Ճնշումը ֆիզիկական մեծություն է, որը հատուկ դեր է խաղում բնության և մարդու կյանքում: Աչքի համար աննկատ այս երեւույթը ոչ միայն ազդում է շրջակա միջավայրի վիճակի վրա, այլեւ շատ լավ զգացվում է բոլորի կողմից։ Եկեք պարզենք, թե ինչ է դա, ինչ տեսակներ կան և ինչպես գտնել ճնշումը (բանաձևը) տարբեր միջավայրերում:
Ինչ է կոչվում ճնշում ֆիզիկայում և քիմիայում
Այս տերմինը վերաբերում է կարևոր թերմոդինամիկական մեծությանը, որն արտահայտվում է որպես ուղղահայաց գործադրվող ճնշման ուժի հարաբերակցություն այն մակերեսին, որի վրա այն գործում է։ Այս երևույթը կախված չէ համակարգի չափից, որտեղ այն գործում է, հետևաբար այն վերաբերում է ինտենսիվ քանակություններին։
Հավասարակշռության վիճակում, ըստ Պասկալի օրենքի, ճնշումը նույնն է համակարգի բոլոր կետերի համար:
Ֆիզիկայի և քիմիայի մեջ դա նշվում է «P» տառով, որը տերմինի լատինական անվանման հապավումն է՝ pressūra::
Եթե մենք խոսում ենք հեղուկի օսմոտիկ ճնշման մասին (ճնշման հավասարակշռությունըվանդակի ներսում և դրսում), օգտագործվում է «P» տառը։
Ճնշման միավորներ
Միջազգային SI համակարգի ստանդարտների համաձայն՝ դիտարկվող ֆիզիկական երեւույթը չափվում է պասկալներով (կիրիլիցա՝ Pa, լատիներեն՝ Ra):
Ելնելով ճնշման բանաձևից՝ պարզվում է, որ մեկ Pa-ն հավասար է մեկ N-ի (նյուտոն՝ ուժի միավոր)՝ բաժանված մեկ քառակուսի մետրի (տարածքի միավորի) վրա։
Սակայն գործնականում բավականին դժվար է կիրառել պասկալները, քանի որ այս միավորը շատ փոքր է: Այս առումով, ի լրումն SI ստանդարտների, այս արժեքը կարող է չափվել այլ կերպ:
Ստորև ներկայացնում ենք նրա ամենահայտնի անալոգները: Դրանց մեծ մասը լայնորեն կիրառվում է նախկին ԽՍՀՄ-ում։
- Բարեր. Մեկ բարը հավասար է 105 Պա.
- Տորս կամ միլիմետր սնդիկ: Մոտավորապես մեկ Torr-ին համապատասխանում է 133,3223684 Պա։
- Միլիմետր ջրի սյուն։
- Ջրային սյունակի մետր:
- Տեխնիկական մթնոլորտ.
- Ֆիզիկական մթնոլորտներ. Մեկ ատմը հավասար է 101,325 Պա և 1,033233 at.
- Կիլոգրամ-ուժ մեկ քառակուսի սանտիմետրում: Կան նաև տոնաուժ և գրամ ուժ։ Բացի այդ, մեկ քառակուսի դյույմի վրա կա անալոգային ֆունտ ուժ։
Ճնշման ընդհանուր բանաձև (7-րդ դասարանի ֆիզիկա)
Տրված ֆիզիկական մեծության սահմանումից կարող եք որոշել այն գտնելու եղանակը։ Կարծես ստորև ներկայացված լուսանկարին:
Դրա մեջ F-ն ուժ է, իսկ S-ը տարածքն է: Այլ կերպ ասած, ճնշումը գտնելու բանաձևը նրա ուժն է, որը բաժանվում է մակերեսի վրա, որի վրա այն գտնվում էազդում է.
Կարելի է նաև գրել այսպես՝ P=mg / S կամ P=pVg / S: Այսպիսով, այս ֆիզիկական մեծությունը կապված է այլ թերմոդինամիկական փոփոխականների՝ ծավալի և զանգվածի հետ:
Ճնշման դեպքում գործում է հետևյալ սկզբունքը. որքան փոքր է ուժի ազդեցության տակ գտնվող տարածությունը, այնքան ավելի մեծ է սեղմման ուժը: Եթե, այնուամենայնիվ, տարածքը մեծանում է (նույն ուժով), ապա ցանկալի արժեքը նվազում է։
Հիդրոստատիկ ճնշման բանաձև
Նյութերի տարբեր ագրեգատային վիճակներ, ապահովում են նրանց միմյանցից տարբեր հատկությունների առկայությունը: Ելնելով դրանից՝ դրանցում P-ի որոշման մեթոդները նույնպես տարբեր կլինեն։
Օրինակ, ջրի ճնշման բանաձևը (հիդրոստատիկ) ունի հետևյալ տեսքը՝ P=pgh: Դա վերաբերում է նաև գազերին։ Այնուամենայնիվ, այն չի կարող օգտագործվել մթնոլորտային ճնշումը հաշվարկելու համար՝ պայմանավորված բարձրությունների և օդի խտությունների տարբերությամբ:
Այս բանաձևում p-ն խտությունն է, g-ը գրավիտացիոն արագացումն է, իսկ h-ը բարձրությունն է: Ելնելով դրանից՝ որքան խորանում է առարկան կամ առարկան, այնքան ավելի մեծ է ճնշումը, որը գործադրվում է նրա վրա հեղուկի (գազի) ներսում։
Քննարկվող տարբերակը դասական օրինակի հարմարեցումն է P=F / S:
Եթե հիշենք, որ ուժը հավասար է զանգվածի ածանցյալին ազատ անկման արագությամբ (F=մգ), իսկ հեղուկի զանգվածը ծավալի ածանցյալն է խտությամբ (m=pV), ապա ճնշման բանաձևը կարող է գրվել որպես P=pVg / S: Այս դեպքում ծավալը տարածքն է բազմապատկած բարձրությամբ (V=Sh):
Եթե տեղադրեք այս տվյալները, կստացվի, որ համարիչի տարածքը ևհայտարարը կարող է կրճատվել, իսկ ելքը՝ վերը նշված բանաձեւը՝ P=pgh:
Հաշվի առնելով հեղուկների ճնշումը, հարկ է հիշել, որ, ի տարբերություն պինդ մարմինների, դրանցում մակերեսային շերտը հաճախ կարող է աղավաղվել։ Իսկ դա իր հերթին նպաստում է լրացուցիչ ճնշման ձևավորմանը։
Նման իրավիճակների համար օգտագործվում է ճնշման մի փոքր այլ բանաձև՝ P=P0 + 2QH: Այս դեպքում P0-ը ոչ կոր շերտի ճնշումն է, իսկ Q-ն հեղուկ լարվածության մակերեսն է: H-ը մակերեսի միջին կորությունն է, որը որոշվում է Լապլասի օրենքով՝ H=½ (1/R1+ 1/R2). R1 և R2 բաղադրիչները հիմնական կորության շառավիղներն են:
Մասնակի ճնշումը և դրա բանաձևը
Չնայած P=pgh մեթոդը կիրառելի է ինչպես հեղուկների, այնպես էլ գազերի համար, սակայն ավելի լավ է վերջիններիս ճնշումը հաշվարկել մի փոքր այլ կերպ։
Փաստն այն է, որ բնության մեջ, որպես կանոն, բացարձակապես մաքուր նյութերն այնքան էլ տարածված չեն, քանի որ նրանում գերակշռում են խառնուրդները։ Եվ դա վերաբերում է ոչ միայն հեղուկներին, այլեւ գազերին։ Եվ ինչպես գիտեք, այս բաղադրիչներից յուրաքանչյուրը գործադրում է տարբեր ճնշում, որը կոչվում է մասնակի ճնշում:
Դա բավականին հեշտ է նկատել: Այն հավասար է քննարկվող խառնուրդի յուրաքանչյուր բաղադրիչի ճնշման գումարին (իդեալական գազ):
Սրանից հետևում է, որ մասնակի ճնշման բանաձևն ունի հետևյալ տեսքը. P=P1+ P2+ P3… և այլն՝ ըստ բաղադրիչների քանակի։
Հաճախ են լինում դեպքեր, երբ անհրաժեշտ է լինում որոշել օդի ճնշումը։Այնուամենայնիվ, ոմանք սխալմամբ հաշվարկներ են կատարում միայն թթվածնով P=pgh սխեմայի համաձայն: Բայց օդը տարբեր գազերի խառնուրդ է։ Այն պարունակում է ազոտ, արգոն, թթվածին և այլ նյութեր։ Ելնելով առկա իրավիճակից՝ օդի ճնշման բանաձևը նրա բոլոր բաղադրիչների ճնշումների գումարն է։ Այսպիսով, դուք պետք է վերցնեք վերը նշված P=P1+ P2+ P3…
Ամենատարածված ճնշման չափիչները
Չնայած այն հանգամանքին, որ դժվար չէ հաշվարկել դիտարկվող թերմոդինամիկական մեծությունը՝ օգտագործելով վերը նշված բանաձևերը, երբեմն պարզապես ժամանակ չի մնում հաշվարկն իրականացնելու համար։ Ի վերջո, դուք միշտ պետք է հաշվի առնեք բազմաթիվ նրբերանգներ: Հետևաբար, հարմարության համար դարերի ընթացքում ստեղծվել են մի շարք սարքեր՝ մարդկանց փոխարեն դա անելու համար։
Իրականում, այս տեսակի գրեթե բոլոր սարքերը մանոմետրի տեսակներ են (օգնում է որոշել ճնշումը գազերում և հեղուկներում): Այնուամենայնիվ, դրանք տարբերվում են դիզայնով, ճշգրտությամբ և ծավալով:
- Մթնոլորտային ճնշումը չափվում է ճնշման չափիչի միջոցով, որը կոչվում է բարոմետր: Եթե անհրաժեշտ է որոշել վակուումը (այսինքն ճնշումը ցածր է մթնոլորտային ճնշումից), ապա օգտագործվում է դրա մեկ այլ տարբերակ՝ վակուումաչափ։
- Մարդու զարկերակային ճնշումը պարզելու համար օգտագործվում է սֆիգմոմանոմետր։ Շատերի համար այն ավելի հայտնի է որպես ոչ ինվազիվ տոնոմետր: Նման սարքերի բազմաթիվ տեսակներ կան՝ սնդիկի մեխանիկականից մինչև լրիվ ավտոմատ թվային: Դրանց ճշգրտությունը կախված է այն նյութերից, որոնցից դրանք պատրաստված են և որտեղ են դրանք չափվում:
- Ճնշման անկում շրջակա միջավայրում (ըստԱնգլերեն - ճնշման անկում) որոշվում են դիֆերենցիալ ճնշման չափիչների կամ դիֆնաոմետրերի միջոցով (չշփոթել դինամոմետրերի հետ):
Ճնշման տեսակներ
Հաշվի առնելով ճնշումը, այն գտնելու բանաձևը և դրա տատանումները տարբեր նյութերի համար՝ արժե ծանոթանալ այս քանակի տեսակներին։ Դրանք հինգն են։
- Բացարձակ.
- Բարոմետրիկ
- Ավելորդ.
- Վակուոմետրիկ.
- Դիֆերենցիալ.
Բացարձակ
Սա այն ընդհանուր ճնշման անվանումն է, որի տակ գտնվում է նյութը կամ առարկան՝ առանց հաշվի առնելու մթնոլորտի այլ գազային բաղադրիչների ազդեցությունը։
Չափվում է պասկալներով և ավելցուկային և մթնոլորտային ճնշման գումարն է։ Դա նաև բարոմետրիկ և վակուումային տեսակների տարբերությունն է:
Այն հաշվարկվում է P=P2 + P3 կամ P=P2 բանաձեւով - R4.
Երկիր մոլորակի պայմաններում բացարձակ ճնշման հղման կետի համար վերցվում է ճնշումը կոնտեյների ներսում, որտեղից օդը հանվում է (այսինքն՝ դասական վակուումը):
Միայն այս տեսակի ճնշումն օգտագործվում է թերմոդինամիկական բանաձևերի մեծ մասում:
Բարոմետրիկ
Այս տերմինը վերաբերում է մթնոլորտի (ձգողականության) ճնշմանը նրանում հայտնաբերված բոլոր առարկաների և առարկաների վրա, ներառյալ հենց Երկրի մակերեսը: Այն նաև շատերին հայտնի է որպես մթնոլորտային:
Դա դասակարգվում է որպես թերմոդինամիկական պարամետր, և դրա արժեքը տատանվում է կախված չափման վայրից և ժամանակից, ինչպես նաև եղանակային պայմաններից և ծովի մակարդակից բարձր/ցածր լինելուց:
Բարոմետրիկ ճնշման արժեքհավասար է մթնոլորտի ուժի մոդուլին միասնության տարածքի վրա նրա նորմալի երկայնքով:
Կայուն մթնոլորտում այս ֆիզիկական երևույթի մեծությունը հավասար է մեկին հավասար մակերես ունեցող հիմքի վրա օդի սյունակի կշռին:
Նորմա բարոմետրիկ ճնշում - 101 325 Պա (760 մմ Hg 0 աստիճան Ցելսիուսում): Ավելին, որքան բարձր է օբյեկտը Երկրի մակերևույթից, այնքան ցածր է նրա վրա օդի ճնշումը: Ամեն 8 կմ-ին այն նվազում է 100 Պա-ով։
Լեռներում այս հատկության շնորհիվ թեյնիկներում ջուրը շատ ավելի արագ է եռում, քան տանը՝ վառարանի վրա: Բանն այն է, որ ճնշումն ազդում է եռման կետի վրա՝ իր նվազմամբ վերջինս նվազում է։ Եվ հակառակը։ Այս գույքի վրա կառուցված է այնպիսի խոհանոցային տեխնիկայի աշխատանքը, ինչպիսին է ճնշման կաթսան և ավտոկլավը: Դրանց ներսում ճնշման ավելացումը նպաստում է ճաշատեսակների մեջ ավելի բարձր ջերմաստիճանի առաջացմանը, քան սովորական կաթսաներում։
Բարոմետրիկ բարձրության բանաձևը օգտագործվում է մթնոլորտային ճնշումը հաշվարկելու համար: Կարծես ստորև ներկայացված լուսանկարին:
P-ը ցանկալի արժեքն է բարձրության վրա, P0-ը մակերևույթի մոտ օդի խտությունն է, g-ը ազատ անկման արագացումն է, h-ը Երկրից վերևի բարձրությունն է, m-ը: գազի մոլային զանգվածը, t-ը համակարգի ջերմաստիճանն է, r-ը 8,3144598 J⁄(mol x K) համընդհանուր գազի հաստատունն է, իսկ e-ն էվկլերի թիվը հավասար է 2,71828-ի::
Հաճախ վերը նշված մթնոլորտային ճնշման բանաձևում R-ի փոխարեն օգտագործվում է K. Բոլցմանի հաստատունն է։ Գազի համընդհանուր հաստատունը հաճախ արտահայտվում է իր արտադրյալով Ավոգադրոյի թվով: Ավելի հարմար է հաշվարկների համար, երբ մասնիկների թիվը տրվում է մոլերով։
Հաշվարկներ կատարելիս միշտ պետք է հաշվի առնել օդի ջերմաստիճանի փոփոխության հավանականությունը օդերևութաբանական իրավիճակի փոփոխության կամ ծովի մակարդակից բարձրանալիս, ինչպես նաև աշխարհագրական լայնություն։
Չափիչ և վակուումաչափ
Մթնոլորտային ճնշման և շրջակա միջավայրի չափված ճնշման տարբերությունը կոչվում է գերճնշում: Կախված արդյունքից՝ արժեքի անվանումը փոխվում է։
Եթե դա դրական է, այն կոչվում է չափիչ ճնշում:
Եթե ստացված արդյունքը մինուս նշանով է, այն կոչվում է վակուում։ Հարկ է հիշել, որ այն չի կարող լինել ավելի քան բարոմետրիկ։
Դիֆերենցիալ
Այս արժեքը տարբեր չափման կետերում ճնշման տարբերությունն է: Որպես կանոն, այն օգտագործվում է ցանկացած սարքավորման վրա ճնշման անկումը որոշելու համար: Սա հատկապես ճիշտ է նավթարդյունաբերության մեջ։
Հասկանալով, թե ինչպիսի թերմոդինամիկական մեծություն է կոչվում ճնշում և ինչ բանաձևերով է այն գտնվել, կարող ենք եզրակացնել, որ այս երևույթը շատ կարևոր է, և հետևաբար դրա մասին գիտելիքները երբեք ավելորդ չեն լինի։
