Áp suất là đại lượng vật lý có vai trò đặc biệt đối với tự nhiên và đời sống con người. Hiện tượng này, không thể nhận thấy bằng mắt, không chỉ ảnh hưởng đến trạng thái của môi trường, mà còn được mọi người cảm nhận rất rõ. Hãy cùng tìm hiểu xem nó là gì, những dạng tồn tại của nó và cách tìm áp suất (công thức) trong các môi trường khác nhau.
Cái gì được gọi là áp suất trong vật lý và hóa học
Thuật ngữ này dùng để chỉ một đại lượng nhiệt động lực học quan trọng, được biểu thị bằng tỷ số giữa lực áp suất tác dụng vuông góc với diện tích bề mặt mà nó tác dụng. Hiện tượng này không phụ thuộc vào quy mô của hệ thống mà nó hoạt động, do đó nó đề cập đến số lượng chuyên sâu.
Ở trạng thái cân bằng, theo định luật Pascal, áp suất là như nhau đối với tất cả các điểm trong hệ.
Trong vật lý và hóa học, điều này được ký hiệu bằng chữ "P", là chữ viết tắt của tên Latin của thuật ngữ - pressūra.
Nếu chúng ta đang nói về áp suất thẩm thấu của chất lỏng (sự cân bằng giữa áp suấtbên trong và bên ngoài lồng), chữ "P" được sử dụng.
Đơn vị áp suất
Theo tiêu chuẩn của hệ SI Quốc tế, hiện tượng vật lý được coi là được đo bằng pascal (Cyrillic - Pa, Latin - Ra).
Dựa trên công thức áp suất, một Pa bằng một N (newton - một đơn vị của lực) chia cho một mét vuông (một đơn vị diện tích).
Tuy nhiên, trên thực tế, khá khó để áp dụng pascal, vì đơn vị này rất nhỏ. Về vấn đề này, ngoài các tiêu chuẩn SI, giá trị này có thể được đo theo một cách khác.
Dưới đây là các chất tương tự nổi tiếng nhất của nó. Hầu hết chúng được sử dụng rộng rãi ở Liên Xô cũ.
- Thanh. Một vạch bằng 105 Pa.
- Torrs, hoặc milimét thủy ngân. Khoảng một Torr tương ứng với 133,3223684 Pa.
- Milimét của cột nước.
- Mét của cột nước.
- Môi trường kỹ thuật.
- Khí quyển vật lý. Một atm bằng 101,325 Pa và 1,033233 at.
- Lực ki-lô-gam trên một cm vuông. Ngoài ra còn có lực tấn và lực gam. Ngoài ra, có một lực cân bằng tương tự trên mỗi inch vuông.
Công thức tổng quát về áp suất (Vật lý lớp 7)
Từ định nghĩa của một đại lượng vật lý cho trước, bạn có thể xác định phương pháp tìm nó. Nó trông giống như bức ảnh bên dưới.
Trong đó, F là lực và S là diện tích. Nói cách khác, công thức tính áp suất là lực của nó chia cho diện tích bề mặt mà nóảnh hưởng đến.
Nó cũng có thể được viết như thế này: P=mg / S hoặc P=pVg / S. Như vậy, đại lượng vật lý này có liên quan đến các biến nhiệt động lực học khác: thể tích và khối lượng.
Đối với lực ép, nguyên tắc sau đây được áp dụng: không gian chịu tác dụng của lực càng nhỏ thì lực ép càng lớn. Tuy nhiên, nếu diện tích tăng lên (với cùng một lực), thì giá trị mong muốn sẽ giảm xuống.
Công thức áp suất thủy tĩnh
Trạng thái tập hợp khác nhau của các chất, cung cấp sự hiện diện của các thuộc tính của chúng khác nhau. Dựa trên điều này, các phương pháp xác định P trong chúng cũng sẽ khác nhau.
Ví dụ, công thức áp suất nước (thủy tĩnh) có dạng như sau: P=pgh. Nó cũng áp dụng cho các chất khí. Tuy nhiên, nó không thể được sử dụng để tính toán áp suất khí quyển do sự khác biệt về độ cao và mật độ không khí.
Trong công thức này, p là khối lượng riêng, g là gia tốc trọng trường và h là độ cao. Dựa trên điều này, một vật thể hoặc vật thể chìm càng sâu thì áp suất tác dụng lên vật thể đó bên trong chất lỏng (khí) càng cao.
Biến thể đang được xem xét là sự chuyển thể của ví dụ cổ điển P=F / S.
Nếu chúng ta nhớ rằng lực bằng đạo hàm của khối lượng theo vận tốc rơi tự do (F=mg), và khối lượng của chất lỏng là đạo hàm của khối lượng theo khối lượng riêng (m=pV), thì công thức áp suất có thể được viết dưới dạng P=pVg / S. Trong trường hợp này, thể tích là diện tích nhân với chiều cao (V=Sh).
Nếu bạn chèn dữ liệu này, thì vùng trong tử số vàmẫu số có thể được giảm đi và sản lượng - công thức trên: P=pgh.
Xem xét áp suất trong chất lỏng, cần nhớ rằng, không giống như chất rắn, lớp bề mặt thường có thể bị biến dạng trong chúng. Và điều này lại góp phần hình thành thêm áp lực.
Đối với những trường hợp như vậy, một công thức áp suất hơi khác được sử dụng: P=P0+ 2QH. Trong trường hợp này P0là áp suất của lớp không cong và Q là sức căng của bề mặt chất lỏng. H là độ cong trung bình của bề mặt, được xác định bởi Định luật Laplace: H=½ (1 / R1+ 1 / R2). Các thành phần R1và R2là bán kính của độ cong chính.
Áp suất một phần và công thức của nó
Mặc dù phương pháp P=pgh có thể áp dụng cho cả chất lỏng và chất khí, nhưng tốt hơn là tính áp suất trong phương pháp sau theo một cách hơi khác.
Thực tế là trong tự nhiên, như một quy luật, các chất hoàn toàn tinh khiết không phổ biến lắm, bởi vì các hỗn hợp chiếm ưu thế trong đó. Và điều này không chỉ áp dụng cho chất lỏng, mà còn cho chất khí. Và như bạn đã biết, mỗi thành phần này tạo ra một áp suất khác nhau, được gọi là áp suất riêng phần.
Nó khá dễ phát hiện. Nó bằng tổng áp suất của từng thành phần của hỗn hợp đang xét (khí lý tưởng).
Từ đó suy ra công thức áp suất riêng phần có dạng như sau: P=P1+ P2+ P 3 … và v.v., theo số lượng thành phần.
Thường có những lúc cần xác định áp suất không khí. Tuy nhiên, một số nhầm lẫn chỉ thực hiện các phép tính với oxy theo sơ đồ P=pgh. Nhưng không khí là hỗn hợp của các khí khác nhau. Nó chứa nitơ, argon, oxy và các chất khác. Dựa trên tình hình hiện tại, công thức áp suất không khí là tổng áp suất của tất cả các thành phần của nó. Vì vậy, bạn nên lấy P=P1+ P2+ P3 … ở trên
Đồng hồ đo áp suất phổ biến nhất
Mặc dù thực tế là không khó để tính đại lượng nhiệt động lực học đang xét bằng cách sử dụng các công thức trên, nhưng đôi khi chỉ đơn giản là không có thời gian để thực hiện phép tính. Rốt cuộc, bạn phải luôn tính đến nhiều sắc thái. Vì vậy, để thuận tiện, một số thiết bị đã được phát triển qua nhiều thế kỷ để làm việc này thay cho con người.
Trên thực tế, hầu hết tất cả các thiết bị loại này đều giống như áp kế (giúp xác định áp suất trong chất khí và chất lỏng). Tuy nhiên, chúng khác nhau về thiết kế, độ chính xác và phạm vi.
- Áp suất khí quyển được đo bằng một áp kế gọi là phong vũ biểu. Nếu cần xác định chân không (nghĩa là áp suất thấp hơn áp suất khí quyển), một phiên bản khác của nó, một máy đo chân không, sẽ được sử dụng.
- Để biết huyết áp của một người, một máy đo huyết áp được sử dụng. Đối với hầu hết, nó được biết đến nhiều hơn như một máy đo áp suất không xâm lấn. Có nhiều loại thiết bị như vậy: từ cơ học thủy ngân đến kỹ thuật số hoàn toàn tự động. Độ chính xác của chúng phụ thuộc vào vật liệu tạo ra chúng và nơi chúng được đo lường.
- Áp suất giảm trong môi trường (theoTiếng Anh - độ giảm áp suất) được xác định bằng cách sử dụng đồng hồ đo chênh áp hoặc đo áp kế (đừng nhầm với động kế).
Các loại áp suất
Xem xét áp suất, công thức tìm nó và các biến thể của nó đối với các chất khác nhau, bạn nên tìm hiểu về các giống của đại lượng này. Có năm người trong số họ.
- Tuyệt đối.
- Khí áp
- Thừa.
- Máy đo chân không.
- Khác biệt.
Tuyệt
Đây là tên của tổng áp suất mà một chất hoặc vật thể nằm ở đó, không tính đến ảnh hưởng của các thành phần khí khác của khí quyển.
Nó được đo bằng pascal và là tổng của áp suất khí quyển và áp suất dư thừa. Đó cũng là sự khác biệt giữa các loại khí áp và chân không.
Nó được tính bằng công thức P=P2+ P3hoặc P=P2 - R4.
Đối với điểm tham chiếu cho áp suất tuyệt đối trong điều kiện của hành tinh Trái đất, áp suất bên trong bình chứa mà không khí được loại bỏ (tức là chân không cổ điển) được lấy.
Chỉ loại áp suất này được sử dụng trong hầu hết các công thức nhiệt động lực học.
Khí áp
Thuật ngữ này dùng để chỉ áp suất của khí quyển (lực hấp dẫn) lên tất cả các vật thể và vật thể được tìm thấy trong đó, bao gồm cả bề mặt của Trái đất. Nó còn được gọi là khí quyển.
Nó được phân loại là một thông số nhiệt động lực học và giá trị của nó thay đổi tùy thuộc vào địa điểm và thời gian đo, cũng như điều kiện thời tiết và ở trên / dưới mực nước biển.
Giá trị áp suất khí quyểnbằng môđun của lực của bầu khí quyển trên một khu vực thống nhất dọc theo pháp tuyến của nó.
Trong một bầu khí quyển ổn định, độ lớn của hiện tượng vật lý này bằng trọng lượng của một cột không khí trên một đế có diện tích bằng một.
Áp suất khí quyển định mức - 101 325 Pa (760 mm Hg ở 0 độ C). Hơn nữa, vật thể ở càng cao từ bề mặt Trái đất, áp suất không khí trên đó càng giảm. Cứ sau 8 km nó giảm 100 Pa.
Nhờ đặc tính trên núi này, nước trong ấm đun sôi nhanh hơn nhiều so với đun ở nhà trên bếp. Thực tế là áp suất ảnh hưởng đến điểm sôi: với sự giảm của nó, cái sau sẽ giảm. Và ngược lại. Hoạt động của các thiết bị nhà bếp như nồi áp suất và nồi hấp được xây dựng trên thuộc tính này. Sự gia tăng áp suất bên trong chúng góp phần hình thành nhiệt độ trong bát đĩa cao hơn so với chảo thông thường trên bếp.
Công thức độ cao khí áp được sử dụng để tính áp suất khí quyển. Nó trông giống như bức ảnh bên dưới.
P là giá trị mong muốn ở độ cao, P0là mật độ không khí gần bề mặt, g là gia tốc rơi tự do, h là độ cao so với Trái đất, m là khối lượng mol của khí, t là nhiệt độ của hệ, r là hằng số khí phổ biến là 8,3144598 J⁄ (mol x K) và e là số Euclair bằng 2,71828.
Thông thường, trong công thức áp suất khí quyển ở trên, thay vì R, K được sử dụnglà hằng số Boltzmann. Hằng số khí phổ quát thường được biểu thị về sản phẩm của nó bằng số Avogadro. Sẽ thuận tiện hơn cho việc tính toán khi số lượng hạt được tính bằng mol.
Khi tính toán, bạn phải luôn tính đến khả năng thay đổi nhiệt độ không khí do sự thay đổi của tình hình khí tượng hoặc khi leo lên trên mực nước biển, cũng như vĩ độ địa lý.
Gage và máy đo chân không
Sự khác biệt giữa áp suất khí quyển và áp suất môi trường đo được được gọi là quá áp. Tùy thuộc vào kết quả, tên của giá trị thay đổi.
Nếu nó là dương, nó được gọi là áp suất đo.
Nếu kết quả nhận được có dấu trừ thì được gọi là chân không. Điều đáng nhớ là nó không thể nhiều hơn khí áp.
Khác biệt
Giá trị này là chênh lệch áp suất tại các điểm đo khác nhau. Theo quy định, nó được sử dụng để xác định độ sụt áp trên bất kỳ thiết bị nào. Điều này đặc biệt đúng trong ngành công nghiệp dầu mỏ.
Sau khi tìm ra loại đại lượng nhiệt động lực học nào được gọi là áp suất và với công thức mà nó tìm được, chúng ta có thể kết luận rằng hiện tượng này rất quan trọng và do đó kiến thức về nó sẽ không bao giờ thừa.
