فشار کمیت فیزیکی است که نقش ویژه ای در طبیعت و زندگی انسان دارد. این پدیده که برای چشم غیرقابل تشخیص است، نه تنها بر وضعیت محیط تأثیر می گذارد، بلکه به خوبی توسط همه احساس می شود. بیایید بفهمیم که چیست، چه انواعی از آن وجود دارد و چگونه فشار (فرمول) را در محیط های مختلف پیدا کنیم.
فشار در فیزیک و شیمی چه نامیده می شود
این عبارت به یک کمیت ترمودینامیکی مهم اشاره دارد که به صورت نسبت نیروی فشاری عمودی اعمال شده به سطحی که روی آن اثر می کند بیان می شود. این پدیده به اندازه سیستمی که در آن عمل می کند بستگی ندارد، بنابراین به مقادیر فشرده اشاره دارد.
در حالت تعادل، طبق قانون پاسکال، فشار برای تمام نقاط سیستم یکسان است.
در فیزیک و شیمی، با حرف "P" نشان داده می شود که مخفف نام لاتین این اصطلاح - pressūra است.
اگر در مورد فشار اسمزی یک مایع صحبت می کنیم (تعادل بین فشاردر داخل و خارج از قفس)، حرف "P" استفاده می شود.
واحد فشار
طبق استانداردهای سیستم بین المللی SI، پدیده فیزیکی در نظر گرفته شده با پاسکال (سیریلیک - Pa، لاتین - Ra) اندازه گیری می شود.
بر اساس فرمول فشار، معلوم می شود که یک Pa برابر است با یک N (نیوتن - یک واحد نیرو) تقسیم بر یک متر مربع (یک واحد مساحت).
با این حال، در عمل، اعمال پاسکال نسبتاً دشوار است، زیرا این واحد بسیار کوچک است. در این راستا، علاوه بر استانداردهای SI، می توان این مقدار را به روش دیگری نیز اندازه گیری کرد.
در زیر معروف ترین آنالوگ های آن است. بیشتر آنها به طور گسترده در اتحاد جماهیر شوروی سابق استفاده می شود.
- میله. یک نوار برابر با 105 Pa است.
- تورز یا میلی متر جیوه. تقریباً یک Torr برابر با 133.3223684 Pa است.
- میلی متر ستون آب.
- متر ستون آب.
- فضای فنی.
- جوهای فیزیکی. یک اتمسفر برابر است با 101325 Pa و 1.033233 at.
- کیلوگرم نیروی بر سانتی متر مربع. تن فورس و گرم فورس نیز وجود دارد. علاوه بر این، یک پوند نیروی آنالوگ در هر اینچ مربع وجود دارد.
فرمول کلی فشار (فیزیک پایه هفتم)
از تعریف یک کمیت فیزیکی معین، می توانید روش یافتن آن را تعیین کنید. شبیه عکس زیر است.
در آن، F نیرو است و S مساحت است. به عبارت دیگر، فرمول برای یافتن فشار، تقسیم نیروی آن بر سطحی است که روی آن فشار داردتاثیر می گذارد.
همچنین می توان اینگونه نوشت: P=mg / S یا P=pVg / S. بنابراین، این کمیت فیزیکی به سایر متغیرهای ترمودینامیکی مربوط می شود: حجم و جرم.
برای فشار، اصل زیر اعمال می شود: هر چه فضای تحت تأثیر نیرو کوچکتر باشد، مقدار نیروی فشار بیشتری دارد. با این حال، اگر مساحت (با همان نیرو) افزایش یابد، مقدار مورد نظر کاهش می یابد.
فرمول فشار هیدرواستاتیک
حالت‌های مجموع مختلف مواد، وجود خواصی متفاوت از یکدیگر را فراهم می‌کند. بر این اساس روش های تعیین P در آنها نیز متفاوت خواهد بود.
برای مثال، فرمول فشار آب (هیدرواستاتیک) به این صورت است: P=pgh. در مورد گازها نیز صدق می کند. با این حال، به دلیل تفاوت در ارتفاعات و تراکم هوا، نمی توان از آن برای محاسبه فشار اتمسفر استفاده کرد.
در این فرمول، p چگالی، g شتاب گرانشی و h ارتفاع است. بر این اساس، هر چه یک جسم یا جسم عمیق‌تر فرو رود، فشار وارده بر آن در داخل مایع (گاز) بیشتر می‌شود.
نوع مورد بررسی اقتباسی از مثال کلاسیک P=F / S است.
اگر به یاد داشته باشیم که نیرو برابر است با مشتق جرم در سرعت سقوط آزاد (F=mg) و جرم مایع مشتق حجم بر اساس چگالی (m=pV) است. ، سپس فرمول فشار را می توان به صورت P=pVg / S نوشت. در این حالت، حجم برابر است با مساحت ضرب در ارتفاع (V=Sh).
اگر این داده ها را وارد کنید، معلوم می شود که ناحیه در صورت ومخرج را می توان کاهش داد و خروجی - فرمول بالا: P=pgh.
با توجه به فشار موجود در مایعات، لازم به یادآوری است که برخلاف جامدات، لایه سطحی اغلب می تواند در آنها منحرف شود. و این به نوبه خود به تشکیل فشار اضافی کمک می کند.
برای چنین شرایطی، از فرمول فشار کمی متفاوت استفاده می شود: P=P0 + 2QH. در این حالت P0 فشار لایه غیر منحنی است و Q سطح کشش مایع است. H میانگین انحنای سطح است که توسط قانون لاپلاس تعیین می‌شود: H=½ (1/R1+ 1/R2). اجزای R1 و R2 شعاع انحنای اصلی هستند.
فشار جزئی و فرمول آن
اگرچه روش P=pgh هم برای مایعات و هم برای گازها قابل استفاده است، اما بهتر است فشار در دومی را کمی متفاوت محاسبه کنیم.
واقعیت این است که در طبیعت، قاعدتاً مواد کاملاً خالص چندان رایج نیستند، زیرا مخلوط در آن غالب است. و این نه تنها در مورد مایعات، بلکه در مورد گازها نیز صدق می کند. و همانطور که می دانید، هر یک از این اجزا فشار متفاوتی را اعمال می کنند که به آن فشار جزئی می گویند.
تشخیص آن بسیار آسان است. برابر است با مجموع فشار هر جزء از مخلوط مورد نظر (گاز ایده آل).
از این نتیجه می شود که فرمول فشار جزئی به این صورت است: P=P1+ P2+ P3… و غیره، با توجه به تعداد مؤلفه‌ها.
اغلب مواقعی وجود دارد که تعیین فشار هوا ضروری است.با این حال، برخی به اشتباه محاسبات را فقط با اکسیژن طبق طرح P=pgh انجام می دهند. اما هوا مخلوطی از گازهای مختلف است. حاوی نیتروژن، آرگون، اکسیژن و سایر مواد است. بر اساس شرایط فعلی، فرمول فشار هوا مجموع فشارهای تمام اجزای آن است. بنابراین، باید P=P1+ P2+ P3… را انتخاب کنید
رایج ترین فشارسنج ها
علیرغم این واقعیت که محاسبه کمیت ترمودینامیکی مورد نظر با استفاده از فرمول های فوق دشوار نیست، گاهی اوقات به سادگی زمانی برای انجام محاسبه وجود ندارد. پس از همه، شما همیشه باید تفاوت های ظریف متعدد را در نظر بگیرید. بنابراین، برای راحتی، تعدادی دستگاه در طول قرن ها ساخته شده است که این کار را به جای افراد انجام می دهند.
در واقع، تقریباً همه دستگاه‌های این نوع از انواع مانومتر هستند (به تعیین فشار در گازها و مایعات کمک می‌کند). با این حال، آنها در طراحی، دقت و دامنه متفاوت هستند.
- فشار اتمسفر با استفاده از فشارسنج به نام فشارسنج اندازه گیری می شود. در صورت نیاز به تعیین خلاء (یعنی فشار زیر فشار اتمسفر) از نسخه دیگری از آن یعنی وکیوم گیج استفاده می شود.
- برای تشخیص فشار خون فرد از فشارسنج استفاده می شود. برای بسیاری، آن را بیشتر به عنوان یک تونومتر غیر تهاجمی می شناسند. انواع مختلفی از این دستگاه ها وجود دارد: از مکانیکی جیوه ای تا دیجیتال تمام اتوماتیک. دقت آنها به موادی که از آنها ساخته شده اند و محل اندازه گیری آنها بستگی دارد.
- افت فشار در محیط (طبقانگلیسی - افت فشار) با استفاده از گیج های فشار دیفرانسیل یا دیفنامومترها (با دینامومتر اشتباه نشود) تعیین می شود.
انواع فشار
با توجه به فشار، فرمول یافتن آن و تغییرات آن برای مواد مختلف، ارزش آشنایی با انواع این کمیت را دارد. پنج نفر از آنها وجود دارد.
- مطلق.
- بارومتریک
- زیاد.
- وکوومتریک.
- تفاوت.
مطلق
این نام کل فشاری است که یک ماده یا جسم تحت آن قرار دارد، بدون در نظر گرفتن تأثیر سایر اجزای گازی جو.
با پاسکال اندازه گیری می شود و مجموع فشار اضافی و اتمسفر است. همچنین تفاوت بین انواع فشار سنجی و خلاء است.
با فرمول P=P2 + P3 یا P=P2 محاسبه می شود - R4.
برای نقطه مرجع فشار مطلق در شرایط سیاره زمین، فشار داخل ظرفی که هوا از آن خارج می شود (یعنی خلاء کلاسیک) گرفته می شود.
فقط این نوع فشار در اکثر فرمول های ترمودینامیکی استفاده می شود.
بارومتریک
این اصطلاح به فشار جو (گرانش) بر تمام اجسام و اجسام موجود در آن، از جمله سطح خود زمین اشاره دارد. همچنین برای بیشتر به عنوان جوی شناخته می شود.
به عنوان یک پارامتر ترمودینامیکی طبقه بندی می شود و مقدار آن بسته به مکان و زمان اندازه گیری و همچنین شرایط آب و هوایی و قرار گرفتن در بالای / زیر سطح دریا متفاوت است.
مقدار فشار بارومتریکبرابر با مدول نیروی اتمسفر در ناحیه ای از واحد در امتداد نرمال آن است.
در یک جو پایدار، بزرگی این پدیده فیزیکی برابر است با وزن ستونی از هوا بر روی یک پایه با مساحتی برابر با یک.
فشار فشاری نرمال - 101 325 Pa (760 میلی متر جیوه در 0 درجه سانتیگراد). علاوه بر این، هر چه جسم از سطح زمین بالاتر باشد، فشار هوا روی آن کاهش می یابد. هر 8 کیلومتر 100 پاسکال کاهش می یابد.
به لطف این خاصیت در کوهستان، آب در کتری ها خیلی سریعتر از خانه روی اجاق می جوشد. واقعیت این است که فشار بر نقطه جوش تأثیر می گذارد: با کاهش آن، دومی کاهش می یابد. و بالعکس. کار وسایل آشپزخانه مانند زودپز و اتوکلاو بر روی این ویژگی ساخته شده است. افزایش فشار داخل آنها به تشکیل دمای بالاتر در ظروف نسبت به تابه های معمولی روی اجاق کمک می کند.
فرمول ارتفاع فشارسنجی برای محاسبه فشار اتمسفر استفاده می شود. شبیه عکس زیر است.
P مقدار مورد نظر در ارتفاع، P0 چگالی هوا در نزدیکی سطح، g شتاب سقوط آزاد، h ارتفاع بالای زمین، m است. جرم مولی گاز، t دمای سیستم، r ثابت گاز جهانی 8.3144598 J⁄(mol x K) و e عدد Euclair برابر با 2.71828 است.
اغلب در فرمول فشار اتمسفر فوق به جای R از K استفاده می شود.ثابت بولتزمن است. ثابت گاز جهانی اغلب بر حسب حاصلضرب آن با عدد آووگادرو بیان می شود. هنگامی که تعداد ذرات بر حسب مول داده می شود، برای محاسبات راحت تر است.
هنگام محاسبات، همیشه باید احتمال تغییر دمای هوا به دلیل تغییر وضعیت هواشناسی یا هنگام صعود از سطح دریا و همچنین عرض جغرافیایی را در نظر بگیرید.
گیج و گیج وکیوم
تفاوت بین فشار اتمسفر و فشار محیط اندازه گیری شده را فشار بیش از حد می گویند. بسته به نتیجه، نام مقدار تغییر می کند.
اگر مثبت باشد به آن فشار گیج می گویند.
اگر نتیجه به دست آمده با علامت منفی باشد به آن خلاء می گویند. شایان ذکر است که نمی تواند بیشتر از بارومتریک باشد.
تفاوت
این مقدار اختلاف فشار در نقاط مختلف اندازه گیری است. به عنوان یک قاعده، از آن برای تعیین افت فشار روی هر تجهیزات استفاده می شود. این امر به ویژه در صنعت نفت صادق است.
پس از فهمیدن اینکه چه نوع کمیت ترمودینامیکی فشار نامیده می شود و با چه فرمول هایی یافت می شود، می توان نتیجه گرفت که این پدیده بسیار مهم است و بنابراین دانش در مورد آن هرگز اضافی نخواهد بود.
