A nyomás olyan fizikai mennyiség, amely különleges szerepet játszik a természetben és az emberi életben. Ez a szemmel észrevehetetlen jelenség nem csak a környezet állapotát befolyásolja, hanem mindenki nagyon jól érzi magát. Nézzük meg, mi ez, milyen típusai léteznek, és hogyan találjuk meg a nyomást (képletet) különböző környezetekben.
Amit nyomásnak neveznek a fizikában és a kémiában
Ez a kifejezés egy fontos termodinamikai mennyiségre utal, amelyet a merőlegesen kifejtett nyomóerő és az a felület arányaként fejeznek ki, amelyre hat. Ez a jelenség nem függ a rendszer méretétől, amelyben működik, ezért intenzív mennyiségekre vonatkozik.
Egyensúlyi állapotban, Pascal törvénye szerint, a nyomás a rendszer minden pontjában azonos.
A fizikában és a kémiában ezt a "P" betűvel jelölik, amely a kifejezés latin nevének – pressūra – rövidítése.
Ha egy folyadék ozmotikus nyomásáról beszélünk (a nyomás egyensúlyáróla ketrecen belül és kívül) a "P" betűt használják.
Nyomásegységek
A nemzetközi SI-rendszer szabványai szerint a vizsgált fizikai jelenséget pascalban mérik (cirill - Pa, latin - Ra).
A nyomásképlet alapján kiderül, hogy egy Pa egyenlő egy N-vel (newton – az erő egysége) osztva egy négyzetméterrel (területegység).
A gyakorlatban azonban meglehetősen nehéz pascalokat alkalmazni, mivel ez az egység nagyon kicsi. Ebben a tekintetben az SI-szabványokon kívül ez az érték más módon is mérhető.
Alább találhatók a leghíresebb analógjai. Legtöbbjüket széles körben használják a volt Szovjetunióban.
- Bars. Egy rúd egyenlő 105 Pa-val.
- Torr vagy higanymilliméter. Körülbelül egy Torr 133,3223684 Pa-nak felel meg.
- Vízoszlop milliméterei.
- Méteres vízoszlop.
- Technikai légkör.
- Fizikai légkör. Egy atm egyenlő 101 325 Pa-val és 1,033233 atm.
- Kilogram-erő négyzetcentiméterenként. Van még ton-erő és gramm-erő is. Ezenkívül négyzethüvelykenként analóg font-erő is van.
A nyomás általános képlete (7. osztályos fizika)
Egy adott fizikai mennyiség definíciójából meghatározható a megtalálásának módja. Úgy néz ki, mint az alábbi fotó.
Ebben F az erő, S pedig a terület. Más szóval, a nyomás meghatározásának képlete az erő elosztva azzal a felülettel, amelyen a nyomás találhatóhatással van.
Írható így is: P=mg / S vagy P=pVg / S. Így ez a fizikai mennyiség más termodinamikai változókhoz kapcsolódik: térfogat és tömeg.
Nyomás esetén a következő elv érvényesül: minél kisebb teret érint az erő, annál nagyobb a nyomóerő. Ha azonban a terület növekszik (ugyanolyan erővel), a kívánt érték csökken.
Hidrosztatikus nyomásképlet
Az anyagok különböző halmazállapotai, biztosítják egymástól eltérő tulajdonságaik jelenlétét. Ez alapján a P meghatározásának módszerei is eltérőek lesznek bennük.
Például a víznyomás (hidrosztatikus) képlete így néz ki: P=pgh. Ez vonatkozik a gázokra is. Nem használható azonban a légköri nyomás kiszámítására a magasságok és a levegősűrűség különbsége miatt.
Ebben a képletben p a sűrűség, g a gravitációs gyorsulás, h pedig a magasság. Ez alapján minél mélyebbre süllyed egy tárgy vagy tárgy, annál nagyobb nyomás nehezedik rá a folyadékban (gázban).
A vizsgált változat a P=F / S klasszikus példa adaptációja.
Ha emlékezünk arra, hogy az erő egyenlő a tömegnek a szabadesési sebesség deriváltjával (F=mg), és a folyadék tömege a térfogat sűrűség szerinti deriváltja (m=pV), akkor a nyomásképlet a következőképpen írható fel: P=pVg / S. Ebben az esetben a térfogat a terület és a magasság szorzata (V=Sh).
Ha beszúrja ezeket az adatokat, akkor kiderül, hogy a számlálóban és aa nevező csökkenthető és a kimenet - a fenti képlet: P=pgh.
Figyelembe véve a folyadékok nyomását, érdemes megjegyezni, hogy a szilárd anyagokkal ellentétben bennük a felületi réteg gyakran torzulhat. Ez pedig hozzájárul a további nyomás kialakulásához.
Az ilyen helyzetekben egy kissé eltérő nyomásképletet használunk: P=P0 + 2QH. Ebben az esetben P0 a nem görbült réteg nyomása, Q pedig a folyadék feszültségi felülete. H a felület átlagos görbülete, amelyet a Laplace-törvény határoz meg: H=½ (1/R1+ 1/R2). Az R1 és R2 összetevők a fő görbületi sugarak.
Részleges nyomás és képlete
Bár a P=pgh módszer alkalmazható folyadékokra és gázokra is, jobb, ha az utóbbiak nyomását kicsit másképp számítjuk ki.
Az a tény, hogy a természetben az abszolút tiszta anyagok általában nem túl gyakoriak, mert a keverékek dominálnak benne. És ez nem csak a folyadékokra vonatkozik, hanem a gázokra is. És mint tudod, ezek az összetevők mindegyike eltérő nyomást fejt ki, ezt parciális nyomásnak nevezik.
Elég könnyű észrevenni. Ez egyenlő a szóban forgó keverék (ideális gáz) egyes összetevőinek nyomásának összegével.
Ebből az következik, hogy a parciális nyomás képlete így néz ki: P=P1+ P2+ P3… és így tovább, az összetevők számától függően.
Gyakran előfordul, hogy meg kell határozni a légnyomást. Néhányan azonban tévesen csak oxigénnel végeznek számításokat a P=pgh séma szerint. De a levegő különböző gázok keveréke. Nitrogént, argont, oxigént és egyéb anyagokat tartalmaz. A jelenlegi helyzet alapján a légnyomás képlete az összes összetevője nyomásának összege. Tehát a fenti P=P1+ P2+ P3…
Leggyakoribb nyomásmérők
Annak ellenére, hogy a vizsgált termodinamikai mennyiséget nem nehéz kiszámítani a fenti képletekkel, néha egyszerűen nincs idő a számítás elvégzésére. Végül is mindig figyelembe kell vennie számos árnyalatot. Ezért a kényelem kedvéért az évszázadok során számos eszközt fejlesztettek ki, amelyek ezt az emberek helyett teszik meg.
Valójában szinte minden ilyen eszköz a manométer fajtája (segít a gázok és folyadékok nyomásának meghatározásában). Mindazonáltal felépítésükben, pontosságukban és terjedelemükben különböznek egymástól.
- A légköri nyomást egy barométernek nevezett nyomásmérővel mérik. Ha meg kell határozni a vákuumot (vagyis a nyomás a légköri nyomás alatt van), akkor ennek egy másik változatát, egy vákuummérőt használnak.
- Az ember vérnyomásának meghatározásához vérnyomásmérőt használnak. A legtöbb számára nem invazív tonométerként ismert. Sokféle ilyen eszköz létezik: a higanymechanikustól a teljesen automatikus digitálisig. Pontosságuk attól függ, hogy milyen anyagokból készültek és hol mérik őket.
- Nyomásesés a környezetben (a szerintmagyar - nyomásesés) nyomáskülönbség-mérőkkel vagy difnamométerekkel határozható meg (nem tévesztendő össze a dinamométerekkel).
Nyomástípusok
Figyelembe véve a nyomást, a megtalálási képletet és a különböző anyagokra vonatkozó variációit, érdemes megismerni ennek a mennyiségnek a fajtáit. Öt van belőlük.
- Abszolút.
- Barometrikus
- Túlság.
- Vákuometrikus.
- Differenciál.
Abszolút
Ez annak a teljes nyomásnak a neve, amely alatt egy anyag vagy tárgy található, anélkül, hogy figyelembe vennénk a légkör egyéb gáznemű összetevőinek hatását.
Pascalban mérik, és a többlet és a légköri nyomás összege. Ez a különbség a barometrikus és a vákuum típusok között is.
Kiszámítása a következő képlettel történik: P=P2 + P3 vagy P=P2 - R4.
A Föld bolygó körülményei között az abszolút nyomás referenciapontjaként a levegőt eltávolító tartályon belüli nyomást (vagyis a klasszikus vákuumot) vettük.
Csak ezt a típusú nyomást használják a legtöbb termodinamikai képletben.
Barometrikus
Ez a kifejezés a légkör nyomására (gravitációra) utal minden objektumra és benne található objektumra, beleértve magát a Föld felszínét is. A legtöbben atmoszférikusként is ismerik.
Termodinamikai paraméterként van besorolva, értéke a mérés helyétől és időpontjától, valamint az időjárási viszonyoktól és a tengerszint feletti/alatti helyzettől függően változik.
Légköri nyomásértékegyenlő az atmoszféra erő modulusával egy egységnyi területen a vele normális mentén.
Stabil atmoszférában ennek a fizikai jelenségnek a nagysága megegyezik egy légoszlop súlyával egy alapterületű alapon.
Normál légnyomás - 101 325 Pa (760 Hgmm 0 Celsius fokon). Sőt, minél magasabban van az objektum a Föld felszínétől, annál alacsonyabb lesz a légnyomás. 8 km-enként 100 Pa-val csökken.
Ennek a hegyekben található ingatlannak köszönhetően a vízforralókban sokkal gyorsabban felforr a víz, mint otthon a tűzhelyen. A helyzet az, hogy a nyomás befolyásolja a forráspontot: csökkenésével az utóbbi csökken. És fordítva. Ezen az ingatlanon olyan konyhai berendezések munkája épült, mint a gyorsfőző és az autokláv. A bennük lévő nyomásnövekedés hozzájárul ahhoz, hogy az edényekben magasabb hőmérséklet alakuljon ki, mint a tűzhelyen lévő hagyományos serpenyőkben.
A légköri nyomás kiszámításához a barometrikus magassági képletet használják. Úgy néz ki, mint az alábbi fotó.
P a kívánt magassági érték, P0 a levegő sűrűsége a felszín közelében, g a szabadesési gyorsulás, h a Föld feletti magasság, m a gáz moláris tömege, t a rendszer hőmérséklete, r a 8,3144598 J⁄(mol x K) univerzális gázállandó, e pedig az Euclair-szám egyenlő: 2,71828.
A fenti légköri nyomásképletben gyakran R helyett K-t használnak.a Boltzmann állandó. Az univerzális gázállandót gyakran az Avogadro-számmal fejezik ki szorzatában. Kényelmesebb a számításokhoz, ha a részecskék számát mólban adjuk meg.
Számításoknál mindig figyelembe kell venni a levegő hőmérséklet változásának lehetőségét a meteorológiai helyzet változása vagy a tengerszint fölé való emelkedéskor, valamint a földrajzi szélesség.
Mérőmérő és vákuummérő
A légköri nyomás és a mért környezeti nyomás közötti különbséget túlnyomásnak nevezzük. Az eredménytől függően az érték neve megváltozik.
Ha pozitív, azt túlnyomásnak nevezik.
Ha a kapott eredmény mínusz előjelű, azt vákuumnak nevezzük. Érdemes megjegyezni, hogy ez nem lehet több, mint légköri.
Differenciál
Ez az érték a nyomáskülönbség a különböző mérési pontokon. Általában bármely berendezés nyomásesésének meghatározására szolgál. Ez különösen igaz az olajiparra.
Miután rájöttünk, hogy milyen termodinamikai mennyiséget nevezünk nyomásnak, és milyen képletekkel találjuk meg, megállapíthatjuk, hogy ez a jelenség nagyon fontos, ezért az ismerete soha nem lesz felesleges.
