Slėgis yra fizinis dydis, kuris vaidina ypatingą vaidmenį gamtoje ir žmogaus gyvenime. Šis akiai nepastebimas reiškinys turi įtakos ne tik aplinkos būklei, bet ir labai gerai jaučiamas visiems. Išsiaiškinkime, kas tai yra, kokie jo tipai egzistuoja ir kaip rasti slėgį (formulę) įvairiose aplinkose.
Kas fizikoje ir chemijoje vadinama slėgiu
Šis terminas reiškia svarbų termodinaminį dydį, kuris išreiškiamas statmenai veikiančios slėgio jėgos ir paviršiaus ploto, kurį ji veikia, santykiu. Šis reiškinys nepriklauso nuo sistemos, kurioje jis veikia, dydžio, todėl jis susijęs su intensyviais kiekiais.
Pusiausvyros būsenoje pagal Paskalio dėsnį slėgis visuose sistemos taškuose yra vienodas.
Fizikoje ir chemijoje tai žymima raide "P", kuri yra lotyniško termino pavadinimo santrumpa - pressūra.
Jei kalbame apie skysčio osmosinį slėgį (balansą tarp slėgionarvo viduje ir išorėje), naudojama raidė „P“.
Slėgio vienetai
Pagal tarptautinės SI sistemos standartus nagrinėjamas fizikinis reiškinys matuojamas paskaliais (kirilica – Pa, lotyniškai – Ra).
Remiantis slėgio formule, paaiškėja, kad vienas Pa yra lygus vienam N (niutonas – jėgos vienetas), padalijus iš vieno kvadratinio metro (ploto vieneto).
Tačiau praktiškai gana sunku taikyti paskalius, nes šis vienetas yra labai mažas. Šiuo atžvilgiu, be SI standartų, šią vertę galima išmatuoti ir kitaip.
Žymiausi jo analogai pateikiami žemiau. Dauguma jų plačiai naudojami buvusioje SSRS.
- Barai. Viena juosta yra lygi 105 Pa.
- Torrai arba gyvsidabrio milimetrai. Apytiksliai vienas Torras atitinka 133,3223684 Pa.
- Vandens stulpelio milimetrai.
- Metrai vandens stulpelio.
- Techninė aplinka.
- Fizinė atmosfera. Vienas atm yra lygus 101 325 Pa ir 1,033233 at.
- Kilogramo jėga kvadratiniam centimetrui. Taip pat yra ton-force ir gram-force. Be to, viename kvadratiniame colyje yra analoginė svarų jėga.
Bendroji slėgio formulė (7 klasės fizika)
Remiantis tam tikro fizinio dydžio apibrėžimu, galite nustatyti jo radimo būdą. Atrodo kaip toliau esančioje nuotraukoje.
Jame F yra jėga, o S yra plotas. Kitaip tariant, slėgio nustatymo formulė yra jo jėga, padalyta iš paviršiaus ploto, kuriame jis yraturi įtakos.
Jį galima parašyti ir taip: P=mg / S arba P=pVg / S. Taigi šis fizikinis dydis yra susijęs su kitais termodinaminiais kintamaisiais: tūriu ir mase.
Slėgiui taikomas toks principas: kuo mažesnė erdvė veikiama jėgos, tuo didesnė spaudimo jėga. Tačiau jei plotas didėja (ta pačia jėga), norima reikšmė mažėja.
Hidrostatinio slėgio formulė
Skirtingos suvestinės medžiagų būsenos, numatykite, kad jų savybės skiriasi viena nuo kitos. Atsižvelgiant į tai, P nustatymo metodai juose taip pat skirsis.
Pavyzdžiui, vandens slėgio (hidrostatinio) formulė atrodo taip: P=pgh. Tai taip pat taikoma dujoms. Tačiau jo negalima naudoti atmosferos slėgiui apskaičiuoti dėl aukščio ir oro tankio skirtumo.
Šioje formulėje p yra tankis, g yra gravitacinis pagreitis, o h yra aukštis. Remiantis tuo, kuo giliau skęsta objektas ar objektas, tuo didesnis slėgis jį veikia skysčio (dujų) viduje.
Nagrinėjamas variantas yra klasikinio pavyzdžio P=F / S adaptacija.
Jei prisimintume, kad jėga yra lygi masės išvestinei iš laisvojo kritimo greičio (F=mg), o skysčio masė yra tūrio išvestinė pagal tankį (m=pV), tada slėgio formulę galima parašyti taip P=pVg / S. Šiuo atveju tūris yra plotas, padaugintas iš aukščio (V=Sh).
Jei įterpsite šiuos duomenis, paaiškės, kad sritis skaitiklyje irvardiklis gali būti sumažintas, o išvestis - aukščiau pateikta formulė: P=pgh.
Atsižvelgiant į slėgį skysčiuose, verta atsiminti, kad skirtingai nei kietose medžiagose, paviršinis sluoksnis juose dažnai gali būti iškraipytas. O tai savo ruožtu prisideda prie papildomo spaudimo susidarymo.
Tokiose situacijose naudojama šiek tiek kitokia slėgio formulė: P=P0 + 2QH. Šiuo atveju P0 yra nelenkto sluoksnio slėgis, o Q yra skysčio įtempimo paviršius. H yra vidutinis paviršiaus kreivumas, kuris nustatomas pagal Laplaso dėsnį: H=½ (1/R1+ 1/R2). Komponentai R1 ir R2 yra pagrindinio kreivio spinduliai.
Dalinis slėgis ir jo formulė
Nors P=pgh metodas taikomas tiek skysčiams, tiek dujoms, pastarųjų slėgį geriau apskaičiuoti kiek kitaip.
Faktas tas, kad gamtoje, kaip taisyklė, absoliučiai grynos medžiagos nėra labai paplitusios, nes joje vyrauja mišiniai. Ir tai taikoma ne tik skysčiams, bet ir dujoms. Ir, kaip žinote, kiekvienas iš šių komponentų daro skirtingą slėgį, vadinamą daliniu slėgiu.
Tai gana lengva pastebėti. Jis lygus kiekvieno nagrinėjamo mišinio komponento slėgių sumai (idealios dujos).
Iš to išplaukia, kad dalinio slėgio formulė atrodo taip: P=P1+ P2+ P3… ir taip toliau, atsižvelgiant į komponentų skaičių.
Dažnai pasitaiko atvejų, kai reikia nustatyti oro slėgį. Tačiau kai kurie klaidingai atlieka skaičiavimus tik su deguonimi pagal schemą P=pgh. Tačiau oras yra įvairių dujų mišinys. Jame yra azoto, argono, deguonies ir kitų medžiagų. Remiantis esama situacija, oro slėgio formulė yra visų jos komponentų slėgių suma. Taigi, turėtumėte paimti aukščiau pateiktą P=P1+ P2+ P3…
Dažniausi manometrai
Nepaisant to, kad pagal aukščiau pateiktas formules apskaičiuoti nagrinėjamą termodinaminį dydį nėra sunku, kartais tiesiog nėra laiko atlikti skaičiavimą. Juk visada reikia atsižvelgti į daugybę niuansų. Todėl patogumo sumetimais per šimtmečius buvo sukurta daug įrenginių, kurie tai galėtų padaryti vietoj žmonių.
Iš tikrųjų beveik visi tokio tipo prietaisai yra manometro tipai (padeda nustatyti dujų ir skysčių slėgį). Tačiau jie skiriasi savo dizainu, tikslumu ir apimtimi.
- Atmosferos slėgis matuojamas manometru, vadinamu barometru. Jei reikia nustatyti vakuumą (ty slėgis yra mažesnis už atmosferos slėgį), naudojama kita jo versija – vakuumo matuoklis.
- Žmogaus kraujospūdžiui sužinoti naudojamas sfigmomanometras. Daugumai jis geriau žinomas kaip neinvazinis tonometras. Tokių prietaisų yra daug įvairių: nuo gyvsidabrio mechaninio iki visiškai automatinio skaitmeninio. Jų tikslumas priklauso nuo medžiagų, iš kurių jie pagaminti ir kur jie matuojami.
- Slėgio kritimai aplinkoje (pagalLietuviškai - slėgio kritimas) nustatomi naudojant diferencinio slėgio matuoklius arba difnamometrus (nepainioti su dinamometrais).
Slėgio tipai
Atsižvelgiant į spaudimą, jo radimo formulę ir jo variacijas skirtingoms medžiagoms, verta sužinoti apie šio kiekio atmainas. Jų yra penki.
- Absoliutus.
- Barometrinis
- Perteklius.
- Vakuometrinis.
- Diferencinis.
Absoliutus
Tai yra bendro slėgio, kuriame yra medžiaga ar objektas, pavadinimas, neatsižvelgiant į kitų dujinių atmosferos komponentų įtaką.
Jis matuojamas paskaliais ir yra pertekliaus ir atmosferos slėgio suma. Tai taip pat yra skirtumas tarp barometrinių ir vakuuminių tipų.
Jis apskaičiuojamas pagal formulę P=P2 + P3 arba P=P2 – R4.
Absoliutaus slėgio atskaitos tašku Žemės planetos sąlygomis imamas slėgis talpyklos, iš kurios pašalinamas oras, viduje (ty klasikinis vakuumas).
Tik tokio tipo slėgis naudojamas daugelyje termodinaminių formulių.
Barometrinis
Šis terminas reiškia atmosferos slėgį (gravitaciją) ant visų objektų ir objektų, esančių joje, įskaitant patį Žemės paviršių. Daugumai jis taip pat žinomas kaip atmosferinis.
Jis klasifikuojamas kaip termodinaminis parametras, o jo reikšmė kinta priklausomai nuo matavimo vietos ir laiko, taip pat oro sąlygų ir buvimo aukščiau / žemiau jūros lygio.
Barometrinio slėgio vertėlygus atmosferos jėgos moduliui vienybės srityje išilgai jos normalios.
Stabilioje atmosferoje šio fizinio reiškinio dydis yra lygus oro stulpelio svoriui ant pagrindo, kurio plotas lygus vienetui.
Normalus barometrinis slėgis – 101 325 Pa (760 mm Hg esant 0 laipsnių Celsijaus). Be to, kuo aukščiau objektas yra nuo Žemės paviršiaus, tuo mažesnis oro slėgis jame. Kas 8 km jis sumažėja 100 Pa.
Dėl šios nuosavybės kalnuose vanduo virduliuose užverda daug greičiau nei namuose ant viryklės. Faktas yra tas, kad slėgis turi įtakos virimo temperatūrai: jam mažėjant, pastaroji mažėja. Ir atvirkščiai. Šiame sklype pastatyta tokia virtuvės technika kaip greitpuodis ir autoklavas. Padidėjęs slėgis jų viduje prisideda prie aukštesnės temperatūros susidarymo induose nei įprastose keptuvėse ant viryklės.
Atmosferos slėgiui apskaičiuoti naudojama barometrinio aukščio formulė. Atrodo kaip toliau esančioje nuotraukoje.
P yra norima vertė aukštyje, P0 yra oro tankis šalia paviršiaus, g yra laisvo kritimo pagreitis, h yra aukštis virš Žemės, m yra dujų molinė masė, t yra sistemos temperatūra, r yra universali dujų konstanta 8,3144598 J⁄(mol x K), o e yra Eukler skaičius, lygus 2,71828.
Dažnai pirmiau pateiktoje atmosferos slėgio formulėje vietoj R naudojamas Kyra Boltzmanno konstanta. Universali dujų konstanta dažnai išreiškiama jos sandauga Avogadro skaičiumi. Skaičiavimams patogiau, kai dalelių skaičius pateikiamas moliais.
Atlikdami skaičiavimus, visada turėtumėte atsižvelgti į oro temperatūros pokyčių galimybę pasikeitus meteorologinei situacijai arba kylant virš jūros lygio, taip pat į geografinę platumą.
Manometras ir vakuumo matuoklis
Atmosferos slėgio ir išmatuoto aplinkos slėgio skirtumas vadinamas viršslėgiu. Atsižvelgiant į rezultatą, reikšmės pavadinimas keičiasi.
Jei jis teigiamas, jis vadinamas manometriniu slėgiu.
Jei gautas rezultatas yra su minuso ženklu, jis vadinamas vakuumu. Verta atsiminti, kad jis negali būti daugiau nei barometrinis.
Diferencinis
Ši vertė yra slėgio skirtumas skirtinguose matavimo taškuose. Paprastai jis naudojamas bet kokios įrangos slėgio kritimui nustatyti. Tai ypač pasakytina apie naftos pramonę.
Išsiaiškinę, koks termodinaminis dydis vadinamas slėgiu ir kokiomis formulėmis jis randamas, galime daryti išvadą, kad šis reiškinys yra labai svarbus, todėl žinios apie jį niekada nebus nereikalingos.
