Tekanan ialah kuantiti fizikal yang memainkan peranan istimewa dalam alam semula jadi dan kehidupan manusia. Fenomena ini, tidak dapat dilihat oleh mata, bukan sahaja menjejaskan keadaan persekitaran, tetapi juga sangat dirasai oleh semua orang. Mari kita ketahui apa itu, jenisnya yang wujud dan cara mencari tekanan (formula) dalam persekitaran yang berbeza.
Apa yang dipanggil tekanan dalam fizik dan kimia
Istilah ini merujuk kepada kuantiti termodinamik yang penting, yang dinyatakan sebagai nisbah daya tekanan yang dikenakan secara berserenjang dengan luas permukaan di mana ia bertindak. Fenomena ini tidak bergantung pada saiz sistem di mana ia beroperasi, oleh itu ia merujuk kepada kuantiti intensif.
Dalam keadaan keseimbangan, mengikut hukum Pascal, tekanan adalah sama untuk semua titik dalam sistem.
Dalam fizik dan kimia, ini dilambangkan dengan huruf "P", yang merupakan singkatan untuk nama Latin bagi istilah - pressūra.
Jika kita bercakap tentang tekanan osmotik cecair (keseimbangan antara tekanandi dalam dan di luar sangkar), huruf "P" digunakan.
Unit tekanan
Mengikut piawaian sistem SI Antarabangsa, fenomena fizikal yang dianggap diukur dalam pascal (Cyrillic - Pa, Latin - Ra).
Berdasarkan formula tekanan, ternyata satu Pa adalah sama dengan satu N (newton - satu unit daya) dibahagikan dengan satu meter persegi (satu unit keluasan).
Namun, dalam praktiknya, agak sukar untuk menggunakan pascal, kerana unit ini sangat kecil. Dalam hal ini, sebagai tambahan kepada piawaian SI, nilai ini boleh diukur dengan cara yang berbeza.
Di bawah ialah analognya yang paling terkenal. Kebanyakannya digunakan secara meluas di bekas USSR.
- Bar. Satu bar bersamaan dengan 105 Pa.
- Torr, atau milimeter merkuri. Kira-kira satu Torr sepadan dengan 133.3223684 Pa.
- Millimeter lajur air.
- Meter tiang air.
- Suasana teknikal.
- Suasana fizikal. Satu atm bersamaan dengan 101,325 Pa dan 1.033233 pada.
- Kilogram-daya setiap sentimeter persegi. Terdapat juga daya tan dan daya gram. Di samping itu, terdapat daya paun analog setiap inci persegi.
Formula am untuk tekanan (fizik gred ke-7)
Daripada takrifan kuantiti fizik tertentu, anda boleh menentukan kaedah mencarinya. Ia kelihatan seperti foto di bawah.
Di dalamnya, F ialah daya, dan S ialah luas. Dengan kata lain, formula untuk mencari tekanan ialah dayanya dibahagikan dengan luas permukaan di mana iamenjejaskan.
Ia juga boleh ditulis seperti ini: P=mg / S atau P=pVg / S. Oleh itu, kuantiti fizik ini berkaitan dengan pembolehubah termodinamik lain: isipadu dan jisim.
Untuk tekanan, prinsip berikut digunakan: semakin kecil ruang yang terjejas oleh daya, semakin besar jumlah daya tekan yang ada. Walau bagaimanapun, jika kawasan bertambah (dengan daya yang sama), nilai yang diingini berkurangan.
Formula tekanan hidrostatik
Keadaan agregat bahan yang berbeza, memperuntukkan kehadiran sifatnya yang berbeza antara satu sama lain. Berdasarkan ini, kaedah untuk menentukan P di dalamnya juga akan berbeza.
Sebagai contoh, formula untuk tekanan air (hidrostatik) kelihatan seperti ini: P=pgh. Ia juga terpakai kepada gas. Walau bagaimanapun, ia tidak boleh digunakan untuk mengira tekanan atmosfera, disebabkan oleh perbezaan ketinggian dan ketumpatan udara.
Dalam formula ini, p ialah ketumpatan, g ialah pecutan graviti, dan h ialah ketinggian. Berdasarkan ini, semakin dalam objek atau objek tenggelam, semakin tinggi tekanan yang dikenakan ke atasnya di dalam cecair (gas).
Varian yang sedang dipertimbangkan ialah adaptasi daripada contoh klasik P=F / S.
Jika kita ingat bahawa daya adalah sama dengan terbitan jisim dengan halaju jatuh bebas (F=mg), dan jisim cecair ialah terbitan isipadu dengan ketumpatan (m=pV), maka formula tekanan boleh ditulis sebagai P=pVg / S. Dalam kes ini, isipadu ialah luas yang didarab dengan ketinggian (V=Sh).
Jika anda memasukkan data ini, ternyata kawasan dalam pengangka danpenyebut boleh dikurangkan dan output - formula di atas: P=pgh.
Memandangkan tekanan dalam cecair, perlu diingat bahawa, tidak seperti pepejal, lapisan permukaan selalunya boleh diherotkan di dalamnya. Dan ini, seterusnya, menyumbang kepada pembentukan tekanan tambahan.
Untuk situasi sedemikian, formula tekanan yang sedikit berbeza digunakan: P=P0 + 2QH. Dalam kes ini P0 ialah tekanan lapisan tidak melengkung, dan Q ialah permukaan tegangan cecair. H ialah purata kelengkungan permukaan, yang ditentukan oleh Hukum Laplace: H=½ (1/R1+ 1/R2). Komponen R1 dan R2 ialah jejari kelengkungan utama.
Tekanan separa dan formulanya
Walaupun kaedah P=pgh boleh digunakan untuk kedua-dua cecair dan gas, adalah lebih baik untuk mengira tekanan dalam cara yang kedua dengan cara yang berbeza sedikit.
Hakikatnya ialah secara semula jadi, sebagai peraturan, bahan yang benar-benar tulen tidak begitu biasa, kerana campuran mendominasi di dalamnya. Dan ini terpakai bukan sahaja kepada cecair, tetapi juga kepada gas. Dan seperti yang anda ketahui, setiap komponen ini memberikan tekanan yang berbeza, dipanggil tekanan separa.
Ia agak mudah dikesan. Ia sama dengan jumlah tekanan setiap komponen campuran yang sedang dipertimbangkan (gas ideal).
Daripada ini, formula tekanan separa kelihatan seperti ini: P=P1+ P2+ P3… dan seterusnya, mengikut bilangan komponen.
Ada kalanya perlu untuk menentukan tekanan udara. Walau bagaimanapun, ada yang tersilap menjalankan pengiraan hanya dengan oksigen mengikut skema P=pgh. Tetapi udara adalah campuran gas yang berbeza. Ia mengandungi nitrogen, argon, oksigen dan bahan lain. Berdasarkan keadaan semasa, formula tekanan udara ialah jumlah tekanan semua komponennya. Jadi, anda harus mengambil P=P1+ P2+ P3…
Tolok tekanan paling biasa
Walaupun hakikatnya tidak sukar untuk mengira kuantiti termodinamik yang sedang dipertimbangkan menggunakan formula di atas, kadangkala tiada masa untuk menjalankan pengiraan. Lagipun, anda mesti sentiasa mengambil kira banyak nuansa. Oleh itu, untuk kemudahan, beberapa peranti telah dibangunkan selama berabad-abad untuk melakukan ini dan bukannya orang.
Malah, hampir semua peranti jenis ini adalah jenis manometer (membantu menentukan tekanan dalam gas dan cecair). Walau bagaimanapun, ia berbeza dari segi reka bentuk, ketepatan dan skop.
- Tekanan atmosfera diukur menggunakan tolok tekanan yang dipanggil barometer. Jika perlu untuk menentukan vakum (iaitu, tekanan berada di bawah tekanan atmosfera), versi lain, tolok vakum, digunakan.
- Untuk mengetahui tekanan darah seseorang, sphygmomanometer digunakan. Bagi kebanyakan orang, ia lebih dikenali sebagai tonometer bukan invasif. Terdapat banyak jenis peranti sedemikian: daripada mekanikal merkuri kepada digital automatik sepenuhnya. Ketepatannya bergantung pada bahan dari mana ia dibuat dan di mana ia diukur.
- Tekanan menurun dalam persekitaran (mengikutBahasa Inggeris - penurunan tekanan) ditentukan menggunakan tolok tekanan pembezaan atau difnamometer (jangan dikelirukan dengan dinamometer).
Jenis tekanan
Memandangkan tekanan, formula mencarinya dan variasinya untuk bahan yang berbeza, adalah berbaloi untuk belajar tentang jenis kuantiti ini. Terdapat lima daripadanya.
- Mutlak.
- Barometrik
- Lebihan.
- Vacuometric.
- Perbezaan.
Mutlak
Ini ialah nama jumlah tekanan di mana bahan atau objek terletak, tanpa mengambil kira pengaruh komponen gas lain di atmosfera.
Ia diukur dalam pascal dan merupakan jumlah lebihan dan tekanan atmosfera. Ia juga merupakan perbezaan antara jenis barometrik dan vakum.
Ia dikira dengan formula P=P2 + P3 atau P=P2 - R4.
Untuk titik rujukan tekanan mutlak dalam keadaan planet Bumi, tekanan di dalam bekas tempat udara dikeluarkan (iaitu vakum klasik) diambil.
Hanya jenis tekanan ini digunakan dalam kebanyakan formula termodinamik.
Barometrik
Istilah ini merujuk kepada tekanan atmosfera (graviti) pada semua objek dan objek yang terdapat di dalamnya, termasuk permukaan Bumi itu sendiri. Ia juga dikenali kebanyakan sebagai atmosfera.
Ia diklasifikasikan sebagai parameter termodinamik, dan nilainya berbeza-beza bergantung pada tempat dan masa pengukuran, serta keadaan cuaca dan berada di atas / di bawah paras laut.
Nilai tekanan barometriksama dengan modulus daya atmosfera pada kawasan kesatuan sepanjang normal kepadanya.
Dalam suasana yang stabil, magnitud fenomena fizikal ini adalah sama dengan berat lajur udara pada tapak dengan luas sama dengan satu.
Tekanan barometrik standard ialah 101,325 Pa (760 mm Hg pada 0 darjah Celsius). Lebih-lebih lagi, semakin tinggi objek dari permukaan Bumi, semakin rendah tekanan udara di atasnya. Setiap 8 km ia berkurangan sebanyak 100 Pa.
Terima kasih kepada harta tanah di pergunungan ini, air dalam cerek mendidih lebih cepat daripada di rumah di atas dapur. Hakikatnya ialah tekanan mempengaruhi takat didih: dengan penurunannya, yang terakhir berkurangan. Dan begitu juga sebaliknya. Kerja-kerja perkakas dapur seperti periuk tekanan dan autoklaf dibina di atas harta tanah ini. Peningkatan tekanan di dalamnya menyumbang kepada pembentukan suhu yang lebih tinggi dalam pinggan berbanding kuali biasa di atas dapur.
Formula ketinggian barometrik digunakan untuk mengira tekanan atmosfera. Ia kelihatan seperti foto di bawah.
P ialah nilai yang dikehendaki pada ketinggian, P0 ialah ketumpatan udara berhampiran permukaan, g ialah pecutan jatuh bebas, h ialah ketinggian di atas Bumi, m ialah jisim molar gas, t ialah suhu sistem, r ialah pemalar gas universal 8.3144598 J⁄(mol x K) dan e ialah nombor Euclair bersamaan dengan 2.71828.
Selalunya, dalam formula tekanan atmosfera di atas, bukannya R, K digunakanialah pemalar Boltzmann. Pemalar gas sejagat selalunya dinyatakan dari segi produknya dengan nombor Avogadro. Ia lebih mudah untuk pengiraan apabila bilangan zarah diberikan dalam tahi lalat.
Apabila membuat pengiraan, anda harus sentiasa mengambil kira kemungkinan perubahan suhu udara disebabkan oleh perubahan dalam keadaan meteorologi atau semasa mendaki di atas paras laut, serta latitud geografi.
Tolok dan tolok vakum
Perbezaan antara tekanan atmosfera dan tekanan ambien yang diukur dipanggil tekanan berlebihan. Bergantung pada keputusan, nama nilai berubah.
Jika ia positif, ia dipanggil tekanan tolok.
Jika hasil yang diperolehi dengan tanda tolak, ia dipanggil vakum. Perlu diingat bahawa ia tidak boleh lebih daripada barometrik.
Perbezaan
Nilai ini ialah perbezaan tekanan pada titik pengukuran yang berbeza. Sebagai peraturan, ia digunakan untuk menentukan penurunan tekanan pada mana-mana peralatan. Ini benar terutamanya dalam industri minyak.
Setelah mengetahui jenis kuantiti termodinamik yang dipanggil tekanan dan dengan formula apa yang ditemui, kita boleh membuat kesimpulan bahawa fenomena ini adalah sangat penting, dan oleh itu pengetahuan tentangnya tidak akan pernah berlebihan.
