Tlak je fizična količina, ki igra posebno vlogo v naravi in človekovem življenju. Ta za oko neopazen pojav ne vpliva le na stanje okolja, ampak ga tudi vsak zelo dobro občuti. Ugotovimo, kaj je, kakšne vrste obstajajo in kako najti tlak (formulo) v različnih okoljih.
Kaj se v fiziki in kemiji imenuje tlak
Ta izraz se nanaša na pomembno termodinamično količino, ki je izražena kot razmerje pravokotne sile pritiska in površine, na katero deluje. Ta pojav ni odvisen od velikosti sistema, v katerem deluje, zato se nanaša na intenzivne količine.
V stanju ravnotežja je po Pascalovem zakonu tlak enak za vse točke v sistemu.
V fiziki in kemiji je to označeno s črko "P", ki je okrajšava za latinsko ime izraza - pressūra.
Če govorimo o osmotskem tlaku tekočine (ravnotežje med tlakomznotraj in zunaj kletke), se uporablja črka "P".
tlačne enote
Skladno s standardi mednarodnega sistema SI se obravnavani fizični pojav meri v paskalih (cirilica - Pa, latinica - Ra).
Na podlagi formule za tlak se izkaže, da je en Pa enak enemu N (njuton - enota sile), deljeno z enim kvadratnim metrom (enoto površine).
V praksi pa je paskale precej težko uporabiti, saj je ta enota zelo majhna. V zvezi s tem se lahko poleg standardov SI to vrednost izmeri na drugačen način.
Spodaj so njegovi najbolj znani analogi. Večina jih se pogosto uporablja v nekdanji ZSSR.
- Palice. Ena palica je enaka 105 Pa.
- Torrs ali milimetri živega srebra. Približno en Torr ustreza 133,3223684 Pa.
- Milimetri vodnega stolpca.
- Metri vodnega stolpca.
- Tehnično vzdušje.
- Fizično ozračje. En atm je enak 101,325 Pa in 1,033233 at.
- Kilogram-sila na kvadratni centimeter. Obstajata tudi tonska sila in gramska sila. Poleg tega obstaja analogna sila funta na kvadratni palec.
Splošna formula za tlak (7. razred fizike)
Iz definicije dane fizične količine lahko določite način iskanja. Izgleda kot na spodnji fotografiji.
V njem je F sila, S pa površina. Z drugimi besedami, formula za iskanje tlaka je njegova sila, deljena s površino, na kateri jevpliva.
Lahko se zapiše tudi tako: P=mg / S ali P=pVg / S. Tako je ta fizična količina povezana z drugimi termodinamičnimi spremenljivkami: prostornino in maso.
Za pritisk velja naslednje načelo: manjši kot je prostor, na katerega vpliva sila, večja je sila pritiska. Če pa se površina poveča (z enako silo), se želena vrednost zmanjša.
formula za hidrostatični tlak
Različna agregatna stanja snovi zagotavljajo prisotnost njihovih lastnosti, ki se med seboj razlikujejo. Na podlagi tega bodo tudi metode za določanje P v njih drugačne.
Na primer, formula za vodni tlak (hidrostatična) izgleda takole: P=pgh. Velja tudi za pline. Vendar ga ni mogoče uporabiti za izračun atmosferskega tlaka zaradi razlike v nadmorski višini in gostoti zraka.
V tej formuli je p gostota, g gravitacijski pospešek in h višina. Glede na to, globlje ko se predmet ali predmet potopi, večji je pritisk nanj znotraj tekočine (plina).
Obravnavana varianta je priredba klasičnega primera P=F / S.
Če se spomnimo, da je sila enaka derivatu mase po hitrosti prostega pada (F=mg), masa tekočine pa je izvod prostornine po gostoti (m=pV), potem lahko formulo tlaka zapišemo kot P=pVg / S. V tem primeru je prostornina površina, pomnožena z višino (V=Sh).
Če vnesete te podatke, se izkaže, da je območje v števcu inimenovalec je mogoče zmanjšati in izhod - zgornja formula: P=pgh.
Glede na tlak v tekočinah se je vredno spomniti, da je v nasprotju s trdnimi snovmi površinska plast v njih lahko pogosto popačena. To pa prispeva k nastanku dodatnega pritiska.
Za takšne situacije se uporablja nekoliko drugačna formula za tlak: P=P0 + 2QH. V tem primeru je P0 tlak neukrivljene plasti in Q je površina napetosti tekočine. H je povprečna ukrivljenost površine, ki jo določa Laplaceov zakon: H=½ (1/R1+ 1/R2). Komponenti R1 in R2 sta polmeri glavne krivine.
Parcialni tlak in njegova formula
Čeprav je metoda P=pgh uporabna tako za tekočine kot za pline, je bolje izračunati tlak v slednjih na nekoliko drugačen način.
Dejstvo je, da v naravi praviloma absolutno čiste snovi niso zelo pogoste, saj v njej prevladujejo mešanice. In to ne velja samo za tekočine, ampak tudi za pline. In kot veste, vsaka od teh komponent izvaja drugačen pritisk, imenovan delni tlak.
Precej enostavno je opaziti. Je enak vsoti tlaka vsake komponente obravnavane mešanice (idealni plin).
Iz tega sledi, da je formula delnega tlaka videti takole: P=P1+ P2+ P3… in tako naprej, glede na število komponent.
Velikokrat je treba določiti zračni tlak. Vendar pa nekateri napačno izvajajo izračune samo s kisikom po shemi P=pgh. Toda zrak je mešanica različnih plinov. Vsebuje dušik, argon, kisik in druge snovi. Glede na trenutno stanje je formula zračnega tlaka vsota tlakov vseh njegovih komponent. Torej bi morali vzeti zgornji P=P1+ P2+ P3…
Najpogostejši manometri
Kljub temu, da z uporabo zgornjih formul ni težko izračunati obravnavane termodinamične količine, včasih preprosto ni časa za izvedbo izračuna. Navsezadnje morate vedno upoštevati številne nianse. Zato so zaradi udobja skozi stoletja razvili številne naprave za to namesto ljudi.
Pravzaprav so skoraj vse tovrstne naprave sorte manometra (pomaga pri določanju tlaka v plinih in tekočinah). Vendar se razlikujejo po dizajnu, natančnosti in obsegu.
- Atmosferski tlak se meri s pomočjo manometra, imenovanega barometer. Če je treba določiti vakuum (to je tlak pod atmosferskim tlakom), se uporabi druga njegova različica, vakuumski merilnik.
- Da bi ugotovili krvni tlak osebe, se uporablja sfigmomanometer. Večini je bolj znan kot neinvazivni tonometer. Obstaja veliko vrst takšnih naprav: od živosrebrnih mehanskih do popolnoma avtomatskih digitalnih. Njihova natančnost je odvisna od materialov, iz katerih so izdelani in kje so merjeni.
- Padec tlaka v okolju (v skladu zangleščina - padec tlaka) se določijo z diferencialnimi manometri ali difnamometri (ne smemo zamenjati z dinamometri).
Vrste pritiska
Glede na pritisk, formulo za njegovo iskanje in njegove variacije za različne snovi, se je vredno poučiti o sortah te količine. Pet jih je.
- Absolutno.
- barometrično
- presežek.
- vakuometrično.
- Diferencial.
Absolutno
To je ime skupnega tlaka, pod katerim se nahaja snov ali predmet, brez upoštevanja vpliva drugih plinastih komponent ozračja.
Izmeri se v paskalih in je vsota presežnega in atmosferskega tlaka. To je tudi razlika med barometričnim in vakuumskim tipom.
Izračuna se po formuli P=P2 + P3 ali P=P2 - R4.
Za referenčno točko za absolutni tlak v razmerah planeta Zemlje se vzame tlak znotraj posode, iz katere se odstrani zrak (to je klasični vakuum).
Samo ta vrsta tlaka se uporablja v večini termodinamičnih formul.
barometrično
Ta izraz se nanaša na pritisk atmosfere (gravitacije) na vse predmete in predmete, ki jih najdemo v njej, vključno s površino same Zemlje. Večina ga pozna tudi kot atmosfersko.
Uvrščen je med termodinamični parameter, njegova vrednost pa se razlikuje glede na kraj in čas merjenja, pa tudi vremenske razmere in je nad/pod morsko gladino.
Vrednost barometričnega tlakaenak modulu sile atmosfere na območju enote vzdolž normale nanjo.
V stabilnem ozračju je velikost tega fizikalnega pojava enaka teži zračnega stolpca na podlagi s površino, ki je enaka ena.
Normalni zračni tlak - 101 325 Pa (760 mm Hg pri 0 stopinjah Celzija). Poleg tega, višje kot je predmet od površine Zemlje, nižji je zračni tlak na njem. Vsakih 8 km se zmanjša za 100 Pa.
Zahvaljujoč tej posesti v gorah voda v kotličkih vre veliko hitreje kot doma na štedilniku. Dejstvo je, da tlak vpliva na vrelišče: z njegovim zmanjšanjem se slednje zmanjša. In obratno. Na tej nepremičnini je zgrajeno delo takšnih kuhinjskih aparatov, kot sta kuhalnik pod pritiskom in avtoklav. Povečanje tlaka v njih prispeva k nastanku višjih temperatur v posodah kot v navadnih ponvah na štedilniku.
Formula za barometrično višino se uporablja za izračun atmosferskega tlaka. Izgleda kot na spodnji fotografiji.
P je želena vrednost na višini, P0 je gostota zraka blizu površine, g je pospešek prostega padca, h je višina nad Zemljo, m je molska masa plina, t je temperatura sistema, r je univerzalna plinska konstanta 8,3144598 J⁄(mol x K) in e je Euclairovo število enako 2,71828.
Pogosto se v zgornji formuli za atmosferski tlak namesto R uporablja Kje Boltzmannova konstanta. Univerzalna plinska konstanta je pogosto izražena kot njen produkt z Avogadrovim številom. Za izračune je bolj priročno, če je število delcev podano v molih.
Pri izračunih je treba vedno upoštevati možnost spremembe temperature zraka zaradi spremembe meteorološke situacije ali pri vzponu nad morsko gladino, pa tudi geografsko širino..
Mer in vakuumski merilnik
Razlika med atmosferskim in izmerjenim tlakom okolice se imenuje nadtlak. Glede na rezultat se spremeni ime vrednosti.
Če je pozitiven, se imenuje manometrični tlak.
Če je dobljeni rezultat z znakom minus, se imenuje vakuum. Ne smemo pozabiti, da ne more biti več kot barometrično.
diferencial
Ta vrednost je razlika v tlaku na različnih merilnih točkah. Praviloma se uporablja za določanje padca tlaka na kateri koli opremi. To še posebej velja v naftni industriji.
Ko smo ugotovili, kakšno termodinamično količino imenujemo tlak in s kakšnimi formulami jo najdemo, lahko sklepamo, da je ta pojav zelo pomemben, zato znanje o njem nikoli ne bo odveč.
