Druck ist eine physikalische Größe, die in der Natur und im menschlichen Leben eine besondere Rolle spielt. Dieses für das Auge nicht wahrnehmbare Phänomen wirkt sich nicht nur auf den Zustand der Umwelt aus, sondern wird auch von allen sehr gut wahrgenommen. Lassen Sie uns herausfinden, was es ist, welche Arten davon existieren und wie man den Druck (Formel) in verschiedenen Umgebungen findet.
Was man in Physik und Chemie Druck nennt
Dieser Begriff bezeichnet eine wichtige thermodynamische Größe, die als Verhältnis der senkrecht ausgeübten Druckkraft zur Fläche, auf die sie wirkt, ausgedrückt wird. Dieses Phänomen hängt nicht von der Größe des Systems ab, in dem es operiert, daher bezieht es sich auf intensive Mengen.
Im Gleichgewichtszustand ist nach dem Pascalschen Gesetz der Druck für alle Punkte im System gleich.
In der Physik und Chemie wird dies mit dem Buchstaben "P" bezeichnet, der eine Abkürzung für den lateinischen Namen des Begriffs ist - pressūra.
Wenn wir über den osmotischen Druck einer Flüssigkeit sprechen (das Gleichgewicht zwischen Druckinnerhalb und außerhalb des Käfigs), wird der Buchstabe „P“verwendet.
Druckeinheiten
Nach den Standards des Internationalen SI-Systems wird das betrachtete physikalische Phänomen in Pascal (kyrillisch - Pa, lateinisch - Ra) gemessen.
Basierend auf der Druckformel stellt sich heraus, dass ein Pa gleich einem N (Newton - eine Krafteinheit) dividiert durch einen Quadratmeter (eine Flächeneinheit) ist.
In der Praxis ist es jedoch ziemlich schwierig, Pascal anzuwenden, da diese Einheit sehr klein ist. Insofern kann dieser Wert neben den SI-Normen auch auf andere Weise gemessen werden.
Unten sind die bekanntesten Analoga. Die meisten davon sind in der ehemaligen UdSSR weit verbreitet.
- Balken. Ein Balken entspricht 105 Pa.
- Torrs oder Millimeter Quecksilbersäule. Ungefähr ein Torr entspricht 133,3223684 Pa.
- Millimeter Wassersäule.
- Meter Wassersäule.
- Technische Atmosphären.
- Physische Atmosphären. Ein atm entspricht 101.325 Pa und 1,033233 at.
- Kilogrammkraft pro Quadratzentimeter. Es gibt auch Ton-Force und Gramm-Force. Zusätzlich gibt es eine analoge Pfund-Kraft pro Quadratzoll.
Allgemeine Formel für Druck (Physik 7. Klasse)
Aus der Definition einer gegebenen physikalischen Größe können Sie die Methode zu ihrer Bestimmung bestimmen. Es sieht aus wie auf dem Foto unten.
Darin ist F die Kraft und S die Fläche. Mit anderen Worten, die Formel zum Auffinden von Druck ist seine Kraft dividiert durch die Oberfläche, auf der er wirktbetrifft.
Man kann es auch so schreiben: P=mg / S oder P=pVg / S. Somit steht diese physikalische Größe in Beziehung zu anderen thermodynamischen Größen: Volumen und Masse.
Für den Druck gilt der Grundsatz: Je kleiner der von der Kraft betroffene Raum ist, desto größer ist die Druckkraft. Vergrößert sich jedoch die Fläche (bei gleicher Kraft), verringert sich der Sollwert.
Hydrostatische Druckformel
Unterschiedliche Aggregatzustände von Stoffen sorgen für das Vorhandensein ihrer voneinander verschiedenen Eigenschaften. Auf dieser Grundlage werden auch die Methoden zur Bestimmung von P in ihnen unterschiedlich sein.
Zum Beispiel sieht die Formel für den Wasserdruck (hydrostatisch) so aus: P=pgh. Es gilt auch für Gase. Aufgrund der unterschiedlichen Höhen und Luftdichten kann es jedoch nicht zur Berechnung des atmosphärischen Drucks verwendet werden.
In dieser Formel ist p die Dichte, g die Fallbeschleunigung und h die Höhe. Je tiefer ein Gegenstand oder ein Gegenstand einsinkt, desto höher ist demnach der Druck, der innerhalb der Flüssigkeit (Gas) auf ihn ausgeübt wird.
Die betrachtete Variante ist eine Adaption des klassischen Beispiels P=F / S.
Wenn wir uns daran erinnern, dass die Kraft gleich der Ableitung der Masse nach der Geschwindigkeit des freien Falls (F=mg) ist und die Masse der Flüssigkeit die Ableitung des Volumens nach der Dichte (m=pV), dann kann die Druckformel geschrieben werden als P=pVg / S. In diesem Fall ist das Volumen die Fläche multipliziert mit der Höhe (V=Sh).
Wenn Sie diese Daten einfügen, stellt sich heraus, dass der Bereich im Zähler undder Nenner kann reduziert werden und die Ausgabe - die obige Formel: P=pgh.
In Anbetracht des Drucks in Flüssigkeiten ist zu bedenken, dass die Oberflächenschicht bei ihnen im Gegensatz zu Festkörpern oft verzerrt werden kann. Und das wiederum trägt zur Bildung von zusätzlichem Druck bei.
Für solche Situationen wird eine etwas andere Druckformel verwendet: P=P0 + 2QH. In diesem Fall ist P0 der Druck der ungekrümmten Schicht und Q die Flüssigkeitsspannungsfläche. H ist die durchschnittliche Krümmung der Oberfläche, die durch das Laplacesche Gesetz bestimmt wird: H=½ (1/R1+ 1/R2). Die Komponenten R1 und R2 sind die Hauptkrümmungsradien.
Partialdruck und seine Formel
Obwohl die P=pgh-Methode sowohl für Flüssigkeiten als auch für Gase anwendbar ist, ist es besser, den Druck in letzterem etwas anders zu berechnen.
Tatsache ist, dass in der Natur absolut reine Stoffe in der Regel nicht sehr verbreitet sind, da darin Mischungen überwiegen. Und das gilt nicht nur für Flüssigkeiten, sondern auch für Gase. Und wie Sie wissen, übt jede dieser Komponenten einen anderen Druck aus, der Partialdruck genannt wird.
Es ist ziemlich einfach zu erkennen. Er ist gleich der Summe der Drücke jeder Komponente des betrachteten Gemisches (ideales Gas).
Daraus folgt, dass die Partialdruckformel so aussieht: P=P1+ P2+ P3… und so weiter, je nach Anzahl der Komponenten.
Manchmal ist es notwendig, den Luftdruck zu bestimmen. Einige rechnen jedoch fälschlicherweise nur mit Sauerstoff nach dem Schema P=pgh. Aber Luft ist ein Gemisch aus verschiedenen Gasen. Es enthält Stickstoff, Argon, Sauerstoff und andere Substanzen. Ausgehend von der aktuellen Situation ist die Luftdruckformel die Summe der Drücke aller ihrer Komponenten. Sie sollten also das obige P=P1+ P2+ P3… nehmen
Die gängigsten Manometer
Trotz der Tatsache, dass es nicht schwierig ist, die betrachtete thermodynamische Größe mit den obigen Formeln zu berechnen, bleibt manchmal einfach keine Zeit, um die Berechnung durchzuführen. Schließlich müssen Sie immer zahlreiche Nuancen berücksichtigen. Aus praktischen Gründen wurden daher im Laufe der Jahrhunderte eine Reihe von Geräten entwickelt, um dies anstelle von Menschen zu tun.
Eigentlich sind fast alle Geräte dieser Art Abarten eines Manometers (Hilfsmittel zur Bestimmung des Drucks in Gasen und Flüssigkeiten). Sie unterscheiden sich jedoch in Design, Genauigkeit und Umfang.
- Atmosphärischer Druck wird mit einem Manometer gemessen, das Barometer genannt wird. Wenn es notwendig ist, das Vakuum zu bestimmen (dh der Druck liegt unter dem atmosphärischen Druck), wird eine andere Version davon, ein Vakuummeter, verwendet.
- Um den Blutdruck einer Person herauszufinden, wird ein Blutdruckmessgerät verwendet. Den meisten ist es besser als nicht-invasives Tonometer bekannt. Es gibt viele Varianten solcher Geräte: von Quecksilber-Mechaniken bis hin zu vollautomatischen Digitalgeräten. Ihre Genauigkeit hängt von den Materialien ab, aus denen sie hergestellt sind und wo sie gemessen werden.
- Druckabfälle in der Umgebung (ltEnglisch - Druckabfall) werden mit Differenzdruckmessern oder Difnamometern (nicht zu verwechseln mit Dynamometern) bestimmt.
Druckarten
In Anbetracht des Drucks, der Formel zu seiner Bestimmung und seiner Variationen für verschiedene Substanzen lohnt es sich, die Variationen dieser Größe kennenzulernen. Es gibt fünf davon.
- Absolut.
- Barometrisch
- Überschuss.
- Vakuometrisch.
- Unterschied.
Absolut
So bezeichnet man den Gesamtdruck, unter dem sich ein Stoff oder Gegenstand befindet, ohne Berücksichtigung des Einflusses anderer gasförmiger Bestandteile der Atmosphäre.
Er wird in Pascal gemessen und ist die Summe aus Über- und Atmosphärendruck. Es ist auch der Unterschied zwischen barometrischen und Vakuumtypen.
Er wird nach der Formel P=P2 + P3 oder P=P2 berechnet - R4.
Als Bezugspunkt für den absoluten Druck unter den Bedingungen des Planeten Erde wird der Druck innerhalb des Behälters genommen, aus dem die Luft entfernt wird (d. h. klassisches Vakuum).
Nur diese Art von Druck wird in den meisten thermodynamischen Formeln verwendet.
Barometrisch
Dieser Begriff bezieht sich auf den Druck der Atmosphäre (Schwerkraft) auf alle darin befindlichen Gegenstände und Objekte, einschließlich der Erdoberfläche selbst. Es ist den meisten auch als atmosphärisch bekannt.
Er wird als thermodynamischer Parameter klassifiziert und sein Wert variiert je nach Ort und Zeitpunkt der Messung sowie Wetterbedingungen und Lage über / unter dem Meeresspiegel.
Luftdruckwertgleich dem Modul der Kraft der Atmosphäre auf einer Einheitsfläche entlang der Normalen dazu.
In einer stabilen Atmosphäre entspricht die Größe dieses physikalischen Phänomens dem Gewicht einer Luftsäule auf einer Basis mit einer Fläche von eins.
Normaler barometrischer Druck - 101 325 Pa (760 mm Hg bei 0 Grad Celsius). Je höher das Objekt von der Erdoberfläche entfernt ist, desto geringer wird außerdem der Luftdruck darauf. Alle 8 km nimmt er um 100 Pa ab.
Dank dieser Eigenschaft in den Bergen kocht das Wasser im Wasserkocher viel schneller als zu Hause auf dem Herd. Tatsache ist, dass der Druck den Siedepunkt beeinflusst: Mit seiner Abnahme nimmt dieser ab. Umgekehrt. Die Arbeit solcher Küchengeräte wie ein Schnellkochtopf und ein Autoklav ist auf diesem Grundstück gebaut. Der Druckanstieg in ihnen trägt dazu bei, dass im Geschirr höhere Temperaturen entstehen als in gewöhnlichen Pfannen auf dem Herd.
Die barometrische Höhenformel wird zur Berechnung des atmosphärischen Drucks verwendet. Es sieht aus wie auf dem Foto unten.
P ist der gewünschte Wert in der Höhe, P0 ist die Luftdichte nahe der Oberfläche, g ist die Beschleunigung im freien Fall, h ist die Höhe über der Erde, m ist die Molmasse des Gases, t die Temperatur des Systems, r die universelle Gaskonstante von 8,3144598 J⁄(mol x K) und e die Euclair-Zahl gleich 2,71828.
Oft wird in der obigen Luftdruckformel anstelle von R K verwendetist die Boltzmann-Konstante. Die universelle Gaskonstante wird oft als Produkt durch die Avogadro-Zahl ausgedrückt. Für Berechnungen ist es bequemer, wenn die Anzahl der Teilchen in Mol angegeben wird.
Berücksichtigen Sie bei Berechnungen immer die Möglichkeit von Änderungen der Lufttemperatur aufgrund einer Änderung der meteorologischen Situation oder beim Steigen über dem Meeresspiegel sowie die geographische Breite.
Manometer und Vakuummeter
Die Differenz zwischen Atmosphärendruck und gemessenem Umgebungsdruck nennt man Überdruck. Je nach Ergebnis ändert sich der Name des Wertes.
Wenn er positiv ist, spricht man von Manometerdruck.
Wenn das erh altene Ergebnis ein Minuszeichen hat, spricht man von Vakuum. Es sei daran erinnert, dass es nicht mehr als barometrisch sein kann.
Differential
Dieser Wert ist die Druckdifferenz an verschiedenen Messpunkten. In der Regel wird es zur Bestimmung des Druckabfalls an Geräten verwendet. Dies gilt insbesondere für die Ölindustrie.
Nachdem wir herausgefunden haben, welche Art von thermodynamischer Größe Druck genannt wird und mit welchen Formeln sie gefunden wird, können wir schlussfolgern, dass dieses Phänomen sehr wichtig ist und daher das Wissen darüber niemals überflüssig sein wird.
