Paine on fysikaalinen suure, jolla on erityinen rooli luonnossa ja ihmisen elämässä. Tämä silmällä havaitsematon ilmiö ei vaikuta pelkästään ympäristön tilaan, vaan se on myös erittäin hyvin kaikkien aistittavissa. Selvitetään mikä se on, minkä tyyppisiä sitä on olemassa ja miten paine (kaava) löydetään eri ympäristöistä.
Mitä kutsutaan paineeksi fysiikassa ja kemiassa
Tämä termi viittaa tärkeään termodynaamiseen suureen, joka ilmaistaan kohtisuoraan kohdistetun painevoiman suhteena pinta-alaan, johon se vaikuttaa. Tämä ilmiö ei riipu sen järjestelmän koosta, jossa se toimii, joten se viittaa intensiivisiin suureisiin.
Tasapainotilassa Pascalin lain mukaan paine on sama kaikissa järjestelmän pisteissä.
Fysiikassa ja kemiassa tätä merkitään kirjaimella "P", joka on lyhenne termin latinankielisestä nimestä pressūra.
Jos puhumme nesteen osmoottisesta paineesta (paineen tasapainostahäkin sisällä ja ulkopuolella), käytetään kirjainta "P".
Paineyksiköt
Kansainvälisen SI-järjestelmän standardien mukaan fyysinen ilmiö mitataan pascaleina (kyrillinen - Pa, latina - Ra).
Painekaavan perusteella käy ilmi, että yksi Pa on yhtä suuri kuin yksi N (newton - voimayksikkö) jaettuna yhdellä neliömetrillä (pinta-alayksikkö).
Käytännössä pascalien käyttäminen on kuitenkin melko vaikeaa, koska tämä yksikkö on hyvin pieni. Tässä suhteessa SI-standardien lisäksi tämä arvo voidaan mitata eri tavalla.
Alla on sen tunnetuimmat analogit. Suurin osa niistä on laaj alti käytössä entisessä Neuvostoliitossa.
- Baarit. Yksi palkki on 105 Pa.
- Torreja eli elohopeamillimetrejä. Noin yksi Torr vastaa 133,3223684 Pa.
- Millimetriä vesipatsasta.
- Metriä vesipatsasta.
- Tekniset ilmapiirit.
- Fyysiset ilmapiirit. Yksi atm on yhtä suuri kuin 101 325 Pa ja 1,033 233 at.
- Kilogramma-voima neliösenttimetriä kohti. On myös ton-force ja gramm-force. Lisäksi neliötuumaa kohden on analoginen puntavoima.
Yleinen paineen kaava (7. luokan fysiikka)
Tietytyn fyysisen suuren määritelmästä voit määrittää menetelmän sen löytämiseen. Se näyttää alla olev alta valokuv alta.
Siässä F on voima ja S on pinta-ala. Toisin sanoen paineen löytämisen kaava on sen voima jaettuna pinta-alalla, jolla se onvaikuttaa.
Se voidaan kirjoittaa myös näin: P=mg / S tai P=pVg / S. Tämä fysikaalinen suure liittyy siis muihin termodynaamisiin muuttujiin: tilavuuteen ja massaan.
Paineen os alta pätee seuraava periaate: mitä pienempään tilaan voima vaikuttaa, sitä suurempi on puristusvoima. Jos pinta-ala kuitenkin kasvaa (samalla voimalla), haluttu arvo pienenee.
Hydrostaattisen paineen kaava
Aineiden eri aggregaattitilat, varmistavat niiden ominaisuuksien, jotka eroavat toisistaan. Tämän perusteella myös P:n määritysmenetelmät niissä ovat erilaisia.
Esimerkiksi vedenpaineen (hydrostaattisen) kaava näyttää tältä: P=pgh. Koskee myös kaasuja. Sitä ei kuitenkaan voida käyttää ilmanpaineen laskemiseen korkeuserojen ja ilmantiheyserojen vuoksi.
Tässä kaavassa p on tiheys, g on painovoimakiihtyvyys ja h on korkeus. Tämän perusteella mitä syvemmälle esine tai esine uppoaa, sitä suurempi paine siihen kohdistuu nesteen (kaasun) sisällä.
Tarkasteltavana oleva muunnelma on muunnelma klassisesta esimerkistä P=F / S.
Jos muistamme, että voima on yhtä suuri kuin massan derivaatta vapaan pudotuksen nopeudella (F=mg), ja nesteen massa on derivaatta tilavuudesta tiheyden mukaan (m=pV), niin painekaava voidaan kirjoittaa muodossa P=pVg / S. Tässä tapauksessa tilavuus on pinta-ala kerrottuna korkeudella (V=Sh).
Jos lisäät nämä tiedot, käy ilmi, että osoittajan janimittäjä voidaan pienentää ja tulos - yllä oleva kaava: P=pgh.
Nesteiden paineen vuoksi on syytä muistaa, että toisin kuin kiinteissä aineissa, pintakerros voi usein vääristyä niissä. Ja tämä puolestaan edistää lisäpaineen muodostumista.
Tällaisissa tilanteissa käytetään hieman erilaista painekaavaa: P=P0 + 2QH. Tässä tapauksessa P0 on ei-kaarevan kerroksen paine ja Q on nestejännityspinta. H on pinnan keskimääräinen kaarevuus, joka määräytyy Laplacen lain mukaan: H=½ (1/R1+ 1/R2). Komponentit R1 ja R2 ovat pääkaarevuuden säteitä.
Osittainen paine ja sen kaava
Vaikka P=pgh -menetelmää voidaan käyttää sekä nesteille että kaasuille, on parempi laskea paine jälkimmäisessä hieman eri tavalla.
Tosiasia on, että luonnossa ehdottoman puhtaat aineet eivät yleensä ole kovin yleisiä, koska siinä vallitsevat seokset. Ja tämä ei koske vain nesteitä, vaan myös kaasuja. Ja kuten tiedät, jokainen näistä komponenteista kohdistaa eri paineen, jota kutsutaan osapaineeksi.
Se on melko helppo havaita. Se on yhtä suuri kuin tarkasteltavana olevan seoksen kunkin komponentin paineen summa (ideaalikaasu).
Tästä seuraa, että osapainekaava näyttää tältä: P=P1+ P2+ P3… ja niin edelleen, komponenttien lukumäärän mukaan.
On usein aikoja, jolloin on tarpeen määrittää ilmanpaine. Jotkut kuitenkin suorittavat virheellisesti laskelmia vain hapella kaavion P=pgh mukaisesti. Mutta ilma on eri kaasujen seos. Se sisältää typpeä, argonia, happea ja muita aineita. Nykytilanteen perusteella ilmanpainekaava on kaikkien sen komponenttien paineiden summa. Joten sinun pitäisi ottaa yllä oleva P=P1+ P2+ P3…
Yleiset painemittarit
Huolimatta siitä, että tarkasteltavan termodynaamisen suuren laskeminen yllä olevien kaavojen avulla ei ole vaikeaa, joskus ei yksinkertaisesti ole aikaa suorittaa laskelmia. Loppujen lopuksi sinun on aina otettava huomioon lukuisia vivahteita. Siksi käyttömukavuuden vuoksi on vuosisatojen aikana kehitetty useita laitteita, jotka tekevät tämän ihmisten sijaan.
Itse asiassa melkein kaikki tämän tyyppiset laitteet ovat painemittarin muotoja (auttaa määrittämään kaasujen ja nesteiden paineen). Ne eroavat kuitenkin suunnittelusta, tarkkuudesta ja laajuudesta.
- Ilmakehän paine mitataan painemittarilla, jota kutsutaan barometriksi. Jos on tarpeen määrittää tyhjiö (eli paine on ilmakehän paineen alapuolella), käytetään sen toista versiota, tyhjiömittaria.
- Ihmisen verenpaineen selvittämiseksi käytetään verenpainemittaria. Useimmille se tunnetaan paremmin ei-invasiivisena tonometrina. Tällaisia laitteita on monia erilaisia: elohopeamekaanisesta täysin automaattiseen digitaaliseen. Niiden tarkkuus riippuu materiaaleista, joista ne on valmistettu ja missä ne on mitattu.
- Paine putoaa ympäristössä (mukaansuomi - painehäviö) määritetään käyttämällä paine-eromittareita tai difnamometrejä (ei pidä sekoittaa dynamometreihin).
Painetyypit
Ottaen huomioon paineen, sen löytämiskaavan ja sen vaihtelut eri aineille, kannattaa tutustua tämän määrän lajikkeisiin. Niitä on viisi.
- Absoluuttinen.
- Barometrinen
- Liika.
- Vakuometrinen.
- Differentiaali.
Absoluuttinen
Tämä on kokonaispaineen nimi, jossa aine tai esine sijaitsee, ottamatta huomioon ilmakehän muiden kaasumaisten komponenttien vaikutusta.
Se mitataan pascaleina ja on ylipaineen ja ilmanpaineen summa. Se on myös ero barometristen ja tyhjiötyyppien välillä.
Se lasketaan kaavalla P=P2 + P3 tai P=P2 - R4.
Maaplaneetan olosuhteissa vallitsevan absoluuttisen paineen vertailupisteeksi otetaan paine säiliön sisällä, josta ilma poistetaan (eli klassinen tyhjiö).
Vain tämän tyyppistä painetta käytetään useimmissa termodynaamisissa kaavoissa.
Barometrinen
Tämä termi viittaa ilmakehän (painovoiman) painetta kaikkiin esineisiin ja esineisiin, joita siinä esiintyy, mukaan lukien itse maan pinta. Useimmat tuntevat sen myös ilmakehänä.
Se on luokiteltu termodynaamiseksi parametriksi, ja sen arvo vaihtelee riippuen mittauspaikasta ja -ajasta sekä sääolosuhteista ja merenpinnan ylä- ja alapuolella olemisesta.
Barometrisen paineen arvoyhtä suuri kuin ilmakehän voiman moduuli yksikköalueella sen normaalia pitkin.
Vakaassa ilmakehässä tämän fysikaalisen ilmiön suuruus on yhtä suuri kuin ilmapatsaan paino alustalla, jonka pinta-ala on yksi.
Normaali ilmanpaine - 101 325 Pa (760 mm Hg 0 celsiusasteessa). Lisäksi mitä korkeammalla kohde on maan pinnasta, sitä alhaisemmaksi sen ilmanpaine tulee. Joka 8 km se laskee 100 Pa.
Vuoristossa sijaitsevan kiinteistön ansiosta vesi kiehuu vedenkeittimessä paljon nopeammin kuin kotona liedellä. Tosiasia on, että paine vaikuttaa kiehumispisteeseen: sen laskulla jälkimmäinen laskee. Ja päinvastoin. Tälle kiinteistölle on rakennettu tällaisten keittiölaitteiden, kuten painekattilan ja autoklaavin, työ. Paineen nousu niiden sisällä edistää korkeampien lämpötilojen muodostumista astioissa kuin tavallisissa liedellä olevissa pannuissa.
Barometrisen korkeuskaavan avulla lasketaan ilmanpaine. Se näyttää alla olev alta valokuv alta.
P on haluttu arvo korkeudessa, P0 on ilman tiheys lähellä pintaa, g on vapaan pudotuksen kiihtyvyys, h on korkeus maan yläpuolella, m on kaasun moolimassa, t on järjestelmän lämpötila, r on yleinen kaasuvakio 8,3144598 J⁄(mol x K) ja e on Euclair-luku, joka on yhtä suuri kuin 2,71828.
Yllä olevassa ilmanpainekaavassa käytetään usein R:n sijaan K:täon Boltzmannin vakio. Universaali kaasuvakio ilmaistaan usein tuotteena Avogadro-luvulla. Laskelmissa on kätevämpää, kun hiukkasten lukumäärä on annettu mooliina.
Laskelmia tehdessä tulee aina ottaa huomioon säätilan muutoksesta tai merenpinnan yläpuolelle kiipeämisen aiheuttama ilman lämpötilan muutosten mahdollisuus sekä maantieteellinen leveysaste.
mittari ja tyhjiömittari
Ilmakehän paineen ja mitatun ympäristön paineen välistä eroa kutsutaan ylipaineeksi. Tuloksen mukaan arvon nimi muuttuu.
Jos se on positiivinen, sitä kutsutaan ylipaineeksi.
Jos saatu tulos on miinusmerkillä, sitä kutsutaan tyhjiöksi. On syytä muistaa, että se ei voi olla enempää kuin barometrinen.
Differentiaali
Tämä arvo on paine-ero eri mittauspisteissä. Yleensä sitä käytetään minkä tahansa laitteen painehäviön määrittämiseen. Tämä pätee erityisesti öljyteollisuuteen.
Otettuaan selville, millaista termodynaamista suuretta kutsutaan paineeksi ja millä kaavoilla se löydetään, voimme päätellä, että tämä ilmiö on erittäin tärkeä, ja siksi tieto siitä ei ole koskaan tarpeetonta.
