Tlak je fizička veličina koja igra posebnu ulogu u prirodi i ljudskom životu. Ova pojava, neprimjetna za oko, ne samo da utječe na stanje okoliša, već je i svi jako dobro osjećaju. Hajdemo shvatiti što je to, koje vrste postoje i kako pronaći tlak (formulu) u različitim okruženjima.
Što se u fizici i hemiji naziva tlakom
Ovaj izraz se odnosi na važnu termodinamičku veličinu, koja se izražava kao omjer okomito djelovane sile pritiska i površine na koju djeluje. Ovaj fenomen ne ovisi o veličini sustava u kojem djeluje, stoga se odnosi na intenzivne količine.
U stanju ravnoteže, prema Pascalovom zakonu, pritisak je isti za sve točke u sustavu.
U fizici i hemiji, to se označava slovom "P", što je skraćenica za latinski naziv izraza - pressūra.
Ako govorimo o osmotskom tlaku tekućine (ravnoteža između tlakaunutar i izvan kaveza), koristi se slovo "P".
Jedinice tlaka
Prema standardima Međunarodnog SI sustava, razmatrana fizička pojava mjeri se u paskalima (ćirilica - Pa, latinica - Ra).
Na temelju formule za tlak, ispada da je jedan Pa jednak jednom N (njuton - jedinica sile) podijeljen s jednim kvadratnim metrom (jedinicom površine).
Međutim, u praksi je prilično teško primijeniti pascal, budući da je ova jedinica vrlo mala. S tim u vezi, osim standarda SI, ova vrijednost se može mjeriti na drugačiji način.
U nastavku su njegovi najpoznatiji analozi. Većina ih se široko koristi u bivšem SSSR-u.
- Barovi. Jedan bar je jednak 105 Pa.
- Torrs, ili milimetri žive. Približno jedan Torr odgovara 133,3223684 Pa.
- Milimetri vodenog stupca.
- Metar vodenog stupca.
- Tehnička atmosfera.
- Fizičke atmosfere. Jedan atm je jednak 101,325 Pa i 1,033233 at.
- Kilogram-sila po kvadratnom centimetru. Postoje i tonska sila i gram sila. Osim toga, postoji analogna sila funte po kvadratnom inču.
Opća formula za pritisak (7. razred fizike)
Iz definicije dane fizičke veličine, možete odrediti način njenog pronalaženja. Izgleda kao na slici ispod.
U njemu je F sila, a S je površina. Drugim riječima, formula za pronalaženje tlaka je njegova sila podijeljena s površinom na kojoj se nalaziutječe.
Može se napisati i ovako: P=mg / S ili P=pVg / S. Dakle, ova fizička veličina je povezana s drugim termodinamičkim varijablama: volumenom i masom.
Za pritisak se primjenjuje sljedeće načelo: što je manji prostor na koji djeluje sila, to je veći iznos sile pritiska. Međutim, ako se površina poveća (s istom silom), željena vrijednost se smanjuje.
formula za hidrostatski tlak
Različita agregatna stanja tvari, osiguravaju prisutnost njihovih svojstava koja se međusobno razlikuju. Na temelju toga, metode za određivanje P u njima će također biti različite.
Na primjer, formula za tlak vode (hidrostatski) izgleda ovako: P=pgh. Također se odnosi i na plinove. Međutim, ne može se koristiti za izračunavanje atmosferskog tlaka, zbog razlike u nadmorskoj visini i gustoći zraka.
U ovoj formuli, p je gustoća, g je gravitacijsko ubrzanje, a h je visina. Na temelju toga, što dublje objekt ili predmet tone, to je veći pritisak koji se na njega vrši unutar tekućine (plina).
Razmatrana varijanta je adaptacija klasičnog primjera P=F / S.
Ako se sjetimo da je sila jednaka derivaciji mase po brzini slobodnog pada (F=mg), a masa tekućine derivacija volumena po gustoći (m=pV), tada se formula tlaka može napisati kao P=pVg / S. U ovom slučaju, volumen je površina pomnožena s visinom (V=Sh).
Ako umetnete ove podatke, ispada da je površina u brojniku inazivnik se može smanjiti, a rezultat - gornja formula: P=pgh.
S obzirom na tlak u tekućinama, vrijedi zapamtiti da, za razliku od krutih tvari, površinski sloj u njima često može biti iskrivljen. A to zauzvrat pridonosi stvaranju dodatnog pritiska.
Za takve situacije koristi se malo drugačija formula tlaka: P=P0 + 2QH. U ovom slučaju P0 je tlak nezakrivljenog sloja, a Q je površina napetosti tekućine. H je prosječna zakrivljenost površine, koja je određena Laplaceovim zakonom: H=½ (1/R1+ 1/R2). Komponente R1 i R2 su polumjeri glavne zakrivljenosti.
Parcijalni tlak i njegova formula
Iako je metoda P=pgh primjenjiva i za tekućine i za plinove, bolje je izračunati tlak u potonjem na malo drugačiji način.
Činjenica je da u prirodi, u pravilu, apsolutno čiste tvari nisu baš česte, jer u njoj prevladavaju mješavine. I to se ne odnosi samo na tekućine, već i na plinove. I kao što znate, svaka od ovih komponenti vrši drugačiji pritisak, koji se naziva parcijalni tlak.
Prilično je lako uočiti. Jednaka je zbroju tlaka svake komponente smjese koja se razmatra (idealni plin).
Iz ovoga slijedi da formula parcijalnog tlaka izgleda ovako: P=P1+ P2+ P3… i tako dalje, prema broju komponenti.
Često su slučajevi kada je potrebno odrediti tlak zraka. Međutim, neki pogrešno provode izračune samo s kisikom prema shemi P=pgh. Ali zrak je mješavina različitih plinova. Sadrži dušik, argon, kisik i druge tvari. Na temelju trenutnog stanja, formula tlaka zraka je zbroj tlakova svih njegovih komponenti. Dakle, trebali biste uzeti gornji P=P1+ P2+ P3…
Najčešći manometri
Unatoč činjenici da nije teško izračunati termodinamičku količinu koja se razmatra korištenjem gornjih formula, ponekad jednostavno nema vremena za izračun. Uostalom, uvijek morate uzeti u obzir brojne nijanse. Stoga su, radi praktičnosti, tijekom stoljeća razvijeni brojni uređaji koji to rade umjesto ljudi.
Zapravo, gotovo svi uređaji ove vrste su vrste manometra (pomaže u određivanju tlaka u plinovima i tekućinama). Međutim, razlikuju se po dizajnu, točnosti i opsegu.
- Atmosferski tlak se mjeri pomoću manometra koji se naziva barometar. Ako je potrebno odrediti vakuum (tj. tlak je ispod atmosferskog tlaka), koristi se druga njegova verzija, vakuum mjerač.
- Kako bi se utvrdio krvni tlak neke osobe, koristi se tlakomjer. Većini je poznatiji kao neinvazivni tonometar. Postoji mnogo varijanti takvih uređaja: od živinih mehaničkih do potpuno automatskih digitalnih. Njihova točnost ovisi o materijalima od kojih su izrađeni i gdje se mjere.
- Padovi tlaka u okolini (premaengleski - pad tlaka) određuju se pomoću diferencijalnih mjerača tlaka ili difnamometara (ne brkati se s dinamometrima).
Vrste pritiska
Uzimajući u obzir tlak, formulu za njegovo pronalaženje i njegove varijacije za različite tvari, vrijedi naučiti o varijantama ove količine. Ima ih pet.
- Apsolutno.
- barometrijski
- višak.
- vakuometrijski.
- Diferencijal.
Apsolutno
Ovo je naziv ukupnog tlaka pod kojim se tvar ili predmet nalazi, bez uzimanja u obzir utjecaja drugih plinovitih komponenti atmosfere.
Mjeri se u paskalima i zbroj je viška i atmosferskog tlaka. To je također razlika između barometrijskog i vakuumskog tipa.
Izračunava se po formuli P=P2 + P3 ili P=P2 - R4.
Za referentnu točku za apsolutni tlak u uvjetima planeta Zemlje uzima se tlak unutar posude iz koje se uklanja zrak (tj. klasični vakuum).
Samo se ova vrsta tlaka koristi u većini termodinamičkih formula.
barometrijski
Ovaj izraz se odnosi na pritisak atmosfere (gravitacije) na sve objekte i objekte koji se nalaze u njoj, uključujući i površinu same Zemlje. Većini je poznat i kao atmosferski.
Klasifikuje se kao termodinamički parametar, a njegova vrijednost varira ovisno o mjestu i vremenu mjerenja, kao i vremenskim uvjetima i nalazi se iznad/ispod razine mora.
Vrijednost barometarskog tlakajednak modulu sile atmosfere na površini jedinice duž normale na nju.
U stabilnoj atmosferi, veličina ove fizičke pojave jednaka je težini stupca zraka na bazi s površinom jednakom jedan.
Normalni barometarski tlak - 101 325 Pa (760 mm Hg na 0 stupnjeva Celzijusa). Štoviše, što je objekt viši od površine Zemlje, to je niži tlak zraka na njemu. Svakih 8 km smanjuje se za 100 Pa.
Zahvaljujući ovom imanju u planinama, voda u kotlićima ključa mnogo brže nego kod kuće na štednjaku. Činjenica je da tlak utječe na točku vrelišta: s njegovim smanjenjem, potonji se smanjuje. I obrnuto. Na ovom imanju izgrađen je rad takvih kuhinjskih uređaja kao što su ekspres lonac i autoklav. Povećanje tlaka u njima doprinosi stvaranju viših temperatura u posudama nego u običnim tavama na štednjaku.
Formula barometrijske visine koristi se za izračunavanje atmosferskog tlaka. Izgleda kao na slici ispod.
P je željena vrijednost na visini, P0 je gustoća zraka blizu površine, g je ubrzanje slobodnog pada, h je visina iznad Zemlje, m je molarna masa plina, t je temperatura sustava, r je univerzalna plinska konstanta od 8,3144598 J⁄(mol x K) i e je Euclairov broj jednak 2,71828.
Često se u gornjoj formuli za atmosferski tlak umjesto R koristi Kje Boltzmannova konstanta. Univerzalna plinska konstanta često se izražava u smislu njezinog umnoška Avogadrovim brojem. Prikladnije je za izračune kada je broj čestica dan u molovima.
Prilikom proračuna uvijek treba uzeti u obzir mogućnost promjene temperature zraka zbog promjene meteorološke situacije ili penjanja iznad razine mora, kao i geografsku širinu..
Mjerač i vakuum mjerač
Razlika između atmosferskog tlaka i izmjerenog tlaka okoline naziva se nadtlak. Ovisno o rezultatu, naziv vrijednosti se mijenja.
Ako je pozitivan, zove se manometar.
Ako je dobiveni rezultat sa predznakom minus, naziva se vakuum. Vrijedi zapamtiti da ne može biti više od barometarskog.
Diferencijal
Ova vrijednost je razlika tlaka na različitim mjernim točkama. U pravilu se koristi za određivanje pada tlaka na bilo kojoj opremi. To se posebno odnosi na naftnu industriju.
Nakon što smo shvatili kakva se termodinamička veličina zove tlak i s kojim se formulama nalazi, možemo zaključiti da je ovaj fenomen vrlo važan, pa stoga znanje o njemu nikada neće biti suvišno.
