενο δεν εξαρτάται από το μέγεθος του συστήματος στο οποίο λειτουργεί, επομένως αναφέρεται σε εντατικές ποσότητες.
Σε κατάσταση ισορροπίας, σύμφωνα με το νόμο του Pascal, η πίεση είναι ίδια για όλα τα σημεία του συστήματος.
Στη φυσική και τη χημεία, αυτό υποδηλώνεται με το γράμμα "P", το οποίο είναι συντομογραφία του λατινικού ονόματος του όρου - pressūra.
Αν μιλάμε για την οσμωτική πίεση ενός υγρού (η ισορροπία μεταξύ πίεσηςμέσα και έξω από το κλουβί), χρησιμοποιείται το γράμμα "P".
Μονάδες πίεσης
Σύμφωνα με τα πρότυπα του διεθνούς συστήματος SI, το θεωρούμενο φυσικό φαινόμενο μετριέται σε πασκάλ (Κυριλλικό - Pa, Λατινικό - Ra).
Με βάση τον τύπο πίεσης, αποδεικνύεται ότι ένα Pa είναι ίσο με ένα N (νεύτον - μονάδα δύναμης) διαιρούμενο με ένα τετραγωνικό μέτρο (μονάδα εμβαδού).
Ωστόσο, στην πράξη, είναι μάλλον δύσκολο να εφαρμοστούν πασκάλ, καθώς αυτή η μονάδα είναι πολύ μικρή. Από αυτή την άποψη, εκτός από τα πρότυπα SI, αυτή η τιμή μπορεί να μετρηθεί με διαφορετικό τρόπο.
Ακολουθούν τα πιο διάσημα ανάλογα του. Τα περισσότερα από αυτά χρησιμοποιούνται ευρέως στην πρώην ΕΣΣΔ.
- Μπάρ. Μία μπάρα ισούται με 105 Pa.
- Torrs, ή χιλιοστά υδραργύρου. Περίπου ένα Torr αντιστοιχεί σε 133,3223684 Pa.
- Μιλιόμετρα στήλης νερού.
- Μέτρα στήλης νερού.
- Τεχνικές ατμόσφαιρες.
- Φυσικές ατμόσφαιρες. Ένα atm είναι ίσο με 101.325 Pa και 1,033233 at.
- Kilogram-δύναμη ανά τετραγωνικό εκατοστό. Υπάρχουν επίσης ton-force και gram-force. Επιπλέον, υπάρχει μια αναλογική λίβρα ανά τετραγωνική ίντσα.
Γενικός τύπος πίεσης (φυσική 7ης τάξης)
Από τον ορισμό μιας δεδομένης φυσικής ποσότητας, μπορείτε να προσδιορίσετε τη μέθοδο εύρεσης της. Μοιάζει με την παρακάτω φωτογραφία.
Σε αυτό, το F είναι δύναμη και το S είναι το εμβαδόν. Με άλλα λόγια, ο τύπος για την εύρεση της πίεσης είναι η δύναμή της διαιρούμενη με την επιφάνεια στην οποία βρίσκεταιεπηρεάζει.
Μπορεί επίσης να γραφτεί ως εξής: P=mg / S ή P=pVg / S. Έτσι, αυτή η φυσική ποσότητα σχετίζεται με άλλες θερμοδυναμικές μεταβλητές: όγκο και μάζα.
Για την πίεση, ισχύει η ακόλουθη αρχή: όσο μικρότερος είναι ο χώρος που επηρεάζεται από τη δύναμη, τόσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα της δύναμης πίεσης που έχει. Εάν, ωστόσο, η περιοχή αυξηθεί (με την ίδια δύναμη), η επιθυμητή τιμή μειώνεται.
Τύπος υδροστατικής πίεσης
Διαφορετικές συγκεντρωτικές καταστάσεις ουσιών, προβλέπουν την παρουσία των ιδιοτήτων τους που είναι διαφορετικές μεταξύ τους. Με βάση αυτό, οι μέθοδοι για τον προσδιορισμό του P σε αυτά θα είναι επίσης διαφορετικές.
Για παράδειγμα, ο τύπος για την πίεση του νερού (υδροστατική) μοιάζει με αυτό: P=pgh. Ισχύει και για αέρια. Ωστόσο, δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της ατμοσφαιρικής πίεσης, λόγω της διαφοράς σε υψόμετρα και πυκνότητες αέρα.
Σε αυτόν τον τύπο, p είναι η πυκνότητα, g είναι η βαρυτική επιτάχυνση και h είναι το ύψος. Με βάση αυτό, όσο πιο βαθιά βυθίζεται ένα αντικείμενο ή αντικείμενο, τόσο μεγαλύτερη είναι η πίεση που ασκείται σε αυτό μέσα στο υγρό (αέριο).
Η παραλλαγή που εξετάζεται είναι μια προσαρμογή του κλασικού παραδείγματος P=F / S.
Αν θυμηθούμε ότι η δύναμη είναι ίση με την παράγωγο της μάζας με την ταχύτητα ελεύθερης πτώσης (F=mg), και η μάζα του υγρού είναι η παράγωγος του όγκου κατά την πυκνότητα (m=pV), τότε ο τύπος πίεσης μπορεί να γραφτεί ως P=pVg / S. Σε αυτήν την περίπτωση, ο όγκος είναι η περιοχή πολλαπλασιασμένη με το ύψος (V=Sh).
Αν εισαγάγετε αυτά τα δεδομένα, αποδεικνύεται ότι η περιοχή στον αριθμητή καιο παρονομαστής μπορεί να μειωθεί και η έξοδος - ο παραπάνω τύπος: P=pgh.
Λαμβάνοντας υπόψη την πίεση στα υγρά, αξίζει να θυμόμαστε ότι, σε αντίθεση με τα στερεά, το επιφανειακό στρώμα μπορεί συχνά να παραμορφωθεί σε αυτά. Και αυτό, με τη σειρά του, συμβάλλει στο σχηματισμό πρόσθετης πίεσης.
Για τέτοιες καταστάσεις, χρησιμοποιείται ένας ελαφρώς διαφορετικός τύπος πίεσης: P=P0 + 2QH. Σε αυτήν την περίπτωση P0 είναι η πίεση του μη καμπυλωμένου στρώματος και Q είναι η επιφάνεια τάσης του υγρού. H είναι η μέση καμπυλότητα της επιφάνειας, η οποία καθορίζεται από το νόμο του Laplace: H=½ (1/R1+ 1/R2). Τα στοιχεία R1 και R2 είναι οι ακτίνες της κύριας καμπυλότητας.
Μερική πίεση και ο τύπος της
Αν και η μέθοδος P=pgh ισχύει τόσο για υγρά όσο και για αέρια, είναι καλύτερο να υπολογίσετε την πίεση στα τελευταία με ελαφρώς διαφορετικό τρόπο.
Το γεγονός είναι ότι στη φύση, κατά κανόνα, οι απολύτως καθαρές ουσίες δεν είναι πολύ διαδεδομένες, γιατί σε αυτήν κυριαρχούν μείγματα. Και αυτό δεν ισχύει μόνο για τα υγρά, αλλά και για τα αέρια. Και όπως γνωρίζετε, καθένα από αυτά τα συστατικά ασκεί διαφορετική πίεση, που ονομάζεται μερική πίεση.
Είναι αρκετά εύκολο να εντοπιστεί. Είναι ίσο με το άθροισμα της πίεσης κάθε συστατικού του υπό εξέταση μείγματος (ιδανικό αέριο).
Από αυτό προκύπτει ότι ο τύπος μερικής πίεσης μοιάζει με αυτό: P=P1+ P2+ P3… και ούτω καθεξής, σύμφωνα με τον αριθμό των στοιχείων.
Υπάρχουν συχνά φορές που είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί η πίεση του αέρα. Ωστόσο, ορισμένοι εκτελούν κατά λάθος υπολογισμούς μόνο με οξυγόνο σύμφωνα με το σχήμα P=pgh. Όμως ο αέρας είναι ένα μείγμα διαφορετικών αερίων. Περιέχει άζωτο, αργό, οξυγόνο και άλλες ουσίες. Με βάση την τρέχουσα κατάσταση, ο τύπος πίεσης αέρα είναι το άθροισμα των πιέσεων όλων των συστατικών του. Επομένως, θα πρέπει να πάρετε το παραπάνω P=P1+ P2+ P3…
Πιο κοινά μετρητές πίεσης
Παρά το γεγονός ότι δεν είναι δύσκολο να υπολογιστεί η υπό εξέταση θερμοδυναμική ποσότητα χρησιμοποιώντας τους παραπάνω τύπους, μερικές φορές απλά δεν υπάρχει χρόνος για να πραγματοποιηθεί ο υπολογισμός. Μετά από όλα, πρέπει πάντα να λαμβάνετε υπόψη πολλές αποχρώσεις. Ως εκ τούτου, για λόγους ευκολίας, έχουν αναπτυχθεί διάφορες συσκευές κατά τη διάρκεια των αιώνων για να το κάνουν αυτό αντί για ανθρώπους.
Στην πραγματικότητα, σχεδόν όλες οι συσκευές αυτού του είδους είναι ποικιλίες μανόμετρου (βοηθά στον προσδιορισμό της πίεσης σε αέρια και υγρά). Ωστόσο, διαφέρουν ως προς το σχεδιασμό, την ακρίβεια και το εύρος.
- Η ατμοσφαιρική πίεση μετριέται χρησιμοποιώντας ένα μανόμετρο που ονομάζεται βαρόμετρο. Εάν είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί το κενό (δηλαδή η πίεση είναι κάτω από την ατμοσφαιρική πίεση), χρησιμοποιείται μια άλλη εκδοχή του, ένας μετρητής κενού.
- Για να διαπιστωθεί η αρτηριακή πίεση ενός ατόμου, χρησιμοποιείται ένα πιεσόμετρο. Στους περισσότερους, είναι περισσότερο γνωστό ως μη επεμβατικό τονόμετρο. Υπάρχουν πολλές ποικιλίες τέτοιων συσκευών: από μηχανικές υδραργύρου έως πλήρως αυτόματες ψηφιακές. Η ακρίβειά τους εξαρτάται από τα υλικά από τα οποία κατασκευάζονται και από πού μετρώνται.
- Πτώση πίεσης στο περιβάλλον (σύμφωνα μεΑγγλικά - πτώση πίεσης) προσδιορίζονται με τη χρήση μετρητών διαφορικής πίεσης ή διφναμόμετρων (δεν πρέπει να συγχέονται με δυναμόμετρα).
Τύποι πίεσης
Λαμβάνοντας υπόψη την πίεση, τον τύπο για την εύρεση της και τις παραλλαγές της για διαφορετικές ουσίες, αξίζει να μάθετε για τις ποικιλίες αυτής της ποσότητας. Υπάρχουν πέντε από αυτά.
- Απόλυτο.
- Βαρομετρικό
- Υπερβολή.
- Vacuometric.
- Διαφορικό.
Απόλυτο
Αυτή είναι η ονομασία της συνολικής πίεσης κάτω από την οποία βρίσκεται μια ουσία ή ένα αντικείμενο, χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η επίδραση άλλων αερίων συστατικών της ατμόσφαιρας.
Μετράται σε πασκάλ και είναι το άθροισμα της περίσσειας και της ατμοσφαιρικής πίεσης. Είναι επίσης η διαφορά μεταξύ βαρομετρικών και τύπων κενού.
Υπολογίζεται με τον τύπο P=P2 + P3 ή P=P2 - R4.
Για το σημείο αναφοράς για την απόλυτη πίεση στις συνθήκες του πλανήτη Γη, λαμβάνεται η πίεση μέσα στο δοχείο από το οποίο αφαιρείται ο αέρας (δηλαδή το κλασικό κενό).
Μόνο αυτός ο τύπος πίεσης χρησιμοποιείται στους περισσότερους θερμοδυναμικούς τύπους.
Βαρομετρικό
Αυτός ο όρος αναφέρεται στην πίεση της ατμόσφαιρας (βαρύτητα) σε όλα τα αντικείμενα και αντικείμενα που βρίσκονται σε αυτήν, συμπεριλαμβανομένης της επιφάνειας της ίδιας της Γης. Είναι επίσης γνωστό στους περισσότερους ως ατμοσφαιρικό.
Ταξινομείται ως θερμοδυναμική παράμετρος και η τιμή της ποικίλλει ανάλογα με τον τόπο και τον χρόνο μέτρησης, καθώς και με τις καιρικές συνθήκες και το ότι είναι πάνω/κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας.
Τιμή βαρομετρικής πίεσηςίσο με το μέτρο της δύναμης της ατμόσφαιρας σε μια περιοχή μονάδας κατά μήκος της κανονικής προς αυτήν.
Σε μια σταθερή ατμόσφαιρα, το μέγεθος αυτού του φυσικού φαινομένου είναι ίσο με το βάρος μιας στήλης αέρα σε μια βάση με εμβαδόν ίσο με ένα.
Κανονική βαρομετρική πίεση - 101 325 Pa (760 mm Hg στους 0 βαθμούς Κελσίου). Επιπλέον, όσο ψηλότερα βρίσκεται το αντικείμενο από την επιφάνεια της Γης, τόσο χαμηλότερη γίνεται η πίεση του αέρα σε αυτό. Κάθε 8 km μειώνεται κατά 100 Pa.
Χάρη σε αυτήν την ιδιότητα στα βουνά, το νερό στους βραστήρες βράζει πολύ πιο γρήγορα από ό,τι στο σπίτι στη σόμπα. Το γεγονός είναι ότι η πίεση επηρεάζει το σημείο βρασμού: με τη μείωση της, το τελευταίο μειώνεται. Και αντίστροφα. Η εργασία τέτοιων συσκευών κουζίνας όπως χύτρα ταχύτητας και αυτόκλειστο βασίζεται σε αυτό το ακίνητο. Η αύξηση της πίεσης στο εσωτερικό τους συμβάλλει στο σχηματισμό υψηλότερων θερμοκρασιών στα πιάτα από ότι στα συνηθισμένα τηγάνια στη σόμπα.
Ο τύπος βαρομετρικού υψομέτρου χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της ατμοσφαιρικής πίεσης. Μοιάζει με την παρακάτω φωτογραφία.
P είναι η επιθυμητή τιμή σε ύψος, P0 είναι η πυκνότητα του αέρα κοντά στην επιφάνεια, g είναι η επιτάχυνση ελεύθερης πτώσης, h είναι το ύψος πάνω από τη Γη, m είναι η μοριακή μάζα του αερίου, t είναι η θερμοκρασία του συστήματος, r είναι η καθολική σταθερά αερίου 8,3144598 J⁄(mol x K) και e είναι ο αριθμός Euclair ίσος με 2,71828.
Συχνά, στον παραπάνω τύπο ατμοσφαιρικής πίεσης, αντί για R, χρησιμοποιείται Kείναι η σταθερά Boltzmann. Η καθολική σταθερά αερίου εκφράζεται συχνά ως γινόμενο με τον αριθμό Avogadro. Είναι πιο βολικό για υπολογισμούς όταν ο αριθμός των σωματιδίων δίνεται σε mol.
Κατά τους υπολογισμούς, θα πρέπει πάντα να λαμβάνετε υπόψη την πιθανότητα μεταβολών της θερμοκρασίας του αέρα λόγω αλλαγής της μετεωρολογικής κατάστασης ή κατά την αναρρίχηση πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, καθώς και το γεωγραφικό πλάτος.
Μετρητής και μετρητής υποπίεσης
Η διαφορά μεταξύ ατμοσφαιρικής πίεσης και μετρούμενης πίεσης περιβάλλοντος ονομάζεται υπερπίεση. Ανάλογα με το αποτέλεσμα, αλλάζει το όνομα της τιμής.
Αν είναι θετικό, ονομάζεται μανόμετρο.
Αν το αποτέλεσμα που προκύπτει είναι με αρνητικό πρόσημο, ονομάζεται κενό. Αξίζει να θυμόμαστε ότι δεν μπορεί να είναι κάτι περισσότερο από βαρομετρικό.
Διαφορά
Αυτή η τιμή είναι η διαφορά πίεσης σε διαφορετικά σημεία μέτρησης. Κατά κανόνα, χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της πτώσης πίεσης σε οποιονδήποτε εξοπλισμό. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα στη βιομηχανία πετρελαίου.
Έχοντας καταλάβει τι είδους θερμοδυναμική ποσότητα ονομάζεται πίεση και με ποιους τύπους βρίσκεται, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι αυτό το φαινόμενο είναι πολύ σημαντικό και επομένως η γνώση σχετικά με αυτό δεν θα είναι ποτέ περιττή.
