Tlak je fyzikálna veličina, ktorá zohráva osobitnú úlohu v prírode a ľudskom živote. Tento okom nepostrehnuteľný jav ovplyvňuje nielen stav životného prostredia, ale každý ho aj veľmi dobre pociťuje. Poďme zistiť, čo to je, aké typy existujú a ako nájsť tlak (vzorec) v rôznych prostrediach.
Čo sa nazýva tlak vo fyzike a chémii
Tento výraz označuje dôležitú termodynamickú veličinu, ktorá je vyjadrená ako pomer kolmo pôsobiacej tlakovej sily k ploche, na ktorú pôsobí. Tento jav nezávisí od veľkosti systému, v ktorom funguje, preto ide o intenzívne veličiny.
V rovnovážnom stave je podľa Pascalovho zákona tlak rovnaký pre všetky body v systéme.
Vo fyzike a chémii sa to označuje písmenom „P“, čo je skratka latinského názvu termínu – pressūra.
Ak hovoríme o osmotickom tlaku kvapaliny (rovnováhu medzi tlakomvnútri a mimo klietky), používa sa písmeno "P".
Tlakové jednotky
Podľa noriem medzinárodného systému SI sa uvažovaný fyzikálny jav meria v pascaloch (cyrilika - Pa, latinka - Ra).
Na základe tlakového vzorca sa ukazuje, že jeden Pa sa rovná jednému N (newton - jednotka sily) vydelený jedným štvorcovým metrom (jednotka plochy).
V praxi je však použitie pascalov dosť ťažké, pretože táto jednotka je veľmi malá. V tomto ohľade, okrem noriem SI, môže byť táto hodnota meraná iným spôsobom.
Nižšie sú jeho najznámejšie analógy. Väčšina z nich je široko používaná v bývalom ZSSR.
- Bary. Jeden pruh sa rovná 105 Pa.
- Torr alebo milimetre ortuti. Približne jeden torr zodpovedá 133,3223684 Pa.
- Milimetre vodného stĺpca.
- Metre vodného stĺpca.
- Technické atmosféry.
- Fyzické atmosféry. Jeden atm sa rovná 101 325 Pa a 1,033233 at.
- Kilogramová sila na štvorcový centimeter. Existujú aj ton-force a gram-force. Okrem toho existuje analógová sila libra na štvorcový palec.
Všeobecný vzorec pre tlak (fyzika 7. ročníka)
Z definície danej fyzikálnej veličiny môžete určiť spôsob jej nájdenia. Vyzerá to ako na fotografii nižšie.
F je v ňom sila a S je plocha. Inými slovami, vzorec na nájdenie tlaku je jeho sila delená plochou, na ktorej je tlakovplyvňuje.
Môže byť napísaný aj takto: P=mg / S alebo P=pVg / S. Táto fyzikálna veličina teda súvisí s inými termodynamickými premennými: objemom a hmotnosťou.
Pre tlak platí nasledovná zásada: čím menší je priestor ovplyvnený silou, tým väčšia je tlaková sila. Ak sa však plocha zväčší (rovnakou silou), požadovaná hodnota sa zníži.
Vzorec hydrostatického tlaku
Rôzne súhrnné stavy látok zabezpečujú prítomnosť ich vlastností, ktoré sa navzájom líšia. Na základe toho sa budú líšiť aj metódy na určenie P v nich.
Napríklad vzorec pre tlak vody (hydrostatický) vyzerá takto: P=pgh. Platí to aj pre plyny. Nemožno ho však použiť na výpočet atmosférického tlaku kvôli rozdielom vo výškach a hustotách vzduchu.
V tomto vzorci je p hustota, g je gravitačné zrýchlenie a h je výška. Na základe toho, čím hlbšie sa predmet alebo predmet ponorí, tým vyšší je tlak, ktorý naň pôsobí vo vnútri kvapaliny (plynu).
Uvažovaný variant je prispôsobením klasického príkladu P=F / S.
Ak si pamätáme, že sila sa rovná derivácii hmotnosti rýchlosťou voľného pádu (F=mg) a hmotnosť kvapaliny je deriváciou objemu hustotou (m=pV), potom môže byť tlakový vzorec napísaný ako P=pVg / S. V tomto prípade je objem plocha vynásobená výškou (V=Sh).
Ak vložíte tieto údaje, ukáže sa, že oblasť v čitateli amenovateľ môže byť znížený a výstup - vyššie uvedený vzorec: P=pgh.
Vzhľadom na tlak v kvapalinách je potrebné pripomenúť, že na rozdiel od pevných látok v nich môže byť povrchová vrstva často zdeformovaná. A to zase prispieva k vytvoreniu dodatočného tlaku.
Pre takéto situácie sa používa mierne odlišný vzorec tlaku: P=P0 + 2QH. V tomto prípade P0 je tlak nezakrivenej vrstvy a Q je povrch napätia kvapaliny. H je priemerné zakrivenie povrchu, ktoré je určené Laplaceovým zákonom: H=½ (1/R1+ 1/R2). Komponenty R1 a R2 sú polomery hlavného zakrivenia.
Parciálny tlak a jeho vzorec
Aj keď je metóda P=pgh použiteľná pre kvapaliny aj plyny, je lepšie vypočítať tlak v plynoch trochu iným spôsobom.
Faktom je, že v prírode sa spravidla absolútne čisté látky veľmi nevyskytujú, pretože v nej prevládajú zmesi. A to platí nielen pre kvapaliny, ale aj pre plyny. A ako viete, každý z týchto komponentov vyvíja iný tlak, nazývaný parciálny tlak.
Je celkom ľahké to rozpoznať. Rovná sa súčtu tlakov každej zložky uvažovanej zmesi (ideálny plyn).
Z toho vyplýva, že vzorec pre parciálny tlak vyzerá takto: P=P1+ P2+ P3… a tak ďalej, podľa počtu komponentov.
Často sú situácie, keď je potrebné určiť tlak vzduchu. Niektorí však omylom vykonávajú výpočty iba s kyslíkom podľa schémy P=pgh. Vzduch je však zmesou rôznych plynov. Obsahuje dusík, argón, kyslík a ďalšie látky. Na základe aktuálnej situácie je vzorec tlaku vzduchu súčtom tlakov všetkých jeho zložiek. Takže by ste si mali vziať vyššie uvedené P=P1+ P2+ P3…
Najbežnejšie tlakomery
Napriek tomu, že nie je ťažké vypočítať uvažovanú termodynamickú veličinu pomocou vyššie uvedených vzorcov, niekedy jednoducho nie je čas na vykonanie výpočtu. Koniec koncov, musíte vždy brať do úvahy početné nuansy. Preto sa pre pohodlie v priebehu storočí vyvinulo množstvo zariadení, ktoré to robia namiesto ľudí.
V skutočnosti sú takmer všetky zariadenia tohto druhu druhmi manometrov (pomáhajú určiť tlak v plynoch a kvapalinách). Líšia sa však dizajnom, presnosťou a rozsahom.
- Atmosférický tlak sa meria pomocou tlakomeru nazývaného barometer. Ak je potrebné určiť vákuum (tj tlak je pod atmosférickým tlakom), použije sa jeho iná verzia, vákuomer.
- Na zistenie krvného tlaku človeka sa používa sfygmomanometer. Pre väčšinu je lepšie známy ako neinvazívny tonometer. Existuje mnoho druhov takýchto zariadení: od ortuťových mechanických po plne automatické digitálne. Ich presnosť závisí od materiálov, z ktorých sú vyrobené a kde sa merajú.
- Pokles tlaku v prostredí (podľaanglicky - tlaková strata) sa určujú pomocou diferenčných tlakomerov alebo difnamometrov (nezamieňajte s dynamometrami).
Typy tlaku
Vzhľadom na tlak, vzorec na jeho nájdenie a jeho variácie pre rôzne látky sa oplatí dozvedieť sa o odrodách tohto množstva. Je ich päť.
- Absolútne.
- Barometrické
- Prebytok.
- Vakuometrické.
- Rozdiel.
Absolute
Toto je názov celkového tlaku, pod ktorým sa látka alebo predmet nachádza, bez zohľadnenia vplyvu iných plynných zložiek atmosféry.
Mera sa v pascaloch a je súčtom nadmerného a atmosférického tlaku. Je to tiež rozdiel medzi barometrickým a vákuovým typom.
Vypočíta sa podľa vzorca P=P2 + P3 alebo P=P2 - R4.
Za referenčný bod pre absolútny tlak v podmienkach planéty Zem sa berie tlak vo vnútri nádoby, z ktorej sa odstraňuje vzduch (teda klasické vákuum).
Iba tento typ tlaku sa používa vo väčšine termodynamických vzorcov.
Barometrické
Tento výraz označuje tlak atmosféry (gravitáciu) na všetky objekty a predmety v nej nachádzajúce sa, vrátane povrchu samotnej Zeme. Väčšina je tiež známa ako atmosférická.
Je klasifikovaný ako termodynamický parameter a jeho hodnota sa mení v závislosti od miesta a času merania, ako aj od poveternostných podmienok a od toho, či je nad/pod hladinou mora.
Hodnota barometrického tlakurovná modulu sily atmosféry v oblasti jednoty pozdĺž normály k nej.
V stabilnej atmosfére sa veľkosť tohto fyzikálneho javu rovná hmotnosti stĺpca vzduchu na základni s plochou rovnajúcou sa jednej.
Normálny barometrický tlak – 101 325 Pa (760 mm Hg pri 0 stupňoch Celzia). Navyše, čím vyššie je objekt od povrchu Zeme, tým nižší je tlak vzduchu naň. Každých 8 km sa zníži o 100 Pa.
Vďaka tejto vlastnosti v horách vrie voda v kanvici oveľa rýchlejšie ako doma na sporáku. Faktom je, že tlak ovplyvňuje bod varu: s jeho poklesom klesá. A naopak. Na tejto vlastnosti je postavená práca takých kuchynských spotrebičov, ako je tlakový hrniec a autokláv. Zvýšenie tlaku v ich vnútri prispieva k vytváraniu vyšších teplôt v riade ako v bežných panviciach na sporáku.
Na výpočet atmosférického tlaku sa používa vzorec barometrickej nadmorskej výšky. Vyzerá to ako na fotografii nižšie.
P je požadovaná hodnota vo výške, P0 je hustota vzduchu pri povrchu, g je zrýchlenie voľného pádu, h je výška nad Zemou, m je molárna hmotnosť plynu, t je teplota systému, r je univerzálna plynová konštanta 8,3144598 J⁄(mol x K) a e je Euclairovo číslo rovné 2,71828.
Vo vzorci atmosférického tlaku vyššie sa často namiesto R používa Kje Boltzmannova konštanta. Univerzálna plynová konštanta sa často vyjadruje ako súčin Avogadrovým číslom. Na výpočty je vhodnejšie, keď sa počet častíc udáva v móloch.
Pri výpočtoch by ste mali vždy brať do úvahy možnosť zmien teploty vzduchu v dôsledku zmeny meteorologickej situácie alebo pri stúpaní nad hladinu mora, ako aj zemepisnú šírku.
Gage a vákuomer
Rozdiel medzi atmosférickým tlakom a nameraným okolitým tlakom sa nazýva pretlak. V závislosti od výsledku sa zmení názov hodnoty.
Ak je kladný, nazýva sa to pretlak.
Ak je získaný výsledok so znamienkom mínus, nazýva sa vákuum. Stojí za to pripomenúť, že nemôže byť viac ako barometrické.
Diferenciálny
Táto hodnota predstavuje rozdiel tlaku v rôznych bodoch merania. Spravidla sa používa na určenie poklesu tlaku na akomkoľvek zariadení. To platí najmä v ropnom priemysle.
Keď sme zistili, aký druh termodynamickej veličiny sa nazýva tlak a pomocou akých vzorcov sa nachádza, môžeme konštatovať, že tento jav je veľmi dôležitý, a preto poznatky o ňom nebudú nikdy zbytočné.
