Druk is een fysieke grootheid die een speciale rol speelt in de natuur en het menselijk leven. Dit voor het oog onmerkbare fenomeen beïnvloedt niet alleen de toestand van het milieu, maar wordt ook door iedereen goed gevoeld. Laten we eens kijken wat het is, welke soorten er bestaan en hoe we de druk (formule) in verschillende omgevingen kunnen vinden.
Wat in de natuurkunde en scheikunde druk wordt genoemd
Deze term verwijst naar een belangrijke thermodynamische grootheid, die wordt uitgedrukt als de verhouding van de loodrecht uitgeoefende drukkracht tot het oppervlak waarop deze inwerkt. Dit fenomeen is niet afhankelijk van de grootte van het systeem waarin het opereert, daarom verwijst het naar intensieve hoeveelheden.
In een evenwichtstoestand, volgens de wet van Pascal, is de druk hetzelfde voor alle punten in het systeem.
In de natuurkunde en scheikunde wordt dit aangegeven met de letter "P", wat een afkorting is voor de Latijnse naam van de term - pressūra.
Als we het hebben over de osmotische druk van een vloeistof (de balans tussen druk)binnen en buiten de kooi), wordt de letter "P" gebruikt.
Drukeenheden
Volgens de normen van het internationale SI-systeem wordt het beschouwde fysieke fenomeen gemeten in pascal (Cyrillisch - Pa, Latijn - Ra).
Op basis van de drukformule blijkt dat één Pa gelijk is aan één N (newton - een eenheid van kracht) gedeeld door één vierkante meter (een oppervlakte-eenheid).
In de praktijk is het echter nogal moeilijk om pascals toe te passen, aangezien dit apparaat erg klein is. In dit opzicht kan deze waarde, naast de SI-normen, op een andere manier worden gemeten.
Hieronder staan de beroemdste analogen. De meeste worden veel gebruikt in de voormalige USSR.
- Bars. Eén balk is gelijk aan 105 Pa.
- Torrs, of millimeter kwik. Ongeveer één Torr komt overeen met 133.3223684 Pa.
- Millimeter waterkolom.
- Meter waterkolom.
- Technische sferen.
- Fysieke atmosferen. Eén atm is gelijk aan 101.325 Pa en 1.033233 at.
- Kilogram-kracht per vierkante centimeter. Er zijn ook tonkracht en gramkracht. Bovendien is er een analoge pond-kracht per vierkante inch.
Algemene formule voor druk (7e graad natuurkunde)
Van de definitie van een bepaalde fysieke hoeveelheid, kun je de methode bepalen om deze te vinden. Het ziet eruit als de onderstaande foto.
Hierin is F kracht, en S is oppervlakte. Met andere woorden, de formule voor het vinden van druk is de kracht gedeeld door het oppervlak waarop hetbeïnvloedt.
Het kan ook als volgt worden geschreven: P=mg / S of P=pVg / S. Deze fysieke grootheid is dus gerelateerd aan andere thermodynamische variabelen: volume en massa.
Voor druk geldt het volgende principe: hoe kleiner de ruimte die door de kracht wordt beïnvloed, hoe groter de hoeveelheid perskracht. Als de oppervlakte echter toeneemt (met dezelfde kracht), neemt de gewenste waarde af.
Hydrostatische druk formule
Verschillende geaggregeerde toestanden van stoffen, zorgen voor de aanwezigheid van hun eigenschappen die van elkaar verschillen. Op basis hiervan zullen de methoden voor het bepalen van P daarin ook anders zijn.
De formule voor waterdruk (hydrostatisch) ziet er bijvoorbeeld als volgt uit: P=pgh. Dit geldt ook voor gassen. Het kan echter niet worden gebruikt om de atmosferische druk te berekenen, vanwege het verschil in hoogtes en luchtdichtheden.
In deze formule is p de dichtheid, g is de zwaartekrachtversnelling en h is de hoogte. Op basis hiervan geldt dat hoe dieper een object of object zinkt, hoe hoger de druk die erop wordt uitgeoefend in de vloeistof (gas).
De variant in kwestie is een bewerking van het klassieke voorbeeld P=F / S.
Als we onthouden dat de kracht gelijk is aan de afgeleide van de massa door de vrije valsnelheid (F=mg), en de massa van de vloeistof is de afgeleide van het volume door de dichtheid (m=pV), dan kan de drukformule worden geschreven als P=pVg / S. In dit geval is het volume de oppervlakte vermenigvuldigd met de hoogte (V=Sh).
Als je deze gegevens invoert, blijkt dat het gebied in de teller ende noemer kan worden verkleind en de output - de bovenstaande formule: P=pgh.
Gezien de druk in vloeistoffen, is het de moeite waard om te onthouden dat, in tegenstelling tot vaste stoffen, de oppervlaktelaag daarin vaak kan worden vervormd. En dit draagt op zijn beurt bij aan de vorming van extra druk.
Voor dergelijke situaties wordt een iets andere drukformule gebruikt: P=P0 + 2QH. In dit geval is P0 de druk van de niet-gekromde laag en is Q het vloeistofspanningsoppervlak. H is de gemiddelde kromming van het oppervlak, die wordt bepaald door de wet van Laplace: H=½ (1/R1+ 1/R2). De componenten R1 en R2 zijn de stralen van de hoofdkromming.
Gedeeltelijke druk en zijn formule
Hoewel de P=pgh-methode toepasbaar is voor zowel vloeistoffen als gassen, is het beter om de druk in laatstgenoemde op een iets andere manier te berekenen.
Feit is dat in de natuur absoluut zuivere stoffen in de regel niet erg gebruikelijk zijn, omdat mengsels daarin overheersen. En dit geldt niet alleen voor vloeistoffen, maar ook voor gassen. En zoals je weet, oefent elk van deze componenten een andere druk uit, partiële druk genaamd.
Het is vrij gemakkelijk te herkennen. Het is gelijk aan de som van de druk van elke component van het betreffende mengsel (ideaal gas).
Hieruit volgt dat de partiële drukformule er als volgt uitziet: P=P1+ P2+ P3… enzovoort, afhankelijk van het aantal componenten.
Er zijn vaak momenten waarop het nodig is om de luchtdruk te bepalen. Sommigen voeren echter ten onrechte alleen berekeningen uit met zuurstof volgens het schema P=pgh. Maar lucht is een mengsel van verschillende gassen. Het bevat stikstof, argon, zuurstof en andere stoffen. Op basis van de huidige situatie is de luchtdrukformule de som van de drukken van alle componenten. Dus je moet het bovenstaande nemen P=P1+ P2+ P3…
Meest voorkomende manometers
Ondanks het feit dat het niet moeilijk is om de thermodynamische grootheid te berekenen met behulp van de bovenstaande formules, is er soms gewoon geen tijd om de berekening uit te voeren. Je moet immers altijd rekening houden met tal van nuances. Daarom zijn er in de loop der eeuwen voor het gemak een aantal apparaten ontwikkeld om dit te doen in plaats van mensen.
In feite zijn bijna alle apparaten van dit soort varianten van een manometer (helpt bij het bepalen van de druk in gassen en vloeistoffen). Ze verschillen echter in ontwerp, nauwkeurigheid en reikwijdte.
- Atmosferische druk wordt gemeten met een manometer die een barometer wordt genoemd. Als het nodig is om het vacuüm te bepalen (dat wil zeggen, de druk is lager dan de atmosferische druk), wordt een andere versie ervan, een vacuümmeter, gebruikt.
- Om de bloeddruk van een persoon te achterhalen, wordt een bloeddrukmeter gebruikt. Voor de meesten is het beter bekend als een niet-invasieve tonometer. Er zijn veel varianten van dergelijke apparaten: van kwikmechanisch tot volledig automatisch digitaal. Hun nauwkeurigheid hangt af van de materialen waaruit ze zijn gemaakt en waar ze worden gemeten.
- Drukdalingen in de omgeving (volgensNederlands - drukval) worden bepaald met behulp van verschildrukmeters of difnamometers (niet te verwarren met dynamometers).
Soorten druk
Gezien de druk, de formule om het te vinden en de variaties voor verschillende stoffen, is het de moeite waard om meer te weten te komen over de variëteiten van deze hoeveelheid. Er zijn er vijf.
- Absoluut.
- Barometrische
- Excess.
- Vacuometrische.
- Differentieel.
Absoluut
Dit is de naam van de totale druk waaronder een stof of object zich bevindt, zonder rekening te houden met de invloed van andere gasvormige componenten van de atmosfeer.
Het wordt gemeten in pascal en is de som van overmatige en atmosferische druk. Het is ook het verschil tussen barometrische en vacuümtypes.
Het wordt berekend met de formule P=P2 + P3 of P=P2 - R4.
Voor het referentiepunt voor absolute druk in de omstandigheden van de planeet Aarde, wordt de druk in de container waaruit lucht wordt verwijderd (dat wil zeggen, klassiek vacuüm) genomen.
Alleen dit type druk wordt gebruikt in de meeste thermodynamische formules.
Barometrische
Deze term verwijst naar de druk van de atmosfeer (zwaartekracht) op alle objecten en objecten die erin worden aangetroffen, inclusief het oppervlak van de aarde zelf. Het staat bij de meesten ook bekend als atmosferisch.
Het is geclassificeerd als een thermodynamische parameter en de waarde ervan varieert afhankelijk van de plaats en tijd van de meting, evenals de weersomstandigheden en boven/onder zeeniveau.
Barometrische drukwaardegelijk aan de modulus van de kracht van de atmosfeer op een gebied van eenheid langs de normaal erop.
In een stabiele atmosfeer is de omvang van dit fysische fenomeen gelijk aan het gewicht van een luchtkolom op een basis met een oppervlakte gelijk aan één.
Norm barometrische druk - 101 325 Pa (760 mm Hg bij 0 graden Celsius). Bovendien, hoe hoger het object van het aardoppervlak is, hoe lager de luchtdruk erop wordt. Elke 8 km neemt deze af met 100 Pa.
Dankzij deze woning in de bergen kookt water in waterkokers veel sneller dan thuis op het fornuis. Het feit is dat druk het kookpunt beïnvloedt: met zijn afname neemt de laatste af. En vice versa. Het werk van keukenapparatuur als een snelkookpan en een autoclaaf is op dit terrein gebouwd. De toename van de druk binnenin draagt bij aan de vorming van hogere temperaturen in de gerechten dan in gewone pannen op het fornuis.
De formule voor barometrische hoogte wordt gebruikt om de atmosferische druk te berekenen. Het ziet eruit als de onderstaande foto.
P is de gewenste waarde op hoogte, P0 is de luchtdichtheid nabij het oppervlak, g is de vrije valversnelling, h is de hoogte boven de aarde, m is de molaire massa van gas, t is de temperatuur van het systeem, r is de universele gasconstante van 8,3144598 J⁄(mol x K) en e is het Euclair-getal gelijk aan 2,71828.
Vaak wordt in de bovenstaande formule voor atmosferische druk K gebruikt in plaats van Ris de Boltzmann-constante. De universele gasconstante wordt vaak uitgedrukt in termen van zijn product door het Avogadro-getal. Het is handiger voor berekeningen wanneer het aantal deeltjes wordt gegeven in mol.
Bij het maken van berekeningen moet u altijd rekening houden met de mogelijkheid van veranderingen in de luchttemperatuur als gevolg van een verandering in de meteorologische situatie of bij het klimmen boven zeeniveau, evenals de geografische breedtegraad.
Gage en vacuümmeter
Het verschil tussen atmosferische druk en gemeten omgevingsdruk wordt overdruk genoemd. Afhankelijk van het resultaat verandert de naam van de waarde.
Als het positief is, wordt het overdruk genoemd.
Als het verkregen resultaat een minteken heeft, wordt dit vacuüm genoemd. Het is de moeite waard eraan te denken dat het niet meer dan barometrisch kan zijn.
Differentieel
Deze waarde is het drukverschil op verschillende meetpunten. In de regel wordt het gebruikt om de drukval op alle apparatuur te bepalen. Dit geldt met name in de olie-industrie.
Na uitgezocht te hebben wat voor soort thermodynamische grootheid druk wordt genoemd en met welke formules het wordt gevonden, kunnen we concluderen dat dit fenomeen erg belangrijk is, en daarom zal kennis erover nooit overbodig zijn.
