Давление газа на стенки сосуда — формулы, определение, примеры

В жизни мы встречаем газообразное состояние вещества, когда чувствуем запахи. Запах очень легко распространяется, потому что газ не имеет ни формы, ни объема (он занимает весь предоставленный ему объем), состоит из хаотично движущихся молекул, расстояние между которыми больше, чем размеры молекул.

Агрегатных состояния точно три?

На самом деле, есть еще четвертое — плазма. Звучит, как что-то из научной фантастики, но это просто ионизированный газ — газ, в котором помимо нейтральных частиц, есть еще и заряженные. Ионизаторы воздуха как раз строятся на принципе перехода из газообразного вещества в плазму.

Давление газа

Мы только что выяснили, что молекулы газа беспорядочно движутся. Во время движения они сталкиваются друг с другом, а также со стенками сосуда, в котором этот газ находится. Поскольку молекул много, ударов тоже много.2]

То есть, если наши двести миллионов комаров будут толкать легковую машину, они распределятся по меньшей площади, чем если бы они толкали грузовой автомобиль (просто потому что легковая меньше грузовика).

Из формулы давления следует, что давление на легковой автомобиль будет больше из-за меньшей площади.

Давайте рассмотрим аналогичный пример с двумя сосудами разной площади.

Давление в левом сосуде будет больше, чем во втором, по аналогичной схеме — потому что площадь меньше. Но если площадь основания меньше, то и объем меньше. Это значит, что давление будет зависеть от объема следующим образом: чем больше объем, тем меньше давление — и наоборот.

При этом зависимость будет не линейная, а примет вот такой вид (при условии, что температура постоянна):

Такая зависимость называется законом Бойля-Мариотта.

Она экспериментально проверяется с помощью такой установки.

Объем шприца увеличивают с помощью насоса, а манометр измеряет давление. Эксперимент показывает, что при увеличении объема давление действительно уменьшается.

Зависимость давления от температуры

Рассмотрим зависимость давления газа от температуры при условии неизменного объема определенной массы газа. Эти исследования были впервые произведены в Жаком Шарлем.

Газ нагревался в большой колбе, соединенной с ртутным манометром в виде узкой изогнутой трубки. Пренебрегая ничтожным увеличением объема колбы при нагревании и незначительным изменением объема при смещении ртути в узкой манометрической трубке.

Таким образом, можно считать объем газа неизменным. Подогревая воду в сосуде, окружающем колбу, измеряли температуру газа по термометру, а соответствующее давление — по манометру.

Этот эксперимент показал, что давление газа увеличивается с увеличением температуры. Это связано с тем, что при нагревании молекулы газа движутся быстрее, из-за чего чаще ударяются о стенки сосуда.

С температурой все проще. Зависимость давления от температуры при постоянных объеме и массе будет линейно:

Эта зависимость называется законом Шарля.

Хранение и транспортировка газов

Если нужно перевезти значительное количество газа из одного места в другое, или когда газы необходимо длительно хранить — их помещают в специальные прочные металлические сосуды. Из-за того, что при уменьшении объема увеличивается давление, газ можно закачать в небольшой баллон, но он должен быть очень прочным.

Сосуды, предназначенные для транспортировки газов, выдерживают высокие давления. Поэтому с помощью специальных насосов (компрессоров) туда можно закачать значительные массы газа, которые в обычных условиях занимали бы в сотни раз больший объем.

Поскольку давление газов в баллонах даже при комнатной температуре очень велико, их ни в коем случае нельзя нагревать. Например, держать под прямыми лучами солнца или любым способом пытаться сделать в них отверстие, даже после использования.

Давление газа — урок. Физика, 7 класс.

Давление газа обусловлено иными причинами, чем давление твёрдого тела на опору.

 

Расстояния между молeкулами газа значительно больше. Двигаясь хаотично, молекулы сталкиваются между собой и ударяют о стенки, занимаемого им сосуда. Давление газа на стенки сосуда и вызывается этими ударами молекул газа.

 

 

Рис. \(1\). Газ в сосуде

  

Обрати внимание!

Давление газа тем больше, чем чаще и сильнее молекулы ударяют о стенки сосуда.

Для газа характерно одинаковое давление по всем направлениям, оно является следствием беспорядочного движения огромного числа молекул.

Давление газа на внутренние поверхности (дно, крышку, стенки) сосуда, в который он помещён, одинаково по всем направлениям.

 

Рис. \(2\). Газ в воздушном шаре

 

Все воздушные шары приобретают форму, в которой давление равномерно растягивает стенки шара. Сфера (шар) — форма, в которой давление на поверхность имеет наименьшее значение и равномерно по всем направлениям.

Сжатые газы проще транспортировать. Плотность сжатых газов больше, давление намного больше. Поэтому используют прочные сосуды — стальные баллоны.

Сжатый воздух используется для дайвинга. Горючие газы удобнее хранить в сжатом виде.

 

Рис. \(3\). Сжатые газы

Свойства

1. При уменьшении объёма газа его давление увеличивается, а при увеличении объёма  — давление уменьшается (при условии, что масса и температура газа остаются неизменными).

2. Давление газа в закрытом сосуде тем больше, чем выше температура газа (при условии, что масса газа и объём не изменяются).

 

 

Рис. \(4\). Подогрев газа в сосуде

  

3. При увеличении массы газа давление увеличивается и наоборот.

Источники:

Рис. 1. Газ в сосуде

Рис. 2. Газ в воздушном шаре

Рис. 4. Подогрев газа в сосуде

Горелка. Указание авторства не требуется, 2021-07-29, Pixabay License, https://pixabay.com/images/id-3053616/

Давление газа: постоянное | wittgas.com

Представляя новый купольный перепускной регулятор BPR2, немецкий производитель газового оборудования Witt снова демонстрирует высокий профессионализм и расширяет свой ассортимент регуляторов давления.

Этот редукционный клапан поддерживает на постоянном уровне или ограничивает давление газов в технологических процессах, узлах рабочего оборудования или резервуарах. С технической точки зрения речь идет о контроле входного давления на перепускном регуляторе – в отличие от классических регуляторов, которые поддерживают постоянное давление на выходе.

В этой новой разработке от специалистов компании Witt применяются не пружины, а давление газа, воздействующее на мембрану с одной стороны. Такая купольная система обеспечивает очень высокую точность регулировки давления. Независимо от объема или колебаний потока газа давление остается постоянным, причем на всем участке работы регулятора.

Типичный вариант применения – регулирование давления газовых подушек в резервуарах. Перепускной клапан открывается, как только входное давление достигает установленного значения. При повышении давления выполняется контролируемый отвод газа, и давление в резервуаре поддерживается на постоянном уровне. Клапан открывается и закрывается таким образом, чтобы давление на входе точно соответствовало управляющему давлению. Таким образом BPR2 обеспечивает также эффективную защиту от опасного повышенного давления.

Решающий фактор безопасности и качества рабочих процессов – быстрый и точный контроль входного давления. Теперь компания Witt предлагает решение этой задачи: BPR2. Новая арматура поддерживает работу практически со всеми техническими газами, включая кислород, в широко используемом диапазоне давления от 0,5 бар до 20 бар. Установка возможна в любом положении. Благодаря широкому температурному диапазону – от -30°C до +50°C – этот регулятор предусматривает различные широко распространенные варианты применения. Новая прецизионная арматура соответствует многочисленным требованиям стандартов и строительных правил и может использоваться даже в зонах ATEX и в пищевой промышленности. 

Компания Witt – один из международных лидеров отрасли. Обширный ассортимент ее продукции включает в себя, среди прочего, арматуру для обеспечения безопасности при работе с газами, а также газосмесители, газоанализаторы, газодозаторы и системы проверки герметичности упаковок и промышленных узлов. Дополнительная информация имеется на сайте wittgas.com.

Как избежать распространенных ошибок, связанных с системами отбора проб жидкости и газа | Справочно-информационный ресурс

Как избежать распространенных ошибок, связанных с системами отбора проб жидкости и газа

24 апреля 2019 г. | Карим Махраз (Karim Mahraz), менеджер по продукции Swagelok, аналитическое оборудование

Проектировка системы отбора проб — это деликатный процесс. Даже небольшая ошибка может привести к ненадежной работе системы. Со многими ошибками, которые возникают сегодня, проектировщики сталкивались и раньше. Пора узнать, как избежать ошибок, связанных с системами отбора проб жидкости и газа.  

Повышение эффективности отбора проб газа

Колебания давления и температуры, которые часто происходят в системе отбора проб, влияют на состояние газа. Эти колебания могут привести к конденсату или задержкам и повлиять на результаты анализа. Чтобы избежать подобных проблем, попробуйте снизить давление в пробе газа как можно скорее и как можно сильнее. Это позволит снизить температуру пробы и свести к минимуму вероятность образования конденсата при прохождении газа через систему отбора проб. Снижение давления также уменьшает необходимость нагрева линии. Вы можете снизить давление в пробе газа на регуляторах и ограничителях, таких как игольчатые клапаны, условные проходы или капиллярные трубки. Образование конденсата более вероятно со стороны высокого давления данных компоненетов.

При проектировке систем отбора проб газа не следует:

• Транспортировать газ при температуре точки росы. Газ при температуре точки росы насыщен, и вероятность образования конденсата в любой момент высока. Снизьте давление или нагрейте линию. Рекомендуется нагреть линию: снижение давления может не остановить дальнейшее образование конденсата, если газ остынет где-то дальше по линии.
• Предполагать, что изоляция сохранит тепло в газовой линии. Изоляция может помочь, однако любое снижение давления в системе уменьшит температуру газа. Со временем температура газа может достигнуть точки росы, что приведет к образованию конденсата. Поэтому следует использовать теплоспутник, чтобы обеспечить равномерный подогрев линии. 
• Использовать трубу без подогрева перед точкой снижения давления, если вы нагрели сторону после этой точки. Помните, что температура пробы газа снизится в точке снижения давления. Перепад температур в этом случае будет еще выше, что повышает вероятность образования конденсата. 
• Забывать о нагреве регулятора при снижении давления более чем на 20 бар.  При резком снижении давления газа также происходит резкое снижение температуры. Оно настолько сильное, что регулятор может покрыться льдом. Это связано с эффектом Джоуля – Томсона.  Этот эффект можно устранить путем нагрева регулятора, а также близлежащих труб и других компонентов. 
• Прокладывать трубы без подогрева в помещении с кондиционером, если в наружных трубах используется теплоспутник. Резкое снижение температуры с теплой до прохладной повысит вероятность образования нежелательного конденсата, а также приведет к снижению давления. В трубе, которая находится в помещении, также следует использовать теплоспутник.

Повышение эффективности отбора проб жидкости

В то время как пробы газа требуют значительного снижения давления, пробы жидкости, напротив, требуют увеличения давления в течение как можно более длительного периода времени. Это связано с тем, что давление жидкости снижается при прохождении через длинные трубы или ограничители расхода. Повышенное давление на внешнем интерфейсе позволит увеличить давление при прохождении жидкости через трубопроводную систему, обойтись без насоса и уменьшить задержки.

При проектировке систем отбора проб жидкости не следует:

• Транспортировать жидкость при температуре кипения. Температура кипения — это первоначальная точка кипения жидкости, которая может быть намного ниже ожидаемой, особенно если жидкость содержит растворенный газ. Давление на всем пути прохождения через анализатор должно быть как можно выше.
• Снижать давление жидкости в точке отбора.  Снижение давления жидкости в точке отбора может привести к значительным задержкам или необходимости установки насоса после этой точки. Помните, что следует поддерживать достаточное давление на всем пути от точки отбора до анализатора через промежуточные компоненты.
• Устанавливать игольчатый клапан перед анализатором или расходомером. Снижение давления, вызванное игольчатым клапаном или другим ограничителем, может привести к образованию пузырьков пара в поток жидкости, что может повлиять на результаты анализа. Во избежание образования пузырьков следует поддерживать высокое давление и низкую температуру (но не ниже температуры потери текучести).
• Устанавливать игольчатый клапан перед испарителем. Задержки являются распространенным явлением во многих частях системы отбора проб жидкости, но чаще всего они встречаются во входной линии испарителя. Тяжело достичь пятиминутного времени отклика анализатора, когда присутствует испаритель. Установка игольчатого клапана перед испарителем еще больше замедлит анализ.

Как обеспечить успех

Проектировка системы отбора проб — это тонкое искусство, поскольку каждая система уникальна. Вышеуказанные советы помогут вам повысить эффективность отбора проб и упростят жизнь проектировщика, который будет использовать ваш проект в дальнейшем.

Хотите еще больше отточить свои навыки проектировки систем отбора проб? Запишитесь на практическое обучение по системам отбора проб, чтобы помочь себе и вашей команде проектировать эффективные и точные системы. За дополнительной информацией обращайтесь в местный центр торговли и сервисного обслуживания компании Swagelok. Вы также можете посетить раздел справочно-информационного ресурса Swagelok, посвященный аналитическим контрольно-измерительным системам, чтобы получить больше советов по системам отбора проб от инструкторов и технических инженеров компании Swagelok.

ЗАПИСЬ НА УЧЕБНЫЙ КУРС ПО СИСТЕМАМ ОТБОРА ПРОБ

Статьи по Теме

10 рекомендаций по усовершенствованию пробоотборных систем

Управление работой аналитической контрольно-измерительной системы — нелегкая задача. Получение стабильных результатов может представлять сложность даже для самых опытных инженеров. Мы можем предложить несколько простых рекомендаций по усовершенствованию пробоотборной системы на вашем предприятии.

Страница не найдена |

Страница не найдена |

---

---

404. Страница не найдена

Архив за месяц

ПнВтСрЧтПтСбВс

       

       

     12

       

     12

       

      1

3031     

     12

       

15161718192021

       

25262728293031

       

    123

45678910

       

     12

17181920212223

31      

2728293031  

       

      1

       

   1234

567891011

       

     12

       

891011121314

       

11121314151617

       

28293031   

       

   1234

       

     12

       

  12345

6789101112

       

567891011

12131415161718

19202122232425

       

3456789

17181920212223

24252627282930

       

  12345

13141516171819

20212223242526

2728293031  

       

15161718192021

22232425262728

2930     

       

Архивы

Метки

Настройки
для слабовидящих

Урок «Давление газа» 7 кл.

Урок, разработанный и проведенный

учителем физики Белой Е. И.

Тема: «Давление газа».

Тип урока – комбинированный.

Цели урока:

1. образовательная – повторить ранее изученный материал; дать понятие

давление в газе, от чего оно зависит;

2. развивающая – развить умение мыслить, анализировать, обобщать; формировать чувства новизны и любознательности; развивать самостоятельность, творческое начало, кругозор;

3. воспитывающая – воспитать внимание, усердие, трудолюбие, стремление к достижению поставленной цели.

Метод обучения – эвристическая беседа.

Применяемые технологии обучения: компьютерная + тестовая (на этапе актуализации опорных знаний) + проблемное обучение (на этапе формирования новых ЗУНов) + игровая (на этапе закрепления новых ЗУНов) + технология «Экология и диалектика» Л.В.Тарасова (на этапе закрепления новых ЗУНов).

Оборудование: воздушный насос с куполом, резиновый шарик, стеклян

ная трубка с поршнем внутри и резиновой пленкой на одном конце.

План урока.

1. Организационный момент (1 мин.).

Проверка готовности к уроку – мобилизующее начало.

2. Актуализация опорных знаний (10 мин.).

Опрос у доски: 1 ученик (устный опрос) – §33 «Давление. Единицы давления»;

2 ученик (устный опрос) – §34 «Способы увеличения и уменьшения давления»;

3 ученик (письменный опрос параллельно устному) – на доске решить задачу №4 упр. 20 из д/з.

Мальчик массой 45 кг стоит на лыжах. Длина каждой лыжи 1,5м, а ширина – 10 см. Какое давление оказывает мальчик на снег? Сравнить это давление с тем, если бы он стоял без лыж.

Дано:

m = 45 кг

n = 2

a = 1,5 м

b = 10 см

S_чел=300 см²

g = 9,8 м/с²

CИ

0,1 м

0,03м²

Р – ?

Р_{без лыж} –?

Р_{без лыж} = ;

Решение:

Р = Р= ≈1500Па=1,5кПа

F=Р = mg; Р_{без лыж} = ≈15000Па=15 кПа

S₁ = аb;

S = S₁n

P = = = 0,1

Ответ: в 10 раз меньше.

Компьютерная и тестовая технологии обучения.

Один ученик отвечает на вопросы с 3 вариантами ответов, причем с учетом правильности ответа на экране высвечивается «ВЕРНО» или «НЕВЕРНО»;

время на обдумывание ответа – 20с, считается автоматически. Еще 10 человек из класса отвечают на похожие вопросы за индивидуальными компьютерами.

Формирование новых знаний, умений, навыков (20 мин.).

1. Мотивация (2 мин.).

Вопросы учителя:

— Вспомним, что такое «газ», как агрегатное состояние вещества(как в

нем расположены молекулы, как они двигаются).

— А можно ли газ запереть в сосуде?

— Где вы это видели в жизни?

— Значит, зная, что газ находится в мяче, шинах, металлических баллонах

и др., вы часто встречаетесь с ним.

— А вы не задумывались как ему там «живется?» Чем создается его

давление?

Сегодня мы должны ответить на этот вопрос. Значит, эта тема важна для нашего изучения.

2. Подведение под понятие (1 мин.).

Технология проблемного обучения.

Вопросы учителя:

— Если мы закрыли газ в сосуде, что будет происходить с молекулами

газа?

Ученики должны однозначно дать ответ, что молекулы газа, беспоря –

дочно двигаясь, будут ударяться о стенки сосуда и друг о друга.

3. Формирование новых ЗУНов (17 мин.).

Учитель: Давление в газах определяется ударами молекул о стенки сосуда (запись в тетради).

Опыт 1. Откачиваю воздух с помощью воздушного насоса из – под купола,

где находится почти сдувшийся резиновый шарик. По мере

откачивания воздуха шарик, как в сказке, сам начинает шевелиться

и увеличиваться в размерах. Постепенно он принимает форму шара.

Вопросы учителя:

— Попробуйте объяснить то, что произошло с шариком.

— А почему шарик принял форму шара?

Опыт 2. Беру стеклянную трубку, на один конец которой надеваю резиновую

пленку. С другого конца вставляю поршень. По мере вдвигания

поршня в трубку резиновая пленка растягивается. Когда поршень

выдвигаю, резиновая пленка втягивается в трубку.

Вопросы учителя:

— Попробуйте объяснить увиденное.

— От чего зависит давление газа?

— Как давление газа зависит от его объема?

Учитель: Давление газа зависит от его объема обратнопропорционально (запись в тетради).

— Если давление в газах определяется ударами молекул о стенки сосуда, то как

еще можно изменить движение молекул?

Учитель:

Давление газа зависит от его температуры прямопропорционально (запись в тетради).

4. Закрепление материала (6 мин.).

Вопросы из «Сборника задач» В.И. Лукашика.

№ 461. Почему сжатые газы содержат в специальных баллонах с толстыми

стенками?

№ 465. Взяли 3 сосуда, разных по величине. В них находится один и тот же газ

одинаковой массы и при одинаковой температуре. В каком сосуде

давление газа больше?

№ 467. Почему при накачивании воздуха в шину автомобиля с каждым разом

становится все труднее двигать ручку насоса?

№ 470. Из баллона медленно выпустили половину газа. Как изменилось

давление газа?

№ 472. Массы одного и того же газа в двух одинаковых сосудах одинаковы.

Один из этих сосудов находится в теплом помещении, другой – в

холодном. В каком из сосудов давление газа больше?

№ 474. Задача экологического содержания.

Технология «Экология и диалектика» Л.В.Тарасова.

У костра можно видеть, как от горящих поленьев с треском разлетают

ся искры. Почему отскакивают искры?

Необходимо подвести учеников к пониманию того, что давление горячего воздуха возле поленьев бывает настолько велико, что горящие искры могут отскакивать от костра довольно далеко и тем самым стать причиной возгорания близлежащих объектов. Нужно быть очень внимательным в лесу при разведении костра, чтобы не возникло пожара, и не был нанесен вред природе. Привожу примеры, о неосторожном обращении с огнем в лесу, и рассказываю о количестве пожаров, возникших от такого отношения к огню. А также говорю о последствиях пожаров для природы и экологии вообще.

Игровая технология обучения.

Также в качестве закрепления нового материала предлагаю ученикам разгадать кроссворд.

Вопросы к кроссворду:

1. Чем определяется давление газов?

2. Один из параметров газа, который не сохраняется.

3. Если уменьшить объем газа, то давление …?

4. Какая характеристика газа увеличится при уменьшении его объема?

5. От чего еще зависит давление газа?

6. В каком состоянии (холодном или горячем) газ производит меньшее давление?

7. Как движутся молекулы газов?

5. Домашнее задание (1 мин.).

На доске: §35; устно ответить на все №№ пункта19 по сборнику

В.И.Лукашика.

6. Итог урока (2 мин.).

1. Что нового узнали на уроке?

2. Оценки за урок.

Давление идеального газа, теория и примеры

Общие понятия о давлении идеального газа

Молекулы в идеальном газе совершают движения, при этом они ударяются о стенки сосуда, в котором газ находится, создавая этим давление газа на стенки. Это давление (p) легко вычисляется исходя из представлений молекулярно-кинетической теории (МКТ). Для облегчения данной задачи вводят следующие упрощения:

1. Так как давление газа не зависит от формы сосуда, в котором этот газ находится, поэтому будем считать, что сосуд имеет форму прямоугольного параллелепипеда, стороны которого .
2. Пусть сталкивающиеся со стенкой молекулы газа испытывают зеркальное отражение от нее, без изменения величины скорости, взаимодействуют со стеной по закону абсолютно упругого удара.
3. Все направления движения молекул следует считать равновероятными, если газ находится в равновесии. Для упрощения считаем, что молекулы движутся только в трех взаимно перпендикулярных направлениях, которые совпадают с ребрами параллелепипеда. Тогда, если в сосуде находится N молекул, то в каждом направлении движется молекул (вдоль одного ребра ).

Вычисление давления идеального газа

Выделим на стенке сосуда маленькую площадку , определим каково давление, которое газ оказывает на нее.

При соударении молекула, которая движется по нормали к площадке, передает ей импульс равный:

   

где – масса молекулы, v – скорость молекулы. За время равное выделенной площадки достигают только те молекулы, которые находятся в объеме цилиндра основание которого равно , а высота: . Количество таких молекул равно , где n – число молекул в единице объема газа. На самом деле молекулы движутся к выделенной площади под разными углами и имеют разные скорости, и скорость молекулы при каждом соударении со стенкой изменяется. Тогда принимая во внимание пункт 3 сделанных нами допусков имеем, что число ударов молекул о площадку будет равно: . Импульс, который получает стенка при ударах этого числа молекул, равен:

   

В таком случае давление газа на стенку получается равно:

   

Определим среднеквадратичную скорость (), которая характеризует всю совокупность молекул газа, как:

   

где N – число молекул в объема газа равном V. Тогда давление идеального газа равно:

   

Уравнение (5) называют основным уравнением МКТ. Приведенный вывод формулы (5) является очень приблизительным, но точный расчет давления с учетом движения молекул по всем направлениям даст такую же формулу.

Основное уравнение МКТ часто записывают в виде:

   

где – средняя кинетическая энергия поступательного перемещения молекул газа.

Давление идеального газа можно вычислить, применяя уравнения состояния:

   

где T – температура газа по абсолютной шкале температур (в К).

или уравнение состояния, называемое уравнением Менделеева — Клапейрона

   

где – молярная масса газа; R- универсальная газовая постоянная.

Примеры решения задач

Давление газа

Важное свойство любого газа это его давление . У нас есть опыт работы с газом давление, которого у нас нет с такими свойствами, как вязкость и сжимаемость. Каждый день мы слышим, как метеоролог по телевизору дает значение барометрического давления атмосфера (29,8 дюйма ртуть, например). И большинство из нас надували воздушный шар или использовали насос для накачки велосипедной шины или баскетбольного мяча.

Потому что понимание того, что такое давление и как оно работает, так фундаментальные для понимания аэродинамики, мы включаем несколько слайдов о давлении газа в Руководстве для начинающих.An интерактивный симулятор атмосферы позволяет учиться как статическое давление воздуха меняется с высотой. В Программа FoilSim показывает, как изменяется давление вокруг подъемного крыла, а Программа EngineSim показывает, как изменяется давление в газотурбинном двигателе. Другой симулятор поможет вам изучить, как изменяется давление в ударные волны, возникающие на высоких скоростях. Есть два способа взглянуть на давление: (1) мелкомасштабное действие. отдельных молекул воздуха или (2) крупномасштабное действие большого количество молекул.

Молекулярное определение давления

От кинетическая теория газов, газ составлен большого количества молекул, которые очень малы по сравнению с расстояние между молекулами. Молекулы газ находятся в постоянном, случайном движения и часто сталкиваются друг с другом и со стенками любой контейнер. Молекулы обладают физическими свойствами массы, импульс и энергия.Импульс отдельной молекулы равен произведение его массы и скорости, а кинетическая энергия равна единице. половина массы, умноженная на квадрат скорости. Поскольку молекулы газа сталкиваются со стенками контейнер, как показано слева на рисунке, молекулы передают импульс к стенам, создающий силу перпендикулярно стене . Сумма сил всех молекул, ударяющихся о стенку, деленная на площадь стенка определяется как давление .Давление газа равно тогда мера среднего количества движения движущихся молекул газа. Давление действует перпендикулярно (перпендикулярно) стене; тангенциальный (сдвиг) составляющая силы связана с вязкость газа.

Скалярная величина

Давайте посмотрим на статический газ; тот, который, кажется, не движется или не течет. Хотя газ в целом не движется, отдельные молекулы газа, которые мы не видим, находятся в постоянном случайном движение.Поскольку мы имеем дело с почти бесконечным числом молекул и поскольку движение отдельных молекул случайным образом во всех направлениях, мы не обнаруживаем никакого движения. Если мы заключаем газ в контейнер, мы обнаруживаем давление в газ из молекул, сталкивающихся со стенками нашего контейнера. Мы может поставить стенки нашего контейнера где угодно внутри газа, а сила на площадь (давление) то же самое. Мы можем уменьшить размер нашего «контейнера» до бесконечно малая точка, а давление имеет единственное значение в таком случае.Следовательно, давление — это скаляр количество, а не векторное количество. Он имеет величину, но не направление, связанное с Это. В точке внутри газа давление действует во всех направлениях. На поверхности газа сила давления действует перпендикулярно к поверхность.

Если газ в целом движется, измеренное давление отличается в направление движения. Упорядоченное движение газа производит упорядоченную составляющую импульса в направление движения.Мы связываем дополнительное давление компонент, называемый динамическое давление с этим движением жидкости. Давление, измеренное в направлении движения, называется полное давление и равно сумме статического и динамического давления, описываемого уравнением Бернулли.

Макромасштаб Определение давления

В более крупном масштабе давление — это переменная состояния газа, как температура и плотность.Изменение давления во время любого процесса регулируется законами термодинамика. Вы можете изучить влияние давления на другие параметры газа. в анимированной газовой лаборатории. Хотя само давление является скаляром, мы можем определить сила давления быть равным давлению (сила / площадь), умноженному на поверхность площадь в направлении, перпендикулярном поверхности. Сила давления — это векторная величина .

Силы давления обладают некоторыми уникальными качествами по сравнению с гравитационными. или механические силы.На рисунке, показанном выше справа, у нас есть красный газ. который заключен в коробку. Механическая сила прилагается к верхней части коробка. Сила давления внутри коробки противостоит приложенной силе согласно Ньютону третий закон движения. Скалярное давление равно внешней силе, деленной на площадь вершины. коробки. Внутри газа давление действует во всех направлениях. Так давление давит на дно коробки и на стороны. Это отличается от простой механики твердого тела. Если красный газ был твердым телом, не было бы сил, приложенных к бокам коробки; приложенная сила будет просто передана на Нижний. Но в газе, потому что молекулы могут свободно перемещаться и сталкиваются друг с другом, сила, приложенная по вертикали Направление вызывает силы в горизонтальном направлении.

---

Действия:

---

Экскурсии

---

Навигация..

Руководство для начинающих Домашняя страница

Давление газа

Введение: Давление определяется потоком массы от высокого давления область низкого давления. Измерения давления производятся на жидких состояниях — жидкости и газы. Воздух оказывает давление к которому мы так привыкли, что игнорируем его. Давление воды на пловце более заметно.Вы можете знать о измерения давления в зависимости от погоды или вашего автомобиля или велосипедные шины.

Что такое давление? ДАВЛЕНИЕ — сила, прилагаемая веществом на единицу область на другом веществе. Давление газа — это сила что газ действует на стенки контейнера. Когда вы дует воздух в воздушный шар, воздушный шар расширяется, потому что давление молекул воздуха внутри шара больше, чем улица.Давление — это свойство, определяющее направление в котором течет масса. Если воздушный шар выпущен, воздух движется из области высокого давления в область низкого давления. Атмосферное давление зависит от высоты так же, как давление воды. зависит от глубины. Когда пловец ныряет глубже, давление воды увеличивается. Как альпинист поднимается на большую высоту, атмосферное давление понижается. Его тело сжимается меньшее количество воздуха над ним.Атмосферное давление при 20000 футов — это только половина от уровня моря, потому что около половина всей атмосферы находится ниже этой отметки. Атмосферное давление на уровне моря можно выразить через 14,7 фунтов на квадратный дюйм. Давление в машине или велосипеде шины также измеряются в фунтах на квадратный дюйм. Автомобиль должен 26-30 фунтов / кв. дюйм. и велосипедные шины 40-60 / кв.

БАРОМЕТР: Метеоролог может дать атмосферное давление или барометрическое давление. давление как 30 дюймов.Этот тип измерения выполняется с помощью барометр Торричелли. Он состоит из длинной трубки, закрытой на один конец, заполненный ртутью и перевернутый в сосуд с ртутью как показано на рисунке 4. На уровне моря сила атмосферного давления поддержит столбик ртути высотой 760 мм. Собственно, вес столб ртути равен силе атмосферного давление. Подобным же образом атмосферное давление заставляет воду в аналогичная колонна высотой от до 34 футов!

Простые приложения, связанные с давлением: ПИТЬЕВАЯ СОЛОМКА: Питьевая соломинка используется для создания всасывание ртом.Собственно это вызывает уменьшение давление воздуха внутри соломинки. Поскольку атмосферный давление больше снаружи соломки, жидкость нагнетается в соломинку и вверх. СИФОН: С помощью сифона вода может течь «в гору». Сифон можно запустить, наполнив трубку водой (возможно всасыванием). После запуска атмосферное давление на поверхности верхней емкости заставляет воду подниматься по короткой трубке, чтобы заменить вода вытекает из длинной трубки.

Закон Бойля: В 1662 году Роберт Бойль провел первое систематическое исследование соотношение между объемом и давлением в газах. Наблюдения Бойля могут можно суммировать в утверждении: При постоянной температуре объем газ изменяется на обратно пропорционально действующему на него давлению. Рис. 6. ДЕМОНСТРАЦИЯ ЗАКОНА БОЙЛА.

Кинетическая молекулярная теория Объяснение закона Бойля Наблюдения за давлением можно пояснить следующим образом: идеи.Быстрое движение и столкновения молекул с стенки контейнера вызывают давление (силу на единицу площади). Давление пропорционально количеству столкновений молекул. и сила столкновений в определенной области. Чем больше при столкновении молекул газа со стенками давление выше.

Демонстрации: Антигравитация Подвешивание вода Magic Leaky Бутылка — бутылка с отверстиями Верхняя сторона стакан в воде Битва из двух шаров Воздушный шар Надутый внутри бутылки Film Can Space Шаттл Рука Кинг-Конга

Регулятор давления газа, газовая труба GASLAND 1/2 «NPT на входе / выходе, 1/2 фунта на квадратный дюйм (3.5 кПа) Вход газа LPG10 «WC. & NAT5» WC. Регулятор давления газа для сжиженного пропана и природного газа, простой в установке: приборы

Регулятор давления газа Gasland Chef имеет отверстия 1 «для газовых трубок 1/2». Газовая труба 1/2 дюйма означает внутренний диаметр 1/2 дюйма, но внешний диаметр равен 1 дюйм, см. Фотографии перед покупкой. Не устанавливайте регулятор слишком близко к отопительному оборудованию и не используйте его в очень холодных условиях.

ОПИСАНИЕ ПРОДУКТА

Торговая марка: Gasland chef
Тип газа: Природный газ (ПГ)
Входное давление (номинальное CSA и максимальное рабочее): 1/2 PSI (34 мбар)
Диапазон выходного давления: 3–6 дюймов Водяной столб
Диапазон рабочих температур окружающей среды: 0 ° C — 107 ° C (32 ° F — 225 ° F)
На рисунках показано, как найти правильный размер резьбы трубы.Этот регулятор имеет отверстия 1/2 «для газовых труб 1/2». Внутренняя трубная резьба 1/2 «IN и 1/2» OUT. Газовая труба 1/2 дюйма означает внутренний диаметр 1/2 дюйма, но внешний диаметр равен 1 дюйм, см. Фотографии перед покупкой.

ВНИМАНИЕ

ПРИМЕЧАНИЕ: РЕГУЛЯТОРЫ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА НЕ ОТКЛЮЧАЮТ ПОТОК ГАЗА
Трубная арматура для этого регулятора основана на трубной резьбе NPT — размеры соответствуют стандартам ANSI / ASME B1.20.1.
Установите регулятор надлежащим образом, при этом газ должен течь, как показано стрелкой на литой детали.
* ПРИМЕЧАНИЕ. — Не устанавливайте регулятор слишком близко к отопительное оборудование или использование в очень холодной среде.Тепло или холод могут изменить сопротивление пружины внутри регулятора.

ВНИМАНИЕ

ВНИМАНИЕ: Размер резьбы NPT НЕ относится к размеру самой резьбы!
Промышленный стандарт сантехники для размеров труб НЕ всегда так прост, как измерение трубы
Измерение трубы часто вводит вас в заблуждение и заставляет вас выбрать неправильный размер трубы
«Размер резьбы трубы» измеряется и основан на внутренней части трубы
Многие люди измеряли резьбу / отверстие для резьбы / внешний диаметр！

Давление газа

10.2 Давление газа

Цель обучения

1. Для описания и измерения давления газа.

На макроскопическом уровне полное физическое описание образца газа требует четырех величин: температура, (выраженная в кельвинах), объем, (выраженная в литрах), величина, (выраженная в молях) и давление. (в атмосферах). Как мы объясняем в этом разделе и в разделе 10.3 «Взаимосвязь между давлением, температурой, объемом и количеством», эти переменные не являются независимыми . Если нам известны значения любых трех этих величин, мы можем вычислить четвертое и таким образом получить полное физическое описание газа. Температура, объем и количество обсуждались в предыдущих главах. Теперь обсудим давление и его единицы измерения.

Единицы давления

Любой объект, будь то ваш компьютер, человек или образец газа, воздействует на любую поверхность, с которой он соприкасается.Например, воздух в воздушном шаре оказывает усилие на внутреннюю поверхность воздушного шара, а жидкость, впрыскиваемая в форму, оказывает силу на внутреннюю поверхность формы, точно так же, как стул прикладывает силу к полу из-за его масса и влияние силы тяжести. Если воздух в воздушном шаре нагревается, повышенная кинетическая энергия газа в конечном итоге приводит к разрыву воздушного шара из-за повышенного давления ( P ). Величина силы (F), приложенная к данной области (A) поверхности: P = F / A.газа, сила ( F ) на единицу площади ( A ) поверхности:

Давление зависит от и прилагаемой силы, и размера области, к которой прилагается сила. Из уравнения 10.1 мы знаем, что приложение той же силы к меньшей площади создает более высокое давление. Например, когда мы используем шланг для мытья автомобиля, мы можем увеличить давление воды, уменьшив размер отверстия шланга большим пальцем.

Единицы давления являются производными от единиц измерения силы и площади.В английской системе единицы измерения силы — фунты, а единицы площади — квадратные дюймы, поэтому мы часто видим, что давление выражается в фунтах на квадратный дюйм (фунт / дюйм ² или фунт / кв. Дюйм), особенно среди инженеров. Однако для научных измерений предпочтительны единицы СИ для силы. Единица СИ для давления, производная от единиц СИ для силы (ньютонов) и площади (квадратные метры), — это ньютон на квадратный метр (Н / м ² ), который называется паскаль (Па). давление.Паскаль — это ньютоны на квадратный метр: Н / м2., По французскому математику Блезу Паскалю (1623–1662):

Уравнение 10.2

1 Па = 1 Н / м ²

Чтобы преобразовать фунты на квадратный дюйм в паскали, умножьте фунты на квадратный дюйм на 6894,757 [1 Па = 1 фунт на квадратный дюйм (6894,757)].

Блез Паскаль (1623–1662)

Помимо своих математических талантов (он изобрел современную теорию вероятностей), Паскаль занимался исследованиями в области физики, а также был писателем и религиозным философом.Его достижения включают изобретение первого шприца и первого цифрового калькулятора, а также разработку принципа передачи гидравлического давления, который сейчас используется в тормозных системах и гидравлических лифтах.

Пример 2

Предположим, что книга в мягкой обложке имеет массу 2,00 кг, длину 27,0 см, ширину 21,0 см и толщину 4,5 см. Какое давление она оказывает на поверхность, если оно составляет

1. лежа?
2. стоит на краю в книжном шкафу?

Дано: Масса и габариты объекта

Запрошено: давление

Стратегия:

A Вычислите силу, прилагаемую к книге, а затем вычислите площадь, которая соприкасается с поверхностью.

B Подставьте эти два значения в уравнение 10.1, чтобы найти давление, оказываемое на поверхность в каждой ориентации.

Решение:

Сила, прикладываемая книгой , а не , зависит от ее ориентации. Вспомните из главы 5 «Изменения энергии в химических реакциях», что сила, прилагаемая объектом, равна F = м , где м — его масса, а a — его ускорение.В гравитационном поле Земли ускорение происходит за счет силы тяжести (9,8067 м / с ² у поверхности Земли). Таким образом, в единицах СИ сила, прилагаемая книгой, равна

. F = мА = (2,00 кг) (9,8067 м / с ² ) = 19,6 (кг · м) / с ² = 19,6 Н

1. A Мы рассчитали силу как 19,6 Н. Когда книга лежит ровно, площадь составляет (0,270 м) (0.210 м) = 0,0567 м ² . B Давление, оказываемое горизонтально лежащим текстом, составляет

   P = 19,6 N 0,0567 м2 = 3,46 × 102 Па

2. A Если книга стоит на конце, сила остается прежней, но площадь уменьшается:

   (21,0 см) (4,5 см) = (0,210 м) (0,045 м) = 9,5 × 10 ⁻³ м ²

   B Таким образом, давление, оказываемое книгой в этом положении, составляет

   Р = 19.6 Н9,5 × 10−3 м2 = 2,1 × 103 Па

   Таким образом, давление , оказываемое книгой, изменяется примерно в шесть раз в зависимости от ее ориентации, хотя сила , оказываемая книгой, не изменяется.

Упражнение

Какое давление оказывает на пол ученик весом 60,0 кг

1. при стоянии в лаборатории на плоской подошве в паре теннисных туфель (площадь подошвы примерно 180 см. ² )?
2. , когда она ступает пяткой вперед на танцпол в туфлях на высоком каблуке (площадь пятки = 1.0 см ² )?

Ответы:

1. 3,27 × 10 ⁴ Па (4,74 фунта / дюйм ² )
2. 5,9 × 10 ⁶ Па (8,5 × 10 ² фунтов / дюйм ² )

Атмосферное давление

Наша атмосфера действует точно так же, как мы оказываем давление на поверхность под действием силы тяжести. Мы живем на дне океана газов, который становится все менее плотным с увеличением высоты.Примерно 99% массы атмосферы находится в пределах 30 км от поверхности Земли, а половина ее находится в пределах первых 5,5 км (рис. 10.3 «Атмосферное давление»). Каждая точка на поверхности Земли испытывает чистое давление, которое называется атмосферное давление . Давление, оказываемое атмосферой, является значительным: столб размером 1,0 м ² , измеренный от уровня моря до верхних слоев атмосферы, имеет массу около 10 000 кг, что дает давление около 100 кПа:

Уравнение 10.3

давление = (1,0 × 104 кг) (9,807 м / с2) 1,0 м2 = 0,98 × 105 Па = 98 кПа

Рисунок 10.3 Атмосферное давление

Каждый квадратный метр поверхности Земли поддерживает столб воздуха высотой более 200 км и весом около 10 000 кг на поверхности Земли, в результате чего давление на поверхности составляет 1,01 × 10 ⁵ Н / м ² . Это соответствует давлению 101 кПа = 760 мм рт. Ст. = 1 атм.

В английских единицах это около 14 фунтов / дюйм. ² , но мы так привыкли жить под таким давлением, что даже не замечаем этого. Вместо этого мы замечаем изменений давления, например, когда наши уши щелкают в быстрых лифтах в небоскребах или в самолетах во время быстрых изменений высоты. Мы используем атмосферное давление разными способами. Мы можем использовать трубочку для питья, потому что при ее всасывании удаляется воздух и, таким образом, снижается давление внутри соломинки. Атмосферное давление, оказывающее давление на жидкость в стакане, затем заставляет жидкость подниматься по соломке.

Атмосферное давление можно измерить с помощью барометра. Устройство, используемое для измерения атмосферного давления. Устройство было изобретено в 1643 году одним из учеников Галилея, Евангелистой Торричелли (1608–1647). Барометр может быть изготовлен из длинной стеклянной трубки, закрытой с одного конца. Он наполнен ртутью и помещен вверх дном в емкость с ртутью, не допуская попадания воздуха в трубку. Часть ртути вытечет из трубки, но внутри остается относительно высокий столбик (Рисунок 10.4 «Ртутный барометр»). Почему не заканчивается ртуть? Гравитация, безусловно, оказывает на ртуть в трубке нисходящую силу, но ей противодействует давление атмосферы, которое оказывает давление на поверхность ртути в чаше, что в итоге приводит к выталкиванию ртути вверх в трубку. Поскольку в правильно заполненном барометре нет воздуха над ртутью внутри трубки (он содержит вакуум ), давление на колонку отсутствует. Таким образом, ртуть выходит из трубки до тех пор, пока давление самого ртутного столба точно не уравновесит давление атмосферы.При нормальных погодных условиях на уровне моря две силы уравновешиваются, когда верхняя часть ртутного столба находится примерно на 760 мм выше уровня ртути в чаше, как показано на Рисунке 10.4 «Ртутный барометр». Это значение зависит от метеорологических условий и высоты. В Денвере, штат Колорадо, например, на высоте около 1 мили или 1609 м (5280 футов) высота ртутного столба составляет 630 мм, а не 760 мм.

Рисунок 10.4 Ртутный барометр

Давление, оказываемое атмосферой на поверхность ртути, поддерживает столб ртути в трубке высотой около 760 мм.Поскольку точка кипения ртути довольно высока (356,73 ° C), в пространстве над ртутным столбом очень мало паров ртути.

Ртутные барометры использовались для измерения атмосферного давления так долго, что у них есть собственная единица измерения давления: миллиметр ртутного столба (мм рт. Ст.). Единица давления, часто называемая торр., Часто называемая единицей давления торр. Один торр равен 1 мм рт. Ст. После Торричелли. Стандартное атмосферное давление Атмосферное давление, необходимое для поддержания столба ртути высотой ровно 760 мм, который также называется 1 атмосферой (атм).атмосферное давление, необходимое для поддержания столба ртути высотой ровно 760 мм; это давление также обозначается как 1 атмосфера (атм.), также называемое стандартным атмосферным давлением, это атмосферное давление, необходимое для поддержания столба ртути высотой ровно 760 мм. Эти единицы также относятся к паскалям:

Уравнение 10.4

1 атм = 760 мм рт. Ст. = 760 торр = 1,01325 × 10 ⁵ Па = 101,325 кПа

Таким образом, давление в 1 атм в точности равно 760 мм рт. Ст. И приблизительно равно 100 кПа.

Пример 3

Один из авторов несколько лет назад посетил национальный парк Роки-Маунтин. После вылета из аэропорта на уровне моря в восточной части Соединенных Штатов он прибыл в Денвер (высота 5280 футов), арендовал машину и поехал на вершину шоссе за пределами Эстес-парка (высота 14000 футов). Он заметил, что на этой высоте, где атмосферное давление всего 454 мм рт. Преобразуйте это давление в

1. атмосфер.
2. килопаскалей.

Дано: Давление в миллиметрах ртутного столба

Запрошено: Давление в атмосферах и килопаскалях

Стратегия:

Используйте коэффициенты преобразования в уравнении 10.4, чтобы преобразовать миллиметры ртутного столба в атмосферу и килопаскали.

Решение:

Из уравнения 10.4 имеем 1 атм = 760 мм рт. Ст. = 101,325 кПа. Таким образом, давление на высоте 14000 футов в атм составляет

. P = (454 мм рт. Ст.) (1 атм. 760 мм рт. Ст.) = 0,597 атм.

Давление в кПа равно

. P = (0,597 атм) (101,325 кПа1 атм) = 60,5 кПа

Упражнение

Эверест на высоте 29 028 футов над уровнем моря — самая высокая гора в мире. Нормальное атмосферное давление на этой высоте составляет около 0,308 атм.Преобразуйте это давление в

1. миллиметров ртутного столба.
2. килопаскалей.

Ответ: а. 234 мм рт. б. 31,2 кПа

Манометры

Барометры измеряют атмосферное давление, а манометры — устройство, используемое для измерения давления проб газов, содержащихся в аппарате. измерить давление проб газов, содержащихся в аппарате. Ключевой особенностью манометра является U-образная трубка, содержащая ртуть (или иногда другую нелетучую жидкость).Манометр с закрытым концом схематично показан в части (а) на рисунке 10.5 «Два типа манометров». Когда колба не содержит газа (т. Е. Когда в ней почти вакуум), высота двух столбиков ртути одинакова, потому что пространство над ртутью слева — это почти вакуум (он содержит только следы паров ртути. ). Если газ будет выпущен в колбу справа, он окажет давление на ртуть в правом столбце, и два столбца ртути больше не будут одинаковой высоты.Разница между высотами двух колонн равна давлению газа.

Рисунок 10.5 Два типа манометров

(a) В манометре с закрытым концом пространство над ртутным столбиком слева (эталонное плечо) по существу представляет собой вакуум ( P ≈ 0), а разница в высоте двух столбцов дает давление газа, содержащегося непосредственно в баллоне. (b) В манометре с открытым концом левое (эталонное) плечо открыто для атмосферы ( P ≈ 1 атм), а разница в высоте двух столбцов дает разность между атмосферным давлением и атмосферным давлением. давление газа в баллоне.

Если трубка открыта для атмосферы, а не закрыта, как в манометре с открытым концом, показанном в части (b) на рисунке 10.5 «Два типа манометров», то два столбца ртути имеют одинаковую высоту, только если газ в баллоне имеет давление, равное атмосферному давлению. Если давление газа в баллоне на выше, чем на , ртуть в открытой трубке будет вытесняться газом, давящим вниз на ртуть в другом плече U-образной трубки. Таким образом, давление газа в баллоне складывается из атмосферного давления (измеренного с помощью барометра) и разницы высот двух столбцов.Если давление газа в баллоне на меньше, чем давление атмосферы на , то высота ртути в рычаге, прикрепленном к баллоне, будет больше. В этом случае давление газа в баллоне равно атмосферному давлению за вычетом разницы в высоте двух колонн.

Пример 4

Предположим, вы хотите построить манометр с закрытым концом для измерения давления газа в диапазоне 0,000–0,200 атм. Из-за токсичности ртути вы решаете использовать воду, а не ртуть.Какой высоты вам нужен столб воды? (При 25 ° C плотность воды составляет 0,9970 г / см ³ ; плотность ртути составляет 13,53 г / см ³ .)

Дано: Диапазон давления и плотности воды и ртути

Спрошено: высота столбца

Стратегия:

A Вычислите высоту столбика ртути, соответствующего 0.200 атм в миллиметрах ртутного столба. Это высота, необходимая для столбца, заполненного ртутью.

B На основе заданных плотностей используйте пропорцию, чтобы вычислить высоту, необходимую для столбца, заполненного водой.

Решение:

A В миллиметрах ртутного столба давление газа 0,200 атм равно

P = (0,200 атм) (760 мм рт. Ст. 1 атм) = 152 мм рт. Ст.

При использовании ртутного манометра вам понадобится ртутный столбик высотой не менее 152 мм.

B Поскольку вода менее плотная, чем ртуть, вам понадобится столб воды на выше, чем , чтобы достичь того же давления, что и данный столб ртути. Высота, необходимая для заполненного водой столба, соответствующего давлению 0,200 атм, пропорциональна отношению плотности ртути (dHg) к плотности воды (dh3O):

(heighth3O) (dh3O) = (heightHg) (dHg) heighth3O = (heightHg) (dHgdh3O) = (152 мм) (13,53 г / см30,9970 г / см3) = 2.06 × 103 мм h3O = 2,06 м h3O

Этот ответ имеет смысл: для достижения того же давления требуется более высокий столб менее плотной жидкости.

Упражнение

Предположим, вы хотите создать барометр для измерения атмосферного давления в среде, температура которой всегда превышает 30 ° C. Чтобы избежать использования ртути, вы решили использовать галлий, который плавится при 29,76 ° C; плотность жидкого галлия при 25 ° C составляет 6,114 г / см ³ . Какой высоты вам нужен столбик галлия, если P = 1.00 атм?

Ответ: 1,68 м

Ответ на пример 4 также сообщает нам максимальную глубину фермерского колодца, если для откачки воды будет использоваться простой всасывающий насос. Если столб воды высотой 2,06 м соответствует 0,200 атм, то 1,00 атм соответствует высоте столба

. h3.06 м = 1.00 атм. 0.200 атм. h = 10.3 м

Всасывающий насос — это просто более сложная версия соломинки: он создает вакуум над жидкостью и использует атмосферное давление, чтобы заставить жидкость подниматься по трубке.Если давление 1 атм соответствует столбу воды 10,3 м (33,8 фута), то при атмосферном давлении физически невозможно поднять воду в колодце выше этого значения. До тех пор, пока не были изобретены электрические насосы для механического выталкивания воды с больших глубин, этот фактор сильно ограничивал место проживания людей, поскольку добывать воду из колодцев глубиной более 33 футов было трудно.

Резюме

Для полного физического описания образца газа должны быть известны четыре величины: температура , объем , количество и давление . Давление — сила на единицу площади поверхности; единицей измерения давления в системе СИ является паскаль (Па) , определяемая как 1 ньютон на квадратный метр (Н / м ² ). Давление, оказываемое объектом, пропорционально силе, которую он оказывает, и обратно пропорционально площади, на которую действует сила. Давление атмосферы Земли, называемое атмосферным давлением , составляет около 101 кПа или 14,7 фунта / дюйм. ² на уровне моря. Атмосферное давление можно измерить с помощью барометра , закрытой перевернутой трубки, заполненной ртутью.Высота ртутного столба пропорциональна атмосферному давлению, которое часто выражается в единицах миллиметров ртутного столба (мм рт. Ст.) , также называемых торр . Стандартное атмосферное давление , давление, необходимое для поддержки столба ртути высотой 760 мм, является еще одной единицей давления: 1 атмосфера (атм) . Манометр — это прибор, используемый для измерения давления пробы газа.

Key Takeaway

• Давление определяется как сила, действующая на единицу площади; его можно измерить с помощью барометра или манометра.

Концептуальные проблемы

1. Какие четыре величины должны быть известны, чтобы полностью описать образец газа? Какие единицы обычно используются для каждого количества?

2. Если приложенная сила постоянна, как изменяется давление, оказываемое объектом, по мере уменьшения площади, на которую действует сила? Как это соотношение применимо в реальном мире к простоте забивания маленького гвоздя по сравнению с большим гвоздем?

3. При увеличении силы на фиксированном участке давление увеличивается или уменьшается? Имея это в виду, ожидаете ли вы, что тяжелому человеку понадобятся снегоступы большего или меньшего размера, чем более легкому человеку? Объяснять.

4. Что мы подразумеваем под атмосферным давлением ? Атмосферное давление на вершине горы Рейнир больше или меньше давления в Майами, Флорида? Почему?

5. Где самое высокое атмосферное давление — пещера в Гималаях, шахта в Южной Африке или пляжный домик во Флориде? У кого самый низкий?

6. Марс имеет среднее атмосферное давление 0.007 атм. Будет ли на Марсе легче или труднее пить жидкость из соломинки, чем на Земле? Поясните свой ответ.

7. Давление, оказываемое массой 1,0 кг на площадь 2,0 м ² , больше или меньше давления, оказываемого массой 1,0 кг на площадь 1,0 м ² ? Какая разница, если таковая имеется, между давлением атмосферы на поршень 1,0 м ² и поршень 2.0 м ² поршневой?

8. Если бы вы использовали воду в барометре вместо ртути, в чем было бы основное отличие прибора?

Ответ

3. Поскольку давление определяется как сила на единицу площади ( P = F / A ), увеличение силы на данной площади увеличивает давление.Тяжелому человеку нужны снегоступы большего размера, чем более легкому. Распределение силы, действующей на более тяжелого человека под действием силы тяжести (то есть его веса), на большую площадь уменьшает давление, оказываемое на единицу площади, например квадратный дюйм, и снижает вероятность того, что он погрузится в снег.

Числовые задачи

1. Рассчитайте давление в атмосфере и килопаскалях, оказываемое аквариумом с рыбой, равное 2.0 футов в длину, 1,0 фута в ширину и 2,5 фута в высоту и содержит 25,0 галлонов воды в комнате с температурой 20 ° C; сам резервуар весит 15 фунтов (dh3O = 1,00 г / см ³ при 20 ° C). Если бы резервуар был 1 фут в длину, 1 фут в ширину и 5 футов в высоту, оказывал бы он такое же давление? Поясните свой ответ.

2. Вычислите давление в паскалях и атмосферах, оказываемое пакетом молока весом 1.5 кг и имеет основание 7,0 × 7,0 см. Если бы коробка лежала на боку (высота = 25 см), оказывала бы она большее или меньшее давление? Объясните свои рассуждения.

3. Если атмосферное давление на уровне моря составляет 1,0 × 10 ⁵ Па, какова масса воздуха в килограммах над площадью 1,0 см ² на вашей коже, когда вы лежите на пляже? Если на вершине горы атмосферное давление составляет 8,2 × 10 ⁴ Па, какова масса воздуха в килограммах выше 4?0 см ² лоскут кожи?

4. Заполните следующую таблицу:

   атм	кПа	мм рт. Ст.	торр
   1.40
   		723
   	43,2

5. Единицей давления в системе СИ является паскаль, равная 1 Н / м ² .Покажите, как произведение массы объекта и ускорения свободного падения приводит к силе, которая при приложении к данной области приводит к давлению в правильных единицах СИ. Какая масса в килограммах, приложенная к площади 1,0 см ² , требуется для создания давления

   1. 1,0 атм?
   2. 1,0 торр?
   3. 1 мм рт.
   4. 1 кПа?

6. Если вы сконструировали манометр для измерения давления газа в диапазоне 0.60–1,40 атм при использовании жидкостей, указанных в следующей таблице, какой высоты столбец вам понадобится для каждой жидкости? Плотность ртути 13,5 г / см ³ . Основываясь на ваших результатах, объясните, почему ртуть до сих пор используется в барометрах, несмотря на ее токсичность.

   	Плотность жидкости (20 ° C)	Высота колонны (м)
   изопропанол	0.785
   кокосовое масло	0,924
   глицерин	1,259

Ответ

1. 5.4 кПа или 5,3 × 10 ⁻² атм; 11 кПа, 1,1 × 10 ⁻³ атм; та же сила, действующая на меньшую площадь, приводит к большему давлению.

Давление газа и его применение.

Газ давление и его использование
Как мы уже встречались ранее давление газа возникает из-за столкновения молекул газа с стенки контейнера. Давление газа используется во многих промышленных процессах. и был движущей силой промышленной революции.
В начале В прошлом веке пар использовался для привода многих промышленных машин.Вуд был сгорел, чтобы нагреть молекулы воды внутри огромных котлов. Как молекулы воды в газообразном состоянии увеличилось количество и скорость из-за высокой температуры, давление внутри котла увеличилось.
		Высоконапорный пар использовался для перемещения поршней и выполнения полезной работы. Нажмите, чтобы посмотреть фильм размером 120 Кб о поршнях с паровым приводом на работе. Нажмите, чтобы посмотреть фильм о пароходе размером 120 Кб.
Атмосфера состоит из смеси газов. Он оказывает давление, называемое атмосферным. давление . Часто мы не замечаем его существования. Наличие и сила атмосферного давления может быть продемонстрирована с помощью Взрывоопасная демонстрация. Банка, изображенная справа, была раздавлена атмосферное давление при создании вакуума внутри баллона. Нажмите, чтобы посмотреть фильм размером 120 КБ.
	Понижающие устройства высокого атмосферного давления температура, при которой жидкости закипают. В космосе, где атмосферный давление нулевое, температуры тела достаточно, чтобы вскипятить воду в кровь. Это можно продемонстрировать с помощью шприц, горячую воду из-под крана и резиновую пробку, как показано на левый. Нажмите чтобы посмотреть фильм размером 120 Кб.

Система давления газа

Цель этой кривой — найти связанные особенности равных рабочих давлений с двумя типами регуляторов, выступающих в качестве барьеров: либо все регуляторы, либо регуляторы с различным давлением на входе и выходе. Для параметра «Все регуляторы» решающая программа ищет соединения с установленным битом 20 (регулятор).Он устанавливает эти функции в качестве барьеров для трассировки и выполняет трассировку. Для регуляторов с различными вариантами входного и выходного давления решающая программа ищет соединения с битом 20 (регулятор) и битом 17 (граница системы давления газа). Для клапанов решающая программа смотрит только на бит 17.

Результаты включают все функции, достигнутые с помощью флага, за исключением регуляторов, которые были препятствиями для трассировки.Регуляторы, расположенные вдоль сложной кромки, не прерывают выбор всей сложной кромки. Параметр «Рисование» для возврата результатов позволяет рисовать только отдельные сегменты сложной кромки.

Имена моделей классов объектов : Регулятор

Имя поля (может быть любым)	Название модели поля (точное написание)
Состояние системы давления газа	СИСТЕМА ДАВЛЕНИЯ ГАЗА
Нормальное положение	НОРМАЛЬНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ
СОП В	СОПИН (по желанию)
Выход SOP	SOPOUT (опционально)

Битовая интерпретация системы давления

• Бит 17 — указывает, является ли устройство границей системы давления газа.Система давления газа — это система, работающая под одинаковым давлением. Регуляторы являются примером границы системы давления. Установка этого бита зависит от наличия следующих имен моделей полей: GASPRESSURESYSTEMSTATUS, NORMALPOSITION, SOPIN и SOPOUT.
  • Если существует NORMALPOSITION, значение этого поля будет использоваться для установки бита. Значение 1 означает, что это граница. Значение 0 означает, что это не граница.
  • Если NORMALPOSITION не существует, а GASPRESSURESYSTEMSTATUS существует, значение этого поля будет использоваться для установки бита.Значение 1 означает, что это граница. Значение 0 означает, что это не граница.
  • Если ни NORMALPOSITION, ни GASPRESSURESYSTEMSTATUS не существуют, ArcFM ищет как SOPIN, так и SOPOUT. Если обнаружены оба имени модели поля, ArcFM сравнивает их значения: если значения разные, то устанавливается бит. Если значения совпадают, бит не установлен; 1 означает, что это граница, 0 — нет.
• Бит 20 — Этот бит указывает, является ли устройство регулятором, и зависит от существования модели класса Regulator; 1 означает, что это так, 0 — нет.
• Бит 25 — Эта трасса не пересекает края, для которых установлен бит 25.

Давление газа — химия

OpenStaxCollege

[latexpage]

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Определить свойство давления
• Определение и преобразование единиц измерения давления
• Опишите работу обычных инструментов для измерения давления газа
• Рассчитать давление по данным манометра

Атмосфера Земли оказывает давление, как и любой другой газ.Хотя обычно мы не замечаем атмосферное давление, мы чувствительны к его изменениям — например, когда ваши уши «хлопают» во время взлета и посадки во время полета или когда вы ныряете под водой. Давление газа вызывается силой, действующей при столкновении молекул газа с поверхностями объектов ([ссылка]). Хотя сила каждого столкновения очень мала, любая поверхность значительной площади подвергается большому количеству столкновений за короткое время, что может привести к высокому давлению. Фактически, нормальное давление воздуха достаточно велико, чтобы раздавить металлический контейнер, если он не уравновешен равным давлением внутри контейнера.

Атмосфера над нами оказывает сильное давление на объекты на поверхности земли, примерно равное весу шара для боулинга, давящего на область размером с ноготь человека.

В этом коротком видеоролике представлена ​​наглядная иллюстрация атмосферного давления, на которой показан взрыв железнодорожной цистерны при понижении его внутреннего давления.

Кратко объясняется демонстрация этого явления в меньшем масштабе.

Атмосферное давление создается за счет веса столба молекул воздуха в атмосфере над объектом, например цистерной.На уровне моря это давление примерно такое же, как у взрослого африканского слона, стоящего на коврике, или обычного шара для боулинга, опирающегося на большой палец руки. Может показаться, что их огромное количество, и так оно и есть, но жизнь на Земле развивалась под таким атмосферным давлением. Если вы на самом деле поместите шар для боулинга на ноготь большого пальца руки, испытанное давление будет удвоено обычного давления, и ощущение будет неприятным.

Обычно давление определяется как сила, действующая на заданную область: \ (P = \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ frac {F} {A}. \) Обратите внимание, что давление прямо пропорционально силе и обратно пропорционально площади. Таким образом, давление может быть увеличено либо за счет увеличения силы, либо за счет уменьшения площади, по которой оно применяется; давление можно уменьшить, уменьшив силу или увеличив площадь.

Давайте применим эту концепцию, чтобы определить, кто с большей вероятностью провалит тонкий лед в [ссылка] — слон или фигурист? Большой африканский слон может весить 7 тонн, опираясь на четыре ноги, каждая из которых имеет диаметр около 1.{2} \)

Фигурист весит около 120 фунтов, опираясь на два лезвия конька, каждое с площадью около 2 дюймов ² , поэтому давление, оказываемое каждым лезвием, составляет около 30 фунтов / дюйм ² :

\ (\ text {давление на лезвие конька} = 120 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ frac {\ text {lb}} {\ text {skater}} \ phantom {\ rule {0.4em } {0ex}} × \ phantom {\ rule {0.4em} {0ex}} \ frac {\ text {1 skater}} {\ text {2 blade}} \ phantom {\ rule {0.4em} {0ex}} × \ phantom {\ rule {0.4em} {0ex}} \ frac {\ text {1 blade}} {2 \ phantom {\ rule {0.{2} \)

Даже несмотря на то, что слон более чем в сто раз тяжелее фигуриста, он оказывает меньше половины давления и, следовательно, с меньшей вероятностью упадет через тонкий лед. С другой стороны, если фигуристка снимает коньки и стоит босиком (или в обычной обуви) на льду, большая площадь, на которую приходится ее вес, значительно снижает оказываемое давление:

\ (\ text {давление на ногу человека} = 120 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ frac {\ text {lb}} {\ text {skater}} \ phantom {\ rule {0.{2} \)

Хотя (а) вес слона велик и создает очень большую силу на земле, (б) фигуристка оказывает гораздо большее давление на лед из-за небольшой площади поверхности ее коньков. (кредит А: модификация работы Гвидо да Роззе; кредит б: модификация работы Рёске Яги)

Единицей давления в системе СИ является паскаль (Па), где 1 Па = 1 Н / м ² , где Н — ньютон, единица силы, определяемая как 1 кг м / с ² . Один паскаль — это небольшое давление; во многих случаях удобнее использовать единицы килопаскаль (1 кПа = 1000 Па) или бар (1 бар = 100 000 Па).В Соединенных Штатах давление часто измеряется в фунтах силы на площади в один квадратный дюйм — фунтах на квадратный дюйм (psi) — например, в автомобильных шинах. Давление также можно измерить с помощью единицы атмосферы (атм), которая первоначально представляла собой среднее атмосферное давление на уровне моря на приблизительной широте Парижа (45 °). [ссылка] предоставляет некоторую информацию об этих и некоторых других распространенных единицах измерения давления

Единицы давления
Название устройства и сокращение	Определение или отношение к другой единице
паскаль (Па)	1 Па = 1 Н / м 2 рекомендованный блок IUPAC
килопаскаль (кПа)	1 кПа = 1000 Па
фунтов на квадратный дюйм (psi)	атмосферное давление на уровне моря ~ 14.7 фунтов на кв. Дюйм
атмосфера (атм)	1 атм = 101,325 Па Давление воздуха на уровне моря ~ 1 атм
бар (бар, или бар)	1 бар = 100 000 Па (точно) обычно используется в метеорологии
миллибар (мбар или мбар)	1000 мбар = 1 бар
дюймов ртутного столба (дюймы рт. Ст.)	1 дюйм рт. Ст. = 3386 Па используется в авиационной промышленности, а также некоторые сводки погоды
торр	\ (\ text {1 torr} = \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ frac {\ text {1}} {\ text {760}} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {atm} \) имени Евангелисты Торричелли, изобретателя барометра
миллиметры ртутного столба (мм рт. Ст.)	1 мм рт. Ст. ~ 1 торр

Преобразование единиц давления
Национальная метеорологическая служба США сообщает давление как в дюймах ртутного столба, так и в миллибарах. Преобразуйте давление 29,2 дюйма рт. Ст. В:

(а) торр

(б) атм

(c) кПа

(d) мбар

Решение
Это проблема преобразования единиц измерения.Отношения между различными единицами измерения давления приведены в [ссылка].

(a) \ (29.2 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ overline {) \ text {in Hg}} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} × \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ frac {\ text {25.4} \ overline {) \ text {mm}}} {1 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ overline {) \ text {в }}} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} × \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ frac {\ text {1 torr}} {1 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ overline {) \ text {мм рт. ст.}}} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} = \ text {742 torr} \)

(б) \ (742 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ overline {) \ text {torr}} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} × \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ frac {\ text {1 атм}} {760 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ overline {) \ text {torr}}} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} = \ text {0,976 атм} \ )

(c) \ (742 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ overline {) \ text {torr}} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} × \ phantom {\ rule { 0.2em} {0ex}} \ frac {\ text {101.325 кПа}} {760 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ overline {) \ text {torr}}} \ phantom {\ rule {0.2 em} {0ex}} = \ text {98,9 кПа} \)

(г) \ (98.9 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ overline {) \ text {kPa}} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} × \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ frac {1000 \ phantom { \ rule {0.2em} {0ex}} \ overline {) \ text {Pa}}} {1 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ overline {) \ text {kPa}}} \ phantom { \ rule {0.4em} {0ex}} × \ phantom {\ rule {0.4em} {0ex}} \ frac {1 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ overline {) \ text {bar} }} {100 000 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ overline {) \ text {Pa}}} \ phantom {\ rule {0.4em} {0ex}} × \ phantom {\ rule {0.4em } {0ex}} \ frac {\ text {1000 мбар}} {1 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ overline {) \ text {bar}}} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} = \ text {989 мбар} \)

Проверьте свои знания
Типичное атмосферное давление в Канзас-Сити составляет 740 торр. Что это за давление в атмосферах, миллиметрах ртутного столба, килопаскалях и барах?

Ответ:

0,974 атм; 740 мм рт. 98,7 кПа; 0,987 бар

Мы можем измерить атмосферное давление, силу, действующую со стороны атмосферы на земную поверхность, с помощью барометра ([ссылка]). Барометр представляет собой стеклянную трубку, которая закрыта с одного конца, заполнена нелетучей жидкостью, такой как ртуть, а затем перевернута и погружена в контейнер с этой жидкостью.Атмосфера оказывает давление на жидкость за пределами трубки, столб жидкости оказывает давление внутри трубки, а давление на поверхности жидкости одинаково внутри и снаружи трубки. Следовательно, высота жидкости в трубке пропорциональна давлению, оказываемому атмосферой.

В барометре высота столба жидкости h используется для измерения давления воздуха. Использование очень плотной жидкой ртути (слева) позволяет создавать барометры разумного размера, тогда как для использования воды (справа) потребуется барометр высотой более 30 футов.

Если жидкостью является вода, нормальное атмосферное давление будет поддерживать столб воды высотой более 10 метров, что довольно неудобно для изготовления (и считывания) барометра. Поскольку ртуть (Hg) примерно в 13,6 раз плотнее воды, ртутный барометр должен быть только \ (\ frac {1} {13.6} \) высотой с водяной барометр — более подходящий размер. Стандартное атмосферное давление в 1 атм на уровне моря (101 325 Па) соответствует столбу ртути высотой около 760 мм (29,92 дюйма).Изначально предполагалось, что торр будет единицей измерения, равной одному миллиметру ртутного столба, но теперь он не соответствует точно. Давление, оказываемое жидкостью под действием силы тяжести, известно как гидростатическое давление, p :

.

\ (p = h \ rho g \)

, где h — высота жидкости, ρ — плотность жидкости, а g — ускорение свободного падения.

Расчет барометрического давления
Покажите расчет, подтверждающий утверждение о том, что атмосферное давление около уровня моря соответствует давлению, оказываемому столбом ртути высотой около 760 мм.Плотность ртути = 13,6 г / см ³ .

Раствор
Гидростатическое давление равно p = hρg , при h = 760 мм, ρ = 13,6 г / см ³ и g = 9,81 м / с ² . Включение этих значений в уравнение и выполнение необходимых преобразований единиц даст нам искомое значение. {2} = 101,325 \ phantom {\ rule {0.{5} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {Pa} \)

Проверьте свои знания
Рассчитайте высоту столба воды при 25 ° C, что соответствует нормальному атмосферному давлению. Плотность воды при этой температуре составляет 1,0 г / см ³ .

Манометр — это устройство, подобное барометру, которое может использоваться для измерения давления газа, находящегося в контейнере. Манометр с закрытым концом представляет собой U-образную трубку с одним закрытым плечом, одним плечом, которое соединяется с измеряемым газом, и нелетучей жидкостью (обычно ртутью) между ними.Как и в случае с барометром, расстояние между уровнями жидкости в двух рукавах трубки ( х на диаграмме) пропорционально давлению газа в баллоне. Манометр с открытым концом ([ссылка]) аналогичен манометру с закрытым концом, но одно из его рукавов открыто для атмосферы. В этом случае расстояние между уровнями жидкости соответствует разнице давлений между газом в емкости и атмосферой.

Манометр можно использовать для измерения давления газа.(Разница в высоте) между уровнями жидкости ( х ) является мерой давления. Обычно используется ртуть из-за ее большой плотности.

Расчет давления с помощью манометра с закрытым концом
Давление пробы газа измеряется манометром с закрытым концом, как показано справа. Жидкость в манометре — ртуть. Определите давление газа в:

(а) торр

(б) Па

(в) бар

Раствор
Давление газа равно столбу ртути высотой 26.4 см. (Давление в нижней горизонтальной линии одинаково с обеих сторон трубки. Давление слева создается за счет газа, а давление справа из-за 26,4 см ртутного столба или ртути.) Мы могли бы использовать уравнение p = hρg как в [ссылка], но проще просто преобразовать единицы с помощью [ссылка].

(a) \ (26.4 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ overline {) \ text {cm Hg}} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} × \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ frac {10 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ overline {) \ text {мм рт. Ст.}}} {1 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ overline {) \ text {cm Hg}}} \ phantom {\ rule {0.4em} {0ex}} × \ phantom {\ rule {0.4em} {0ex}} \ frac {\ text {1 торр}} {1 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ overline {) \ text {мм рт. Ст.}}} \ Phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} = \ text {264 torr} \)

(b) \ (264 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ overline {) \ text {torr}} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} × \ phantom {\ rule { 0.2em} {0ex}} \ frac {1 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ overline {) \ text {atm}}} {760 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ overline {) \ text {torr}}} \ phantom {\ rule {0.4em} {0ex}} × \ phantom {\ rule {0.4em} {0ex}} \ frac {\ text {101,325 Па}} {1 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ overline {) \ text {atm}}} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} = \ text {35 200 Па} \)

(c) \ (35 \ text {, 200} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ overline {) \ text {Pa}} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} × \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ frac {\ text {1 bar}} {100 000 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ overline {) \ text {Pa}}} \ фантом {\ rule {0.2em} {0ex}} = \ text {0.352 bar} \)

Проверьте свои знания
Давление пробы газа измеряется манометром с закрытым концом. Жидкость в манометре — ртуть. Определите давление газа в:

(а) торр

(б) Па

(в) бар

Ответ:

(а) ~ 150 торр; (б) ~ 20 000 Па; (в) ~ 0.20 бар

Расчет давления с помощью манометра с открытым концом
Давление пробы газа измеряется на уровне моря с помощью ртутного манометра с открытым концом, как показано справа. Определите давление газа в:

(а) мм рт. Ст.

(б) атм

(c) кПа

Решение
Давление газа равно гидростатическому давлению столба ртути высотой 13,7 см плюс давление атмосферы на уровне моря.(Давление в нижней горизонтальной линии одинаково с обеих сторон трубки. Давление слева обусловлено газом, а давление справа — 13,7 см ртутного столба плюс атмосферное давление.)

(a) В мм рт. Ст. Это: 137 мм рт. Ст. + 760 мм рт. Ст. = 897 мм рт. Ст.

(b) \ (897 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ overline {) \ text {мм рт. Ст.}} \ Phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} × \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ frac {\ text {1 atm}} {760 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ overline {) \ text {мм рт. Ст.}}} \ Phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} = \ text {1.{2} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {кПа} \)

Проверьте свои знания
Давление пробы газа измеряется на уровне моря ртутным манометром с открытым концом, как показано справа. Определите давление газа в:

(а) мм рт. Ст.

(б) атм

(c) кПа

Ответ:

(а) 642 мм рт. (б) 0,845 атм; (c) 85,6 кПа

Измерение артериального давления

Артериальное давление измеряется с помощью устройства, называемого сфигмоманометром (греч. sphygmos = «пульс»).Он состоит из надувной манжеты для ограничения кровотока, манометра для измерения давления и метода определения, когда кровоток начинается и когда он становится затрудненным ([ссылка]). С момента своего изобретения в 1881 году он был незаменимым медицинским устройством. Существует много типов сфигмоманометров: ручные, для которых требуется стетоскоп и которые используются медицинскими работниками; ртутные, когда требуется наибольшая точность; менее точные механические; и цифровые, которые можно использовать после небольшого обучения, но у них есть ограничения.При использовании сфигмоманометра манжета надевается на плечо и накачивается до тех пор, пока кровоток полностью не блокируется, а затем медленно отпускается. Когда сердце бьется, кровь, проходящая через артерии, вызывает повышение давления. Это повышение давления, при котором начинается кровоток, составляет систолическое давление — пиковое давление в сердечном цикле. Когда давление в манжете сравняется с артериальным систолическим давлением, кровь течет мимо манжеты, создавая слышимые звуки, которые можно услышать с помощью стетоскопа.За этим следует снижение давления, поскольку желудочки сердца готовятся к новому удару. Поскольку давление в манжете продолжает снижаться, звук в конце концов перестает быть слышным; это диастолическое давление — наименьшее давление (фаза покоя) в сердечном цикле. Единицы измерения артериального давления тонометра выражаются в миллиметрах ртутного столба (мм рт. Ст.).

(a) Медицинский техник готовится измерить артериальное давление пациента с помощью сфигмоманометра. (b) В типичном сфигмоманометре используется резиновая груша с клапаном для надувания манжеты и диафрагменный манометр для измерения давления.(кредит а: модификация работы магистра-сержанта Джеффри Аллена)

Метеорология, климатология и атмосферные науки

На протяжении веков люди наблюдали облака, ветры и осадки, пытаясь определить закономерности и сделать прогнозы: когда лучше сажать и собирать урожай; безопасно ли отправляться в морское путешествие; и многое другое. Сейчас мы сталкиваемся со сложными проблемами, связанными с погодой и атмосферой, которые окажут серьезное влияние на нашу цивилизацию и экосистему.Несколько различных научных дисциплин используют химические принципы, чтобы помочь нам лучше понять погоду, атмосферу и климат. Это метеорология, климатология и атмосферная наука. Метеорология — это изучение атмосферы, атмосферных явлений и атмосферных воздействий на погоду Земли. Метеорологи стремятся понять и предсказать погоду в краткосрочной перспективе, что может спасти жизни и принести пользу экономике. Прогнозы погоды ([ссылка]) являются результатом тысяч измерений атмосферного давления, температуры и т.п., которые собираются, моделируются и анализируются в метеорологических центрах по всему миру.

Метеорологи используют карты погоды для описания и предсказания погоды. Области высокого (H) и низкого (L) давления сильно влияют на погодные условия. Серые линии представляют собой места постоянного давления, известные как изобары. (кредит: модификация работы Национального управления океанических и атмосферных исследований)

С точки зрения погоды, системы низкого давления возникают, когда атмосферное давление на поверхности земли ниже, чем в окружающей среде: влажный воздух поднимается и конденсируется, образуя облака.Движение влаги и воздуха в пределах различных погодных фронтов провоцирует большинство погодных явлений.

Атмосфера — это газовый слой, окружающий планету. Атмосфера Земли, имеющая толщину примерно 100–125 км, состоит примерно на 78,1% азота и 21,0% кислорода и может быть подразделена на регионы, показанные в [ссылка]: экзосфера (наиболее удаленная от Земли,> 700 км над уровнем моря. ), термосфера (80–700 км), мезосфера (50–80 км), стратосфера (второй нижний уровень нашей атмосферы, 12–50 км над уровнем моря) и тропосфера (до 12 км над уровнем моря). , примерно 80% атмосферы Земли по массе и слой, в котором происходит большинство погодных явлений).По мере того, как вы поднимаетесь в тропосфере, плотность и температура воздуха снижаются.

Атмосфера Земли состоит из пяти слоев: тропосферы, стратосферы, мезосферы, термосферы и экзосферы.

Климатология — это изучение климата, усредненных погодных условий за длительные периоды времени с использованием атмосферных данных. Однако климатологи изучают закономерности и эффекты, которые происходят на протяжении десятилетий, столетий и тысячелетий, а не более короткие временные рамки в часы, дни и недели, как метеорологи.Атмосферная наука — это еще более широкая область, объединяющая метеорологию, климатологию и другие научные дисциплины, изучающие атмосферу.

Газы оказывают давление, то есть силу на единицу площади. Давление газа может быть выражено в единицах СИ — паскаль или килопаскаль, а также во многих других единицах, включая торр, атмосферу и бар. Атмосферное давление измеряется с помощью барометра; другие давления газа можно измерить с помощью одного из нескольких типов манометров.

• \ (P = \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ frac {F} {A} \)
• p = hρg

Почему острые ножи более эффективны, чем тупые (Подсказка: подумайте об определении давления)?

Режущая кромка заточенного ножа имеет меньшую площадь поверхности, чем затупившийся нож. Поскольку давление — это сила на единицу площади, острый нож будет оказывать более высокое давление с той же силой и более эффективно прорезать материал.

Почему у некоторых небольших мостов есть ограничения по весу, зависящие от количества колес или осей у проезжающего транспортного средства?

Почему вам лучше кататься или ползать животом, чем ходить по замерзшему пруду?

Лежа распределяет ваш вес на большую площадь поверхности, оказывая меньшее давление на лед, чем стоя.Если вы будете меньше нажимать, у вас меньше шансов пробить тонкий лед.

Типичное атмосферное давление в Реддинге, Калифорния, составляет около 750 мм рт. Вычислите это давление в атм и кПа.

Типичное атмосферное давление в Денвере, штат Колорадо, составляет 615 мм рт. Что это за давление в атмосферах и килопаскалях?

Типичное атмосферное давление в Канзас-Сити составляет 740 торр. Что это за давление в атмосферах, миллиметрах ртутного столба и килопаскалях?

Канадские манометры имеют маркировку в килопаскалях.Какое значение на таком манометре соответствует 32 фунтам на квадратный дюйм?

Во время высадки викингов на Марс было определено, что атмосферное давление в среднем составляет около 6,50 мбар (1 бар = 0,987 атм). Что это за давление в торр и кПа?

Давление атмосферы на поверхности планеты Венера составляет около 88,8 атм. Сравните это давление в фунтах на квадратный дюйм с нормальным давлением на Земле на уровне моря в фунтах на квадратный дюйм.

Земля: 14,7 фунта на дюйм ^–2 ; Венера: 13,1 \ (× \) 10 ³ фунтов на дюйм ⁻²

Каталог медицинских лабораторий описывает давление в баллоне газа как 14.82 МПа. Какое давление у этого газа в атмосферах и торр?

Рассмотрите этот сценарий и ответьте на следующие вопросы: Днем в середине августа на северо-востоке США в местной газете появилась следующая информация: атмосферное давление на уровне моря 29,97 дюйма ртутного столба, 1013,9 мбар.

(а) Какое было давление в кПа?

(b) Давление у побережья на северо-востоке США обычно составляет около 30,0 дюймов рт. Ст. Во время урагана давление может упасть почти до 28.0 дюймов рт. Ст. Рассчитайте падение давления в торр.

(а) 101,5 кПа; (б) падение 51 торр

Почему необходимо использовать нелетучую жидкость в барометре или манометре?

Давление пробы газа измеряется на уровне моря манометром с закрытым концом. Жидкость в манометре — ртуть. Определите давление газа в:

(а) торр

(б) Па

(в) бар

(а) 264 торр; (b) 35 200 Па; (в) 0.352 бар

Давление пробы газа измеряется манометром с открытым концом, частично показанным справа. Жидкость в манометре — ртуть. Предполагая, что атмосферное давление составляет 29,92 дюйма рт. Ст., Определите давление газа в:

(а) торр

(б) Па

(в) бар

Давление пробы газа измеряется на уровне моря ртутным манометром с открытым концом. Предполагая, что атмосферное давление составляет 760,0 мм рт. Ст., Определите давление газа в:

(а) мм рт. Ст.

(б) атм

(c) кПа

(а) 623 мм рт. (б) 0.820 атм; (c) 83,1 кПа

Давление пробы газа измеряется на уровне моря ртутным манометром с открытым концом. Предполагая, что атмосферное давление составляет 760 мм рт. Ст., Определите давление газа в:

(а) мм рт. Ст.

(б) атм

(c) кПа

Как использование летучей жидкости повлияет на измерение газа с использованием манометров с открытым концом по сравнению с манометрами с закрытым концом?

При использовании манометра с закрытым концом никаких изменений не наблюдалось бы, поскольку испаренная жидкость будет вносить равные противодействующие давления в обоих рукавах трубки манометра.Однако при использовании манометра с открытым концом давление газа будет более высоким, чем ожидалось, поскольку P _газ = P _атм + P _{объем жидкости} .

Глоссарий

атмосфера (атм)

единица давления; 1 атм = 101,325 Па

бар

(бар или б) единица давления; 1 бар = 100 000 Па

барометр

прибор для измерения атмосферного давления

гидростатическое давление

давление жидкости под действием силы тяжести

манометр

прибор для измерения давления газа в баллоне

паскаль (Па)

СИ единица давления; 1 Па = 1 Н / м ²

фунтов на квадратный дюйм (psi)

единица давления общепринятая в США

давление

сила на единицу площади

торр

единица давления; \ (\ текст {1 торр} = \ фантом {\ правило {0.2em} {0ex}} \ frac {1} {760} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {atm} \)

.