В чем измеряется давление газа: Единицы измерения давления — Лазерная резка металла от "ТМК" Ярославль (Тутаев)

Содержание

В чем измеряется давление газа в физике

ФИЗИКА. — ФИЗИКА. 1. Предмет и структура физики Ф. наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиб. общие свойства и законы движения окружающих нас объектов материального мира. Вследствие этой общности не существует явлений природы, не имеющих физ. свойств … Физическая энциклопедия

ФИЗИКА — наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, св ва и строение материи и законы её движения. Понятия Ф. и её законы лежат в основе всего естествознания. Ф. относится к точным наукам и изучает количеств … Физическая энциклопедия

ФИЗИКА — ФИЗИКА, наука, изучающая совместно с химией общие законы превращения энергии и материи. В основе обеих наук лежат два основных закона естествознания закон сохранения массы (закон Ломоносова, Лавуазье) и закон сохранения энергии (Р. Майер, Джауль… … Большая медицинская энциклопедия

Физика звёзд — Физика звезд одна из отраслей астрофизики, изучающая физическую сторону звезд (масса, плотность, …). Содержание 1 Размеры, массы, плотность, светимость звезд 1.1 Масса звёзд … Википедия

Физика — I. Предмет и структура физики Ф. – наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы её движения. Поэтому понятия Ф. и сё законы лежат в основе всего… … Большая советская энциклопедия

Давление высокое — в широком смысле давление, превышающее атмосферное; в конкретных технических и научных задачах давление, превышающее характерное для каждой задачи значение. Столь же условно встречающееся в литературе подразделение Д. в. на высокие и… … Большая советская энциклопедия

ФИЗИКА — (от древнегреч. physis природа). Древние называли физикой любое исследование окружающего мира и явлений природы. Такое понимание термина физика сохранилось до конца 17 в. Позднее появился ряд специальных дисциплин: химия, исследующая свойства… … Энциклопедия Кольера

ФИЗИКА ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ — исследование влияния, оказываемого на вещество очень высокими давлениями, а также создание методов получения и измерения таких давлений. История развития физики высоких давлений удивительный пример необычайно быстрого прогресса в науке,… … Энциклопедия Кольера

Физика твёрдого тела — Физика твёрдого тела раздел физики конденсированного состояния, задачей которого является описание физических свойств твёрдых тел с точки зрения их атомарного строения. Интенсивно развивалась в XX веке после открытия квантовой механики.… … Википедия

Физика низких температур — Содержание 1 Методы получения 1.1 Испарение жидкостей … Википедия

Представьте себе заполненный воздухом герметичный цилиндр, с установленным сверху поршнем. Если начать давить на поршень, то объем воздуха в цилиндре начнет уменьшаться, молекулы воздуха станут сталкиваться друг с другом и с поршнем все интенсивнее, и давление сжатого воздуха на поршень возрастет.

Если поршень теперь резко отпустить, то сжатый воздух резко вытолкнет его вверх. Это произойдет потому, что при неизменной площади поршня увеличится сила, действующая на поршень со стороны сжатого воздуха. Площадь поршня осталась неизменной, а сила со стороны молекул газа увеличилась, соответственно увеличилось и давление.

Или другой пример. Стоит человек на земле, стоит обеими стопами. В таком положении человеку комфортно, он не испытывает неудобств. Но что случится, если этот человек решит постоять на одной ноге? Он согнет одну из ног в колене, и теперь будет опираться на землю только одной стопой. В таком положении человек ощутит определенный дискомфорт, ведь давление на стопу увеличилось, причем примерно в 2 раза. Почему? Потому что площадь, через которую теперь сила тяжести придавливает человека к земле, уменьшилась в 2 раза. Вот пример того, что такое давление, и как легко его можно обнаружить в обычной жизни.

Давление в физике

С точки зрения физики, давлением называют физическую величину, численно равную силе, действующей перпендикулярно поверхности на единицу площади данной поверхности. Поэтому, чтобы определить давление в некоторой точке поверхности, нормальную составляющую силы, приложенной к поверхности, делят на площадь малого элемента поверхности, на который данная сила действует. А для того чтобы определить среднее давление по всей площади, нормальную составляющую действующей на поверхность силы нужно разделить на полную площадь данной поверхности.

Измеряется давление в системе СИ в паскалях (Па). Эта единица измерения давления получила свое название в честь французского математика, физика и литератора Блеза Паскаля, автора основного закона гидростатики — Закона Паскаля, гласящего, что давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях. Впервые единица давления «паскаль» была введена в обращение во Франции в 1961 году, согласно декрету о единицах, спустя три столетия после смерти ученого.

Один паскаль равен давлению, которое вызывает сила в один ньютон, равномерно распределенная, и направленная перпендикулярно к поверхности площадью в один квадратный метр.

В паскалях измеряют не только механическое давление (механическое напряжение), но и модуль упругости, модуль Юнга, объемный модуль упругости, предел текучести, предел пропорциональности, сопротивление разрыву, сопротивление срезу, звуковое давление и осмотическое давление. Традиционно именно в паскалях выражаются важнейшие механические характеристики материалов в сопромате.

Атмосфера техническая (ат), физическая (атм), килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см2)

Кроме паскаля для измерения давления применяют и другие (внесистемные) единицы. Одной из таких единиц является «атмосфера» (ат). Давление в одну атмосферу приблизительно равно атмосферному давлению на поверхности Земли на уровне Мирового океана. На сегодняшний день под «атмосферой» понимают техническую атмосферу (ат).

Техническая атмосфера (ат) — это давление, производимое одной килограмм-силой (кгс), распределенной равномерно по площади в один квадратный сантиметр. А одна килограмм-сила, в свою очередь, равна силе тяжести, действующей на тело массой в один килограмм в условиях ускорения свободного падения, равного 9,80665 м/с2. Одна килограмм-сила равна таким образом 9,80665 ньютон, а 1 атмосфера оказывается равной точно 98066,5 Па. 1 ат = 98066,5 Па.

В атмосферах измеряют, например, давление в автомобильных шинах, например рекомендованное давление в шинах пассажирского автобуса ГАЗ-2217 равно 3 атмосферам.

Есть еще «физическая атмосфера» (атм), определяемая как давление ртутного столба, высотой 760 мм на его основание при том, что плотность ртути равна 13595,04 кг/м3, при температуре 0°C и в условиях ускорения свободного падения равного 9,80665 м/с2. Так выходит, что 1 атм = 1,033233 ат = 101 325 Па.

Что касается килограмм-силы на квадратный сантиметр (кгс/см2), то эта внесистемная единица давления с хорошей точностью равна нормальному атмосферному давлению, что бывает иногда удобно для оценок различных воздействий.

Внесистемная единица «бар» равна приблизительно одной атмосфере, но является более точной — ровно 100000 Па. В системе СГС 1 бар равен 1000000 дин/см2. Раньше название «бар» носила единица, называемая сейчас «бария», и равная 0,1 Па или в системе СГС 1 бария = 1 дин/см2. Слово «бар», «бария» и «барометр» происходят от одного и того же греческого слова «тяжесть».

Часто для измерения атмосферного давления в метеорологии используют единицу мбар (миллибар), равную 0,001 бар. А для измерения давления на планетах где атмосфера очень разряженная — мкбар (микробар), равный 0,000001 бар. На технических манометрах чаще всего шкала имеет градуировку именно в барах.

Миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.), миллиметр водяного столба (мм вод. ст.)

Внесистемная единица измерения «миллиметр ртутного столба» равна 101325/760 = 133,3223684 Па. Обозначается «мм рт.ст.», но иногда ее обозначают «торр» — в честь итальянского физика, ученика Галилея, Эванджелисты Торричелли, автора концепции атмосферного давления.

Образовалась единица в связи с удобным способом измерения атмосферного давления барометром, у которого ртутный столб пребывает в равновесии под действием атмосферного давления. Ртуть обладает высокой плотностью около 13600 кг/м3 и отличается низким давлением насыщенного пара в условиях комнатной температуры, поэтому для барометров в свое время и была выбрана именно ртуть.

На уровне моря атмосферное давление равно приблизительно 760 мм рт.ст., именно это значение и принято считать теперь нормальным атмосферным давлением, равным 101325 Па или одной физической атмосфере, 1 атм. То есть 1 миллиметр ртутного столба равен 101325/760 паскаль.

В миллиметрах ртутного столба измеряют давление в медицине, в метеорологии, в авиационной навигации. В медицине кровное давление измеряют в мм рт.ст, в вакуумной технике приборы для измерения давления градуируются в мм рт.ст, наряду с барами. Иногда даже просто пишут 25 мкм, подразумевая микроны ртутного столба, если речь идет о вакуумировании, а измерения давления осуществляют вакуумметрами.

В некоторых случаях используют миллиметры водяного столба, и тогда 13,59 мм вод.ст = 1мм рт.ст. Иногда это более целесообразно и удобно. Миллиметр водяного столба, как и миллиметр ртутного столба — внесистемная единица, равная в свою очередь гидростатическому давлению 1 мм столба воды, которое этот столб оказывает на плоское основание при температуре воды столба 4°С.

Международная система единиц (СИ)

Давлением P называется физическая величина силы F, действующая на единицу поверхности площади S, направленная перпендикулярно этой поверхности.
т.е. P = F / S.

В международной системе единиц (СИ) давление измеряется в Паскалях:
Па — русское обозначение.
Pa — международное.
1 Па = 1 Ньютон / 1 кв. метр (1 Н/м²)

Для практических измерений в КИП и А, 1 Па часто оказывается слишком маленькой величиной давления, и для оперирования реальными данными применяются умножающие приставки — (кило, Мега), умножающие значения в 1тыс. и 1млн. раз соответственно.
1 МПа = 1000 кПа = 1000000 Па
Также, шкалы приборов для измерения давления могут быть непосредственно градуированы в величинах Ньютон / метр, или их производных:
Килоньютон, Меганьютон / м², см², мм².

Тогда получаем следующее соответствие:
1 МПа = 1 МН/м² = 1 Н/мм² = 100 Н/см² = 1000 кН/м² = 1000 кПа = 1000000 Н/м² = 1000000 Па

В России и Европе также широкое применение для измерения давления находят единицы бар (bar) и кгс/м² (kgf/m²), а также их производные (mbar, кгс/см²).
1 бар — это внесистемная единица, равная 100000 Па.
1 кгс/см² — это единица измерения давления в системе МКГСС, и широко применяется в промышленных измерениях давления.
1 кгс/см² = 10000 кгс/м² = 0.980665 бар = 98066.5 Па

Атмосфера

Атмосфера — это внесистемная единица измерения давления приблизительно равная атмосферному давлению Земли на уровне Мирового океана.
Существует два понятия атмосферы для измерения давления:

Физическая (атм) — равна давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0° C. 1 атм = 101325 Па
Техническая (ат) — равна давлению, производимому силой в 1 кгс на площадь 1 см². 1 ат = 98066,5 Па = 1 кгс/см²

В России для использования в измерениях допущена только техническая атмосфера, и срок ее действия ограничен по некоторым данным 2016 годом.

Водяной столб

Метр водяного столба — внесистемная единица измерения давления, применяемая в ряде производств.
Физически он равен давлению столба воды высотой в 1 м при температуре около 4° C и стандартном для калибровки ускорении свободного падения — 9,80665 м/сек².
м вод. ст. — русское обозначение.
mH₂O — международное.

Производными единицами являются см вод. ст. и мм вод. ст.
1 м вод. ст. = 100 см вод. ст. = 1000 мм вод. ст.
Соотносится к другим единицам измерения давления соответствующим образом:
1 м вод. ст. = 1000 кгс/м² = 0.0980665 бар = 9.80665 Па = 73.55592400691 мм рт. ст.

Ртутный столб

Миллиметр ртутного столба — внесистемная единица измерения давления, равная 133.3223684 Па. Синоним — Торр (Torr).
мм рт. ст. — русское обозначение.
mmHg. — международное.
Использование в России — не ограничено, но не рекомендовано. Применяется в ряде областей техники.
Соотношение к водному столбу: 1 мм рт. ст. = 13.595098063 мм вод. ст.

Единицы США и Британии

В США и Британии применяются также другие единицы измерения давления.

Это связано с тем, что длины выражаются в футах и дюймах, а вес в фунтах, британских и американских тоннах.
Примеры некоторых из них:

Дюйм водного столба
Обозначение: inH₂O = 249.08891 Па.
Фут водного столба
Обозначение: ftH₂O = 2989.006692 Па.
Дюйм ртутного столба
Обозначение: inHg = 3386.38815789474 Па.
Фунт на квадратный дюйм
Обозначение: psi = 6894.757293178 Па.
1000 фунтов на квадратный дюйм
Обозначение: ksi = 6894757.2931783 Па.
Фунт на квадратный фут
Обозначение: psf = 47.8802589803 Па.
Американская (короткая) тонна на квадратный дюйм
Обозначение: tsi = 13789514.58633672267344 Па.
Американская (короткая) тонна на квадратный фут
Обозначение: tsf = 95760.51796067168523226 Па.
Британская (длинная) тонна на квадратный дюйм
Обозначение: br.tsi = 15444256.3366971 Па.
Британская (длинная) тонна на квадратный фут
Обозначение: br.tsf = 107251.780115952 Па.

Приборы для измерения давления

Для измерения давления применяются манометры, дифманометры (разность давлений), вакуумметры (измерение разряжения).

В уроке 24 «Давление газа» из курса «Химия для чайников» рассмотрим устройство и принцип действия ртутного барометра, а также дадим определение давлению и рассмотрим его единицы измерения. Не пройдите мимо вводного урока в главу «Законы газового состояния», если вы его еще не читали.

Ртутный барометр

Если стеклянную трубку, закрытую с одного конца, наполнить ртутью (Hg), а затем перевернуть открытым концом в сосуд с ртутью, как показано на рисунке 3-1 (а), уровень ртути в трубке будет опускаться до тех пор, пока высота ртутного столбика над поверхностью ртути в сосуде не достигнет приблизительно 760 миллиметров (мм).

Давление, оказываемое на поверхность ртути в сосуде весом ртутного столбика в трубке, в точности уравновешивается давлением окружающей атмосферы. Вследствие равенства этих давлений, действующих в противоположных направлениях, ртуть больше не выливается из трубки. Подобное устройство называется ртутным барометром. Его изобрел и впервые протестировал итальянский математик и физик Эванджелиста Торричелли для измерения атмосферного давления. Торричелли показал, что высота столбика ртути в барометрической трубке НЕ зависит от формы и размеров трубки, а потому, определяется не весом ртутного столбика, а давлением у его основания. Атмосферное давление на уровне моря поддерживает столбик ртути высотой 760 мм (в среднем). Поскольку в старину для измерения давления пользовались именно ртутными барометрами, то в качестве единицы измерения давления применялся «миллиметр ртутного столба«.

Единицы измерения давления

Давление определяется как сила, действующая на единицу площади (P = F/A), и поэтому в системе СИ единицей давления является паскаль (Па), определяемый как сила в 1 ньютон, действующая на площадь в 1 квадратный метр (Н/м 2 ). Для тех, кто плохо учил физику, напоминаю, что ньютон представляет собой силу, которая придает телу массой 1 кг ускорение 1 м/c 2 .

Пример 1. Плотность жидкой ртути равна 13,596 г/см 3 . Чему будет равен 1 мм ртутного столба (1 мм Hg) в паскалях?

Представим себе разлитый на столе слой ртути площадью 1 м 2 и толщиной 1 мм. Переведем сначала все размеры этого слоя в сантиметры; тогда его объем выразится как:

0,100 см × 100 см × 100 см = 1000 см 3

Плотность жидкой ртути равна 13,596 г/см 3 , т.е масса 1 кубического сантиметра ртути составляет 13,596 г, а зная это, нетрудно установить, что масса слоя равна:

1000 см 3 × 13,596 г/см 3 = 13 596 г =13,596 кг

Вес этого слоя можно найти как произведение его массы на ускорение силы тяжести, которое равно g = 9,8 м/c 2 ; таким образом, сила, с которой рассматриваемый слой ртути давит на стол, равна:

F = m·g = 13,596 кг × 9,806 м/c 2 = 133,32 кг·м·с 2 = 133,32 Н

Поскольку площадь слоя ртути равна равна 1 м 2 , оказываемое им на стол давление определяется как :

P = F/A = 133,32 Н / 1 м 2 = 133,32 Н/м 2 = 133,32 паскаля (Па)

Пример 2. Стандартное давление на уровне моря считается равным точно 760 мм Hg. Выразите это давление в паскалях.

Из примера 1 мы уже знаем, что давление 1 мм Hg эквивалентно 133,32 Па. Следовательно:

760 мм Hg × 133,32 Па/мм = 101 323 Па

Паскаль — слишком маленькая единица для измерения давлений газов, подобно тому как кубический метр — слишком неудобная единица для измерения объемов жидкостей в лабораторных условиях. Поэтому обычно давление газов измеряют в стандртных атмосферах:

1 атмосфера (атм) = 101 325 Па = 760 мм Hg

Пример 3. В горах, высота которых составляет около 2500 м над уровнем моря, атмосферное давление приблизительно равно 3/4 давления на уровне моря. Выразите это давление в стандартных атмофсерах, паскалях и миллиметрах ртутного столба.

Ответ: давление равно 0,750 атм, 76 000 Па или 570 мм Hg

Надеюсь урок 24 «Давление газа» помог создать некоторое представление о понятии давления и его единицах измерения. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии. Если вопросов нет, то переходите к следующему уроку.

Единицы измерений, переводные таблицы и формулы

Units, Conversion Tables, and Formulas

Единицы измерения давления / Pressure

kgf/cm² или kp/cm², at,

PSI или psi (фунт/кв. дюйм),

фунт-сила на квадратный дюйм

миллиметр ртутного столба

миллиметр водяного столба

(pounds/square inch или lbf/in²),

pound-force per square inch

Паскаль (Па, Pa) – единица измерения давления в Международной системе единиц измерения (система СИ). Единица названа в честь французского физика и математика Блеза Паскаля.

Паскаль равен давлению, вызываемому силой, равной одному ньютону (Н), равномерно распределённой по нормальной к ней поверхности площадью один квадратный метр:

1 паскаль (Па) ≡ 1 Н/м²

Кратные единицы образуют с помощью стандартных приставок СИ:

1 МПа (1 мегапаскаль) = 1000 кПа (1000 килопаскалей)

Атмосфера (физическая, техническая)

Атмосфера — внесистемная единица измерения давления, приблизительно равная атмосферному давлению на поверхности Земли на уровне Мирового океана.

Существуют две примерно равные друг другу единицы с таким названием:

Физическая, нормальная или стандартная атмосфера (атм, atm) — в точности равна 101 325 Па или 760 миллиметрам ртутного столба.

Техническая атмосфера (ат, at, кгс/см²) — равна давлению, производимому силой 1 кгс, направленной перпендикулярно и равномерно распределённой по плоской поверхности площадью 1 см² (98 066,5 Па).

1 техническая атмосфера = 1 кгс/см² («килограмм-сила на сантиметр квадратный»). // 1 кгс = 9,80665 ньютонов (точно) ≈ 10 Н; 1 Н ≈ 0,10197162 кгс ≈ 0,1 кгс

На английском языке килограмм-сила обозначается как kgf (kilogram-force) или kp (kilopond) – килопонд, от латинского pondus, означающего вес.

Заметьте разницу: не pound (по-английски «фунт»), а pondus .

На практике приближенно принимают: 1 МПа = 10 атмосфер, 1 атмосфера = 0,1 МПа.

Бар (от греческого βάρος — тяжесть) — внесистемная единица измерения давления, примерно равная одной атмосфере. Один бар равен 105 Н/м² (или 0,1 МПа).

Соотношения между единицами давления

1 МПа = 10 бар = 10,19716 кгс/см² = 145,0377 PSI = 9,869233 (физ. атм.) =7500,7 мм рт.ст.

1 бар = 0,1 МПа = 1,019716 кгс/см² = 14,50377 PSI = 0,986923 (физ. атм.) =750,07 мм рт.ст.

1 ат (техническая атмосфера) = 1 кгс/см² (1 kp/cm², 1 kilopond/cm²) = 0,0980665 МПа = 0,98066 бар = 14,223

1 атм (физическая атмосфера) = 760 мм рт.ст.= 0,101325 МПа = 1,01325 бар = 1,0333 кгс/см²

1 мм ртутного столба = 133,32 Па =13,5951 мм водяного столба

Измерение давления газа — Справочник химика 21

Паскаль-слишком маленькая единица для измерения давлений газов, подобно тому как кубический метр-слишком неудобная единица для измерения объемов жидкостей в лабораторных условиях. Поэтому мы будем придерживаться в этой книге давно установившейся традиции измерения давлений газов в стандартных атмосферах. Стандартная атмосфера определяется следующим образом [c.117]

Газ из трубопровода линии всасывания поступает в компрессор и нагнетается в газосборник. Измерение давления газа в газосборнике осуществляется мембранным чувствительным элементом. Изменение давления в газосборнике сопровождается различным прогибом мембраны и перемещением жестко связанного с ней штока. Шток связан рычагом первого рода с задвижкой, установленной на всасывающем трубопроводе. Перемещение задвижки изменяет сопротивление движению всасываемого в компрессор газа. При увеличении сопротивления давление газа на входе в компрессор снижается, что приводит к уменьшению производительности компрессора. При увеличении давления в газосборнике мембрана чувствительного элемента прогнется сильнее, шток поднимется вверх и заставит с помощью рычажной связи опуститься вниз задвижку. Сопротивление движению газа увеличится и уменьшится подача газа в газосборник /йх. Массовый расход газа т сравняется с приходом массы газа в газосборник давление газа в газосборнике стабилизируется. [c.281]

Жидкостные приборы описанной конструкции применяют на компрессорных станциях для измерения давления газа на всасывании, в лабораторной практике их используют в качестве контрольных при проверке технических приборов. [c.42]

Измерение давления газа (в реакциях, где газ поглощается или выделяется). [c.271]

Константы равновесия реакции (IV) былп определены посредством измерения давления газов, образующихся в ре ультате распада раствора муравьиной кислоты и присутствии соляной кислоты в качестве катализатора [35]. [c.359]

Для измерения атмосферного давления применяются барометры, а для измерения давления газа в системе — манометры. [c.22]

Измерение давления газов 29 [c.29]

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ГАЗОВ [c.29]

Измерение давления газов обычно проводят с помощью ртутных манометров. [c.29]

Существующие методы измерения давления газов можно разделить на абсолютные и дифференциальные. К первой груп- [c.29]

Измерение давления газов [c.33]

Приборы для измерения давления газа. О нормальной работе регуляторной установки можно судить лишь на основе анализа изменения давлений, замеряемых контрольно-измерительными приборами в соответствующих точках. Своевременное обнаружение отклонения замеряемого давления от нормы позволяет принять меры к устранению причин, вызвавших нарушение заданного режима. [c.155]

Измерение давления газа производится показывающими или регистрирующими манометрами и напоромерами. Манометры [c.155]

ВЫСОКОГО давления (до 200—250 атм), другой — низкого давления (до 5 агм)-, первый служит для измерения давления газа в баллоне, второй — для измерения давления газа на выходе, т. е. после редукционного вентиля. [c.26]

Измерение давления газа. Методы измерения давления газа с помощью радиоизотопных источников излучения основаны на ионизирующем действии излучения. В случае не очень больших давлений (10 — 10 Па) количество ионизированных молекул пропорционально концентрации молекул, т. е. плотности газа. Ток ионизационной камеры 1, внутри которой помещен источник а-излучения активностью С мкюри, связан с давлением внутри камеры уравнением [c.233]

Термический анализ летучих веществ — это один из методов определения выделяющихся газов, который заключается в измерении давления газов, образующихся при термической деструкции полимеров. [c.192]

Установив давление газа перед горелкой, равное проектному, и разрежение в верхней части топки 2 мм вод. ст., следует убедиться в устойчивости работы горелки и затем постепенно полностью открыть воздушно-регулировочную шайбу. После этого приступают к испытанию горелки (схема измерений показана на рис. 80, а). При этом производят следующие измерения давления газа перед горелкой (поддерживается постоянным), анализ газовоздушной смеси в различных точках сечения, расположенного после диффузора на СО2 и СО2 + О2, анализ на СО2 и СОд + О2 газа, поступающего в горелку, а также отбор пробы его для последующего полного анализа. По данным полного анализа газа подсчитывают теоретическое количество воздуха, необходимое для горения, коэффициент инжекции, избыток воздуха в каждой точке выходного сечения горелки, коэффициент распределения концентрации кислорода по сечению и средний избыток воздуха. Коэффициент инжекции определяют по формуле [c.171]

Штуцеры с кранами для измерения давления газа в [c.180]

Н, действующая на площадь в 1 м . Стандартное атмосферное давление 1 атм (760 торр) равно 101 325 Па. Понятно, что паскаль не мог еще получить широкого распространения при измерении давления газов, и в этой книге мы пользуемся для выражения давления миллиметрами ртутного столба или атмосферами (см. гл. 9). [c.27]

Давление газов экспериментально определяют с помощью различных приборов. Классическим прибором для измерения давления газов является барометр (изображенный на рис. 9.3), который представляет собой стеклянную трубку с одним запаянным концом трубку наполняют какой-либо нелетучей жидкостью и опрокидывают открытым концом Б широкий сосуд с той же самой жидкостью. Чаще всего в качестве такой жидкости выбирают ртуть, потому что ее вы- [c.150]

Хотя атмосфера не является единицей СИ, ею, как мы увидим, удобно пользоваться для измерения давления газа. Другая удобная единица— торр (миллиметр ртутного столба), который равен 1/760 стандартной атмосферы н соответствует давлению столбика ртути высотой 1 мм при 0° С в точке Земли, где ускорение силы тяжести равно 9,80665 м/с . [c.16]

Было также предложено использовать для детектирования данные, полученные путем измерения давления газа при постоянном объеме [46]. [c.502]

В методе, описанном ниже, выделяюш ийся газ отсасывается из печи в калиброванную емкость двухступенчатым диффузионным насосом. После измерения давления в калиброванной емкости система вакуумируется сначала ротационным, а затем вторым двухступенчатым диффузионным насосом. Об окончании выделения газа судят по показаниям манометра Пирани, а точное измерение давления газа проводят манометром Мак-Леода с двумя диапазонами измерений. [c.47]

В обычных условиях работы в лаборатории, когда не требуется высокого давления газа, последний выпускают из баллона при помощи редукционного вентиля (редуктора). В этом приборе, плотно навертываемом на боковой штуцер (отвод) баллона, высокое давление газа понижается и давление выпускаемого газа автоматически поддерживается постоянным на определенном уровне (от О до 5 атм.). Редукционный вентиль (рис. 10) имеет два манометра один манометр высокого давления (до 200— —250 атм.), другой—низкого давления (до 5 атм.) первый служит для измерения давления газа в баллоне, второй— для измерения давления газа на выходе, то есть после редукционного вентиля. [c.24]

Газ (в основном азот) из баллона 1 через редуктор, змеевики 9 ж 10 поступал на вход пористого образца 7. В змеевике 70 газ очищался от паров воды путем вымораживания твердой углекислотой. В змеевике 9 осушенный газ нагревался до комнатной температуры, при которой и проводились измерения. Давление газа на входе измеряли образцовым манометром 2, давление на выходе Р1 практически равнялось атмосферному. Перепад давления [c.32]

Такая печь емкостью около 400 кг была сконструирована в 1961 г. на экспериментальной станции в Мариено. Мы последовательно рассмотрим устройство печи, методы измерения давления распирания, возникающего в процессе коксования, и способы измерения давления газов в различных точках загрузки. [c.359]

Чтобы лучше понять давление распирания, его следует рассматривать совместно с давлением газов, образующихся в загрузке в процессе коксования. Для этого необходимо было в самом начале разработать метод измерения давления газов. Наиболее целесооб- [c.363]

Манометр 6 (соединенный с пароотводной трубкой колоь-ки) служит для замера давления в колонке, манометр 13 с о крытым коленом (соединенный с осушительной системой) -для измерения давления газа, поступающего в испаритель, и барометрический манометр 7 —для измерения давления в пр емниках 9 и 10. Все три манометра заполняют хорошо отмыто1н и отфильтрованной ртутью (манометры 6 и 13—только дс. середины колен при помощи уравнительной склянки). Пузырьки воздуха удаляют прогреванием ртути или проволокой. [c.163]

Jдозатор для газов 2 — детектор 3 — переключатель коло-нок 4 — колонка 5 — манометр для измерения давления газа-носителя 6 — штуцеры для подключения газовых линий 7 — дозатор для жидкостей 8 — магнитный клапан э — регулятор воздуха управления ю — регулятор потока И — регулятор температуры. [c.384]

Для измерения давления газа в установке Должен быть предусмотреч ртутный манометр. [c.135]

ВАКУУМ (от лат. va uum — пустота), состояние газа прп давлениях значительно ниже атмосферного. В разл. установках и устройствах низкому В. обычно соответствуют давления выше 100 Па, среднему-от 100 до 0,1 Па, высокому-от 0,1 до 10 мкПа область еще более низких давлений относят к сверхвысокому В. Приборы, используемые для измерения низких давлений, наз. вакуумметрами. ВАКУУММЕТРЫ (от вакуум и греч. metreo-измеряю), служат для измерения давления газов ниже атмосферного (см. Вакуум). Каждый из рассмотренных ниже типов В. рассчитан на измерение в определенной области давлений (рис. 1) [c.343]

Баллон со сжатым этиленом с хорошо регулирующимся венН тилем Р, соединяется каучу ом с абсорбционной трубкой (невидимой на рисунке) из стекла емкостью приблизительно 50 сле , наполненной активированным углем. От абсорбционной трубки идет каучуковое соединение к трем газопромывным склянкам — Сд) (на заднем плане рис. 37), которые наполнены 85%-ной серной кислотой и соединены между собой. Последняя промывная склянка соединена каучуком с газовым сметчиком R , калиброванным на 1—20 л этилена в час. Газовый счетчик соединен каучуком с трубкой для измерение давления газа О, манометрическая трубка которой, наполненная водой,, служит для контроля давления газа и для регулирования скорости газа. К трубке присоединяется счетчик пузырьков В, служащий для контроля скорости подачи газа. Из счетчика пузырьков В газ поступает в склянку Вульфа емкостью приблизительно 5 л. Через одни тубус склянки проходит газоподводящая трубка для этилена, направленная к середине склянки. [c.178]

Урок 24. Давление газа – HIMI4KA

У нас вышел новый курс, где всё объясняется ещё проще. Подробннее по ссылке

Ртутный барометр

Единицы измерения давления

Давление определяется как сила, действующая на единицу площади (P = F/A), и поэтому в системе СИ единицей давления является паскаль (Па), определяемый как сила в 1 ньютон, действующая на площадь в 1 квадратный метр (Н/м²). Для тех, кто плохо учил физику, напоминаю, что ньютон представляет собой силу, которая придает телу массой 1 кг ускорение 1 м/c².

Пример 1. Плотность жидкой ртути равна 13,596 г/см³. Чему будет равен 1 мм ртутного столба (1 мм Hg) в паскалях?

Решение

Представим себе разлитый на столе слой ртути площадью 1 м² и толщиной 1 мм. Переведем сначала все размеры этого слоя в сантиметры; тогда его объем выразится как:

0,100 см × 100 см × 100 см = 1000 см³

Плотность жидкой ртути равна 13,596 г/см³, т.е масса 1 кубического сантиметра ртути составляет 13,596 г, а зная это, нетрудно установить, что масса слоя равна:

1000 см³ × 13,596 г/см³ = 13 596 г =13,596 кг

Вес этого слоя можно найти как произведение его массы на ускорение силы тяжести, которое равно g = 9,8 м/c²; таким образом, сила, с которой рассматриваемый слой ртути давит на стол, равна:

F = m·g = 13,596 кг × 9,806 м/c² = 133,32 кг·м·с² = 133,32 Н

Поскольку площадь слоя ртути равна равна 1 м², оказываемое им на стол давление определяется как :

P = F/A = 133,32 Н / 1 м² = 133,32 Н/м² = 133,32 паскаля (Па)

Решение:

Из примера 1 мы уже знаем, что давление 1 мм Hg эквивалентно 133,32 Па. Следовательно:

760 мм Hg × 133,32 Па/мм = 101 323 Па

1 атмосфера (атм) = 101 325 Па = 760 мм Hg

Ответ: давление равно 0,750 атм, 76 000 Па или 570 мм Hg

Хотите ещё проще? Мы создали новый курс, где максимум за 7 дней вы овладете химией с нуля. Подробннее по ссылке

Регулирование давления газа — Gasolec

Функция регулятора давления газа заключается в сокращении давления газа, чтобы его значение было в пределах, указанных для обогревателя и для устройства контроля нагрева.

Газ, подаваемый на регулятор давления газа, подается под различным, иногда колеблющимся давлением. А важно также и то, что потребность в нагреве время от времени меняется, так что интенсивность тепловыделения должна регулироваться.

Об этом надо помнить, выбирая соответствующие регуляторы давления газа:

Тип газа

Gasolec поставляет газовые обогреватели, которые работают на пропане / СНГ или высококалорийном или низкокалорийном природном газе. Технически все регуляторы давления газа могут работать со всеми вышеупомянутыми типами газа, однако информация о типе газа также подразумевает то, чтобы будет известно значение давления газа, поступающего в систему управления. Предположим, что местное законодательство разрешает все нижеприведенные значения:

Пропан	1,5 Бар на впуске – нормальное давление
СНГ / Бутан	0,5 – 0,7 Бар на впуске – нормальное давление газа
Природный газ	Давление газа на впуске может значительно варьироваться: 25мБар / 50мБар / 300мБар / 960мБар / 2Бар / сверьтесь с местными нормами

Давление газа на впуске

Мощность регулятора давления газа определяется по давлению газа на впуске, желаемому давлению газа на впуске И типу газа, циркулирующему по установке. Эмпирическим путем можно определить, что при изменении давления газ в 4 раза, емкость в кг газа, проходящего через ту же установку, изменится в 2 раза. Например: если на S8 в 350-1400мБар давление пропана упадет с 1400мБар до 350мБар (в 4 раза), то интенсивность тепловыделения упадет со 100% до 50% (в 2 раза).

Регулировка интенсивности тепловыделения

Увеличивая или уменьшая давление газа, мы модем уменьшить или увеличить интенсивность тепло отделения многих обогревателей Gasolec. На основании типа системы регулирования давления газа, обогреватели Gasolec могут быть разделены на две группы:

Обогреватели с центральным регулятором давления газа, работающие при разных значениях давления газа

Нагреватели с индивидуальной системой зажигания и работающие при фиксированных значениях давления газа

G12Asco: пилотная система зажигания – центральное управление
G12Maxi: пилотная система зажигания – индивидуальный термостат
G12E: Электрическое зажигание – центральное управление

Системы регулирования давления газа

Ручное регулирование

Производительность большинства обогревателей Gasolec S-типа и M-типа может регулироваться ручным регулятором давления газа.

Прост в управлении
Дешев
Работает без потребления электричества
Необходимо часто проверять настройки
По этой причине интенсивность теплоотдачи часто либо слишком высока, либо слишком низка

Автоматическая регулировка

Под автоматической регулировкой мы понимаем то, что центральное устройство контроля климата измеряет температуру и принимает решения о необходимости дополнительного обогрева, отправляя сигнал ВКЛ / ВЫКЛ или 1-10ВАХ на систему нагрева, или же не отправляет такового сигнала. Мы рекомендуем использовать центральное устройство контроля, которое контролирует всю климатическую картину – то есть, обогрев + вентиляция + контроль подачи воздуха + систему охлаждения.

Автоматическая регулировка – высокое — низкое

Здесь на установку высокого-низкого давления поступает питание, а затем оно поступает на выход для газа под высоким давлением = отверстие для высокого уровня тепло отделения. Когда подача питания прекращается, установка снова возвращается на выход для газа под низким давлением = отверстие для низкого уровня тепло отделения. В большинстве случаев его можно отрегулировать до минимального или максимального значения вручную, в случае, если имеет место отключение подачи электричества.

Чем больше разница между максимальным и минимальным давлением газа на обогревателе, тем больше можно сэкономить газа во время тех периодов, когда нет необходимости в максимальном тепловыделении.

Все еще относительно прост
Экономия газа благодаря более рациональному использованию
Может быть подключен к установке климатического контроля
Возможно ручное управление
Резкие изменения давления газа могут привести к остановке функционирования из-за детекторов утечки газа, установка которых необходима в соответствии с местными нормативами

Автоматическая регулировка – постоянная (шаг меньше)

Контрольный сигнал на 0-10 ВАХ поступает от устройства климатического контроля и источника питания на 24 Вольт на устройство контроля давления газа GPC 300. Установка GPC оборудована установкой постоянного контроля давления газа, которая постепенно меняет давление газа и, следовательно, интенсивность тепловыделения.

Одновременно с этим, постепенные изменения давления не ведут к прерыванию работы детекторами утечки газа, там, где могла бы быть замечена утечка газа.

Может быть подключен к устройству климатического контроля
Установка оборудована устройством осуществления ручного контроля на случай аварийной ситуации, когда необходимо отключить подачу электроэнергии
Изменение значений комнатной температуры происходит очень медленно
Нет проблем с неожиданным отключением подачи газа детекторами утечки газа
Более дорогие, чем установки высокого-низкого давления
Более высокое потребление газа

Автоматическое регулирование при фиксированном давлении газа – ВКЛ / ВЫКЛ

Все обогреватели G12 в принципе работают на 28 мБар. Как правило, значение давления газа для этих обогревателей настроено на 30 мБар, что позволяет падение давления газа в шланге на 2 мБар.

G12 Asco управляется автоматически сигналом ВКЛ/ВЫКЛ с устройства климатического контроля, похожим образом работает и регулятор высокого-низкого давления, только минимум и максимум не регулируется. G12E работает на максимуме или отключается.

G12 Maxi работает при фиксированном давлении газа и с капиллярным термостатом, который настраивается вручную и автоматически контролирует выпуск тепла. Эта модель популярна в тех местностях, где есть проблемы с подачей электричества, а также там, где температура птицеферм в одном и том же здании отличается от помещения к помещению.

Некоторые клиенты предпочитают центральный регулятор давления газа, с производительностью в 30 мБар, энергию на который они подают локально. В Gasolec, мы рекомендуем работать с давлением газа в 400+мБар, и настраивать регулятор давления газа га 30 мБар для каждого обогревателя. Этот индивидуальный регулятор давления газа PR30 разработан для абсорбирования колебаний давления газа в трубопроводе, когда группа обогревателей либо ВКЛ, либо ВЫКЛ И работая с 400+мБар на главной линии, возможно выполнять работы и с линиями подачи газа, имеющими меньший диаметр (=дешевле и легче!)

Определение размера регулятора давления газа

Для того, чтобы выработать 1кВ/час, необходимо 72 грамма пропана / СНГ. Это приводит к:

S8, мощность 3,5кВ -> 252гр/час при полной мощности
M8, мощность 5кВ -> 360 гр/час при полной мощности

например –при использовании обогревателей Gasolec и установок регулирования давления газа Gasolec:

Бройлерная птицеферма, оборудованная 15 обогревателей S8 с максимальным потреблением газа 3,78 кг/ч => необходим регулятор давления газа с мощностью как минимум 4кго/ч.
Бройлерная птицеферма, оборудованная 30 обогревателями M8, работающими в одной группе, с максимальным потреблением газа 10,8 кг/час => необходим регулятор давления газа с мощностью как минимум 12 кг/час.

Ситуация с природным газом значительно отличается, так как давление при впуске значительно ниже => необходимо значительно меньшее значение мощности регулятора давления газа. Пожалуйста, проверьте все возможные варианты с поставщиком или с Gasolec.

ПРИМЕЧАНИЯ:

Если вы сомневаетесь относительно того, какую систему выбрать, свяжитесь, пожалуйста, с вашим местным дилером или Gasolec. Каждая система регулирования давления газа имеет свои преимущества и в зависимости от пожеланий клиента и местных законодательных норм, Gasolec поможет вам выбрать оптимальное решение.
Каждый обогреватель разработан специально для определенного типа газа и давления газа, изменив тип и / или давление газа, без изменения характеристик обогревателя, может привести к серьезным проблемам!

Единицы измерения давления

Программа КИП и А

Международная система единиц (СИ)

Тогда получаем следующее соответствие:
1 МПа = 1 МН/м² = 1 Н/мм² = 100 Н/см² = 1000 кН/м² = 1000 кПа = 1000000 Н/м² = 1000000 Па

Атмосфера

Физическая (атм) — равна давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0° C. 1 атм = 101325 Па
Техническая (ат) — равна давлению, производимому силой в 1 кгс на площадь 1 см². 1 ат = 98066,5 Па = 1 кгс/см²

Водяной столб

Ртутный столб

Единицы США и Британии

В США и Британии применяются также другие единицы измерения давления.

Дюйм водного столба
Обозначение: inH₂O = 249.08891 Па.
Фут водного столба
Обозначение: ftH₂O = 2989.006692 Па.
Дюйм ртутного столба
Обозначение: inHg = 3386.38815789474 Па.
Фунт на квадратный дюйм
Обозначение: psi = 6894.757293178 Па.
1000 фунтов на квадратный дюйм
Обозначение: ksi = 6894757.2931783 Па.
Фунт на квадратный фут
Обозначение: psf = 47.8802589803 Па.
Американская (короткая) тонна на квадратный дюйм
Обозначение: tsi = 13789514.58633672267344 Па.
Американская (короткая) тонна на квадратный фут
Обозначение: tsf = 95760.51796067168523226 Па.
Британская (длинная) тонна на квадратный дюйм
Обозначение: br.tsi = 15444256.3366971 Па.
Британская (длинная) тонна на квадратный фут
Обозначение: br.tsf = 107251.780115952 Па.

Приборы для измерения давления

Распределительные газопроводы и их классификация — Что такое Распределительные газопроводы и их классификация?

Газопровод является важным элементом системы газоснабжения, так как на его сооружение расходуется 70-80% всех капитальных вложений.

ИА Neftegaz.RU. В системах газоснабжения в зависимости от давления транспортируемого газа различают:

газопроводы высокого давления I категории (рабочее давление газа от 0,6 до 1,2 МПа),
газопроводы высокого давления II категории (рабочее давление газа от 0,3 до 0,6 МПа),
газопроводы среднего давления (рабочее давление газа от 0,005 до 0,3 МПа),
газопроводы низкого давления (рабочее давление газа до 0,005 МПа).

При этом от общей протяженности распределительных газовых сетей 80% приходится на газопроводы низкого давления и 20% — на газопроводы среднего и высокого давлений.

Газопроводы низкого давления служат для подачи газа к жилым домам, общественным зданиям и коммунально-бытовым предприятиям.

Газопроводы среднего давления через газорегуляторные пункты (ГРП) снабжают газом газопроводы низкого давления, а также промышленные и коммунально-бытовые предприятия.

По газопроводам высокого давления газ поступает через газораспределительные установки (ГРУ) на промышленные предприятия и газопроводы среднего давления.

Связь между потребителями и газопроводами различных давлений осуществляется через ГРП и ГРУ и ГРШ.

В зависимости от расположения газопроводы делятся на наружные (уличные, внутриквартальные, дворовые, межцеховые) и внутренние (расположенные внутри зданий и помещений), а также на подземные (подводные) и надземные (надводные).

В зависимости от назначения в системе газоснабжения газопроводы подразделяются на распределительные, газопроводы-вводы, вводные, продувочные, сбросные и межпоселковые.

Распределительными являются наружные газопроводы, обеспечивающие подачу газа от магистральных газопроводов до газопроводов — вводов, а также газопроводы высокого и среднего давлений, предназначенные для подачи газа к одному объекту.

Газопроводом-вводом считают участок от места присоединения к распределительному газопроводу до отключающего устройства на вводе.

Вводным газопроводом (газопровод — ввод) считают участок от отключающего устройства на вводе в здание до внутреннего газопровода.

Межпоселковыми являются распределительные газопроводы, проложенные между населенными пунктами и связывающие газопроводы различного назначения между собой.

Внутренним газопроводом считают участок от газопровода-ввода (вводного газопровода) до места подключения газового прибора или теплового агрегата.

В зависимости от материала труб газопроводы подразделяют на металлические (стальные, медные) и неметаллические (полиэтиленовые).

Различают также трубопроводы с сжиженным углеводородным газом (СУГ), а также сжиженным природным газом (СПГ), при криогенных температурах.

По принципу построения распределительные системы газопроводов делятся на кольцевые, тупиковые и смешанные.

В тупиковых газовых сетях газ поступает потребителю в одном направлении, т. е. потребители имеют одностороннее питание.

В отличие от тупиковых кольцевые сети состоят из замкнутых контуров, в результате чего газ может поступать к потребителям по 2^м или нескольким линиям.

Надежность кольцевых сетей выше тупиковых.

При проведении ремонтных работ на кольцевых сетях отключается только часть потребителей, присоединенных к данному участку.

В систему газоснабжения входят распределительные газопроводы всех давлений, газораспределительные станции (ГРС), газорегуляторные пункты и установки.

Все элементы систем газоснабжения должны обеспечивать надежность и безопасность подачи газа потребителям.

В зависимости от числа ступеней и давления газа в газопроводах, системы газоснабжения городов и населенных пунктов делятся на одно-, двух-, трех- и многоступенчатые.

Одноступенчатые системы газоснабжения обеспечивают подачу газа потребителям по газопроводам только одного давления, как правило, низкого (рис.5.1 )

^{Двухступенчатые системы газоснабжения (рис.5.2) обеспечивают распределение и подачу газа потребителям по газопроводам среднего и низкого или высокого и низкого давлений.
Трехступенчатая система газоснабжения позволяет осуществлять распределение и подачу газа потребителям по газопроводам низкого, среднего и высокого давлений.
Многоступенчатая система газоснабжения предусматривает распределение газа по газопроводам высокого I категории (до 1,2 МПа), высокого II категории (до 0,6 МПа), среднего (до 0,3 МПа) и низкого (до 500 даПа) давлений.

Выбор системы газоснабжения зависит от характера планировки и плотности застройки населенного пункта.

Устройство подземных распределительных газопроводов.

Система газоснабжения должна быть надежной и экономичной, что определяется правильным выбором трассы газопровода, который зависит от расстояния до потребителя, ширины проездов, вида дорожного покрытия, наличия вдоль трассы различных сооружений и препятствий, а также от рельефа местности.

Минимальная глубина заложения газопроводов должна быть не менее 0,8 м.

В местах, где не предусматривается движение транспорта, глубина заложения газопровода может составлять 0,6 м.

Расстояние от газопровода до наружной стены колодцев и камер подземных сооружений должно быть не менее 0,3 м.

Допускается укладка 2^х и более газопроводов в одной траншее на одном или разных уровнях.

При этом расстояние между газопроводами в свету должно быть достаточным для их монтажа и ремонта.

Расстояние по вертикали между подземными газопроводами всех давлений и другими подземными сооружениями и коммуникациями должно составлять:
при пересечении водопровода, канализации, водостока, каналов телефонных и теплосети — не менее 0,2 м,
электрокабелей и телефонных бронированных кабелей — не менее 0,5м,
электрокабелей маслонаполненных (на 110-220 кВ) — не менее 1,0 м.

Допускается уменьшать расстояние между газопроводом и электрокабелем при прокладке их в футлярах.

При этом концы футляра электрокабеля должны выходить на 1 м по обе стороны от стенок пересекаемого газопровода.

При пересечении каналов теплосети, коллекторов, туннелей, каналов с переходом над или под ними следует предусматривать прокладку газопровода в футляре, выходящем на 2 м в обе стороны от наружных стенок пересекаемых сооружений, а также проверку физическими методами контроля всех сварных стыков в пределах пересечения и на расстоянии 5 м в стороны от наружных стенок этих сооружений.

Запорную арматуру и конденсатосборники на газопроводах устанавливают на расстоянии не менее 2 м от края пересекаемой коммуникационной системы или сооружения.

Газопроводы в местах прохода через наружные стены зданий заключают в футляры диаметром не менее чем на 100-200 мм больше диаметра газопровода.
Формула давления в физике
Содержание:
Определение и формула давления
Определение
Давление – это физическая величина,характеризующая состояние сплошной среды. Оно равно пределу отношения нормальной составляющей силы,
которая действует на участок поверхности тела площади
$\Delta S$ к размеру данной площади при
$\Delta S \rightarrow 0$ . Обозначается давление буквой p. Тогда математической
записью определения давления станет формула:
$$p=\lim _{\Delta S \rightarrow 0} \frac{\Delta F_{n}}{\Delta S}=\frac{d F_{n}}{d S}$$Выражение (1) определяет давление в точке.
Среднее давление
Средним давлением на поверхность называют величину:
$$\langle p\rangle=\frac{F_{n}}{S}(2)$$где F_n – нормальная составляющая силы, которая действует на рассматриваемую поверхность, S – площадь этой поверхности.
Давление идеального газа
Давление идеального газа вычисляют, используя основное уравнение молекулярно – кинетической теории:
$$p=n k T(3)$$где $n=\frac{N}{V}$– концентрация молекул газа
(N – число частиц), k=1,38•10^-23 Дж/К – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура газа.
Гидростатическое давление
Гидростатическое давление – давление внутри столба жидкости или газа, находится по формуле:
$$p=p_{0}+\rho g h(4)$$где $\rho$ – плотность вещества, g=9,8 м/с² –
ускорение свободного падения, h- высота столба вещества. p₀ – внешнее давление на газ или жидкость.
Искривление поверхностного слоя жидкости ведет к возникновению дополнительного давления на жидкость, тогда давление под искривленной
жидкостью определяется как:
$$p=p_{0}^{*}+2 \sigma H(5)$$где $\mathrm{P}_{0}^{*}$ –поверхностное натяжение жидкости,p₀^* – давление под не искривлённым слоем жидкости,
H — средняя кривизна поверхности жидкости, вычисляемая по закону Лапласа:
$$H=\frac{1}{2}\left(\frac{1}{R_{1}}+\frac{1}{R_{2}}\right)$$R₁, R₂ – главные радиусы кривизны.{5}$ (Па)
Слишком сложно?
Формула давления не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!
Пример
Задание. Каково давление струи на неподвижную плоскость, если струя воды ударяет ее под углом
$\alpha$ к нормали
плоскости, и упруго отскакивает от нее без изменения скорости? Скорость струи v.
Решение. Сделаем рисунок.
За время $\Delta t$ о стенку ударяется масса воды равная:
$$m=l S \rho=v \Delta t S \rho$$где S — поперечное сечение струи, $\rho$ – плотность воды. В соответствии с законом сохранения импульса имеем:
$$F \Delta t=m \Delta v \rightarrow F=\frac{m \Delta v}{\Delta t}(2.2)$$где F – сила, с которой вода действует на стенку.
Примем за положительное направление нормали внешней к опоре и учитывая, что струя отскакивает от стены без потери скорости, получаем:
$$\Delta v=v_{2} \cos \alpha-\left(-v_{1} \cos \alpha\right)=v_{2} \cos \alpha+v_{1} \cos \alpha=2 v \cos \alpha(2.{2}$
Читать дальше: Формула закона Ома.
Давление газа | Химия для майоров
Результаты обучения
Определить свойство давления
Определение и преобразование единиц измерения давления
Описать 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 (рис. 1). 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.
Рис. 1. 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 внутреннего давления. (Обратите внимание, что в видео нет повествования. Вы можете получить доступ к описанию аудио с помощью виджета под видео.)
Расшифровку звукового описания «Вакуумного взрыва железнодорожной цистерны» можно посмотреть здесь (открывается в новом окне).
Демонстрация этого явления в меньшем масштабе кратко объясняется в следующем видео:
Вы можете просмотреть стенограмму «Раздавить бочку объемом 55 галлонов давлением воздуха» здесь (открывается в новом окне).
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. Это может показаться огромным, и это так, но жизнь на Земле развивалась под таким атмосферным давлением. Если вы на самом деле поставите шар для боулинга на ноготь большого пальца, испытываемое давление будет , вдвое , по сравнению с обычным давлением, и ощущение будет неприятным.
Обычно давление определяется как сила, действующая на заданную область: [латекс] P = \ dfrac {F} {A}. [/ Latex] 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 упадет сквозь тонкий лед на рисунке 2 — слон или фигурист? Большой африканский слон может весить 7 тонн, опираясь на четыре ноги, каждая из которых имеет диаметр около 1.{2} [/ латекс]
Даже несмотря на то, что слон более чем в сто раз тяжелее фигуриста, он оказывает менее половины давления и, следовательно, с меньшей вероятностью упадет через тонкий лед. {2} [/ latex]
Рисунок 2.Хотя (а) вес слона велик, что 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)
Единица давления в системе СИ — паскаль (Па) , где 1 Па = 1 Н / м ², где N — 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 = 100000 Па).В Соединенных Штатах давление часто измеряется в фунтах силы на площади в один квадратный дюйм — фунт на квадратный дюйм (psi) — например, в автомобильных шинах. Давление также можно измерить с помощью прибора атмосфера (атм) , который первоначально представлял среднее атмосферное давление на уровне моря на приблизительной широте Парижа (45 °). В таблице 1 представлена некоторая информация об этих и некоторых других распространенных единицах измерения давления
Таблица 1. Единицы давления
Наименование и сокращение Определение или отношение к другой единице
паскаль (Па) 1 Па = 1 Н / м ²
Рекомендуемый блок IUPAC
килопаскаль (кПа) 1 кПа = 1000 Па
фунтов на квадратный дюйм (psi) Давление воздуха 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 = 100000 Па (точно)
обычно используется в метеорологии
миллибар (мбар или мбар) 1000 мбар = 1 бар
дюймов рт. Ст. (Дюймы рт. Ст.) 1 дюйм рт. Ст. = 3386 Па
используется в авиационной промышленности, а также в некоторых сводках погоды
торр [latex] \ text {1 torr} = \ dfrac {\ text {1}} {\ text {760}} \ text {atm} [/ latex]
имени Евангелисты Торричелли, изобретателя барометра
миллиметры ртутного столба (мм рт. Ст.) [латекс] 1 [/ латекс] мм рт. Ст. [Латекс] \ text {~} 1 [/ латекс] торр
Пример 1: Преобразование единиц давления
Национальная метеорологическая служба США сообщает о давлении как в дюймах рт. Ст., Так и в миллибарах.Преобразуйте давление 29,2 дюйма рт. Ст. В:
торр
атм
кПа
мбар
Показать решение Это проблема преобразования единиц измерения. Отношения между различными единицами измерения давления приведены в таблице 1.
[латекс] 29.2 \ cancel {\ text {in Hg}} \ times \ dfrac {\ text {760 torr}} {29.92 \ cancel {\ text {in Hg}}} = \ text {742 torr} [/ латекс]
[латекс] 742 \ cancel {\ text {torr}} \ times \ dfrac {\ text {1 atm}} {760 \ cancel {\ text {torr}}} = \ text {0.976 атм} [/ латекс]
[латекс] 742 \ cancel {\ text {torr}} \ times \ dfrac {\ text {101,325 кПа}} {760 \ cancel {\ text {torr}}} = \ text {98,9 кПа} [/ латекс]
[латекс] 98.9 \ cancel {\ text {kPa}} \ times \ dfrac {1000 \ cancel {\ text {Pa}}} {1 \ cancel {\ text {kPa}}} \ times \ dfrac {1 \ cancel {\ text {bar}}} {100 000 \ cancel {\ text {Pa}}} \ times \ dfrac {\ text {1000 мбар}} {1 \ cancel {\ text {bar}}} = \ text {989 мбар } [/ латекс]
Проверьте свои знания Типичное атмосферное давление в Канзас-Сити составляет 740 торр.Что это за давление в атмосферах, миллиметрах ртутного столба, килопаскалях и барах?
Показать решение 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 (рис. 3). 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.
Рис. 3. В барометре высота столба жидкости h используется как измерение 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 [латекс] \ dfrac {1} {13.6} [/ латекс] 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). торр изначально задумывался как единица измерения, равная одному миллиметру ртутного столба, но теперь не соответствует точно. Давление, оказываемое жидкостью под действием силы тяжести, известно как гидростатическое давление , [латекс] п [/ латекс]:
[латекс] p = h \ rho g [/ латекс]
, где [latex] h [/ latex] — высота жидкости, [latex] \ rho [/ latex] — плотность жидкости, а [latex] g [/ latex] — ускорение свободного падения.
Пример 2: Расчет барометрического давления
Покажите расчет, подтверждающий утверждение, что атмосферное давление около уровня моря соответствует давлению, оказываемому столбом ртути высотой около 760 мм. Плотность ртути = 13,6 г / см ³.
Показать решение Гидростатическое давление равно p = hρg , где h = 760 мм, ρ = 13,6 г / см ³ и g = 9,81 м / с ².{5} \ text {Pa} \ end {array} [/ latex]
Проверьте свои знания Рассчитайте высоту водяного столба при 25 ° C, что соответствует нормальному атмосферному давлению. Плотность воды при этой температуре составляет 1,0 г / см ³.
Манометр — устройство, подобное барометру, которое можно использовать 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 (рис. 4) 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.
Рис. 4. Манометр можно использовать для измерения давления газа.Высота (разница) между уровнями жидкости (h) является мерой давления. Обычно используется ртуть из-за ее большой плотности.
Пример 3: Расчет давления с помощью манометра закрытого типа
Давление пробы газа измеряется манометром с закрытым концом, как показано ниже.
Жидкость в манометре — ртуть. Определить давление газа в:
торр
Па
бар
Показать решение Давление газа равно столбу ртути высотой 26.4 см. (Давление в нижней горизонтальной линии одинаково с обеих сторон трубки. Давление слева обусловлено газом, а давление справа — 26,4 см ртутного столба.) Мы могли бы использовать уравнение p = hρg , как в Примере 2, но проще преобразовать единицы измерения с помощью таблицы 1.
[латекс] 26,4 \ cancel {\ text {cm Hg}} \ times \ dfrac {10 \ cancel {\ text {mm Hg}}} {1 \ cancel {\ text {cm Hg}}} \ times \ dfrac {\ text {1 торр}} {1 \ cancel {\ text {мм рт. ст.}}} = \ text {264 торр} [/ latex]
[латекс] 264 \ cancel {\ text {torr}} \ times \ dfrac {1 \ cancel {\ text {atm}}} {760 \ cancel {\ text {torr}}} \ times \ dfrac {\ text { 101 325 Па}} {1 \ cancel {\ text {atm}}} = \ text {35 200 Па} [/ latex]
[латекс] 35 \ text {, 200} \ cancel {\ text {Pa}} \ times \ dfrac {\ text {1 bar}} {100 000 \ cancel {\ text {Pa}}} = \ text {0.352 бар} [/ латекс]
Проверьте свои знания Давление пробы газа измеряется манометром с закрытым концом. Жидкость в манометре — ртуть.
Определить давление газа в:
торр
Па
бар
Показать решение [латекс] \ text {~} 150 [/ латекс] торр
[латекс] \ text {~} 20 000 [/ латекс] Па
[латекс] \ text {~} 0,20 [/ латекс] бар
Пример 4: Расчет давления с помощью манометра с открытым концом
Давление пробы газа измеряется на уровне моря ртутным манометром с открытым концом, как показано ниже.
Определить давление газа в:
мм рт. Ст.
атм
кПа
Показать 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.{2} \ text {кПа} [/ латекс]
Проверьте свои знания Давление пробы газа измеряется на уровне моря ртутным манометром с открытым концом, как показано ниже.
Определить давление газа в:
мм рт. Ст.
атм
кПа
Показать решение 642 мм рт. Ст.
0,845 атм
85,6 кПа
Попробуйте
Давление пробы газа измеряется на уровне моря манометром с закрытым концом.Жидкость в манометре — ртуть.

Определите давление газа в: торр
Па
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: торр
Па
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: мм рт. Ст.
атм
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: мм рт. Ст.
атм
кПа
Показать выбранные решения 1. Давление газа:
[латекс] 26.4 \ cancel {\ text {cm}} \ times \ dfrac {10 \ cancel {\ text {mm}}} {1 \ cancel {\ text {cm}}} \ times \ dfrac {\ text {1 торр}} {1 \ cancel {\ text {mm}}} = \ text {264 torr} [/ latex]
[латекс] \ text {264 торр} \ times \ dfrac {101, \ text {325 Па}} {\ text {760 торр}} = 35, \ text {200 Па} [/ латекс]
[латекс] 264 \ cancel {\ text {torr}} \ times \ dfrac {\ text {1.01325 bar}} {760 \ cancel {\ text {torr}}} = \ text {0.352 bar} [/ latex]
3. Давление газа равно гидростатическому давлению, создаваемому давлением атмосферы на уровне моря за вычетом столба ртути высотой 13.7 см. Давление слева обусловлено газом, а давление справа — атмосферным давлением минус 13,7 см рт. Ст.).
В мм рт. Ст. Это: 760 мм рт. Ст. — 137 мм рт. Ст. = 623 мм рт. Ст .;
[латекс] \ text {623 мм рт. Ст.} \ Times \ dfrac {\ text {1 атм}} {\ text {760 мм рт. Ст.}} = 0,820 \ text {атм;} [/ латекс]
[латекс] \ text {0,820 атм} \ times \ dfrac {\ text {101,325 кПа}} {\ text {1 атм}} = \ text {83,1 кПа} [/ латекс]
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 (рис. 5). 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 манжету надевают вокруг плеча и накачивают до тех пор, пока кровоток полностью не блокируется, а затем медленно отпускают. 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.).
Рис. 5. (a) Медицинский техник готовится измерить артериальное давление пациента с помощью сфигмоманометра. (b) Типичный сфигмоманометр использует резиновую грушу 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 (рис. 6) являются результатом тысяч измерений атмосферного давления, температуры и т. Д., Которые собираются, моделируются и анализируются в метеорологических центрах по всему миру.
Рисунок 6.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)
Что касается 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 области, показанные на рисунке 7: 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% земной атмосферы по массе и слой, в котором происходит большинство погодных явлений).По мере того, как вы поднимаетесь в тропосфере, плотность и температура воздуха снижаются.
Рис. 7. 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.Наука об атмосфере — это еще более широкая область, объединяющая метеорологию, климатологию и другие научные дисциплины, изучающие атмосферу.
Ключевые концепции и резюме
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.
Ключевые уравнения
[латекс] P = \ dfrac {F} {A} [/ латекс]
[латекс] p = h \ rho {g} [/ латекс]
Попробуйте
Почему острые ножи более эффективны, чем тупые (подсказка: подумайте об определении давления)?
Почему у некоторых небольших мостов есть ограничения по весу, зависящие от количества колес или осей у проезжающего транспортного средства?
Почему лучше кататься или ползать на животе, чем ходить по замерзшему пруду?
Типичное атмосферное давление в Реддинге, Калифорния, составляет около 750 мм рт.Вычислите это давление в атм и кПа.
Типичное барометрическое 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 атмосферное давление было определено в среднем 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.
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: В середине августа на северо-востоке США в местной газете появилась следующая информация: атмосферное давление на уровне моря 29.97 дюймов, 1013,9 мбар. Какое было давление в кПа?
Давление у побережья на северо-востоке США обычно составляет около 30,0 дюймов рт. Ст. Во время урагана давление может упасть примерно до 28,0 дюймов рт. Ст. Рассчитайте падение давления в торр.
Почему необходимо использовать нелетучую жидкость в барометре или манометре?
Как использование летучей жидкости повлияет на измерение газа с помощью манометров открытого типа по сравнению сзакрытые манометры?
Избранные ответы 1. 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.
3. 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.{{-2}} [/ латекс]
11. Ответы следующие:
[латекс] 29.97 \ cancel {\ text {in. Hg}} \ times \ dfrac {\ text {101,325 кПа}} {29.92 \ cancel {\ text {in. Hg}}} = \ text {101,5 кПа} [/ latex]
[латекс] 28.0 \ cancel {\ text {дюйм. Hg}} \ times \ dfrac {\ text {760 торр}} {29.92 \ cancel {\ text {in. Hg}}} = \ text {711 торр;} [/ latex] 762 — 711 = падение 51 торр
13. При использовании манометра с закрытым концом никаких изменений не наблюдалось бы, поскольку испаренная жидкость будет вносить равные противодействующие давления в обоих плечах трубки манометра.Однако с манометром с открытым концом будет получено более высокое давление газа, 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 = 100000 Па
барометр: прибор для измерения атмосферного давления
гидростатическое давление: давление жидкости под действием силы тяжести
манометр: прибор для измерения давления газа, находящегося в контейнере
паскаль (Па): единица давления в системе СИ; 1 Па = 1 Н / м ²
фунтов на квадратный дюйм (psi): единица измерения давления, общепринятая в США
давление: сила на единицу площади
торр: ед. Давления; [латекс] \ text {1 torr} = \ frac {1} {760} \ text {atm} [/ latex]
Давление газа
Введение:
Давление определяется потоком массы от высокого давления
область в 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
снаружи. 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 меняется с высотой 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, наполненный 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 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 соломинки, жидкость вытесняется
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
Верх.
стакан в воде
Battle
из двух шаров
Воздушный шар
Надутый внутри бутылки
Film Can Space
Шаттл
King Kong’s Hand
Давление газа
10.2 Давление газа
Цель обучения
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 , а не независимы. Если нам известны значения любых , трех, из 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 — приложенной силы, и — размера области, к которой приложена 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 силы — фунты, а единицы площади — квадратные дюймы, поэтому мы часто видим давление, выраженное 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)
В дополнение к своим математическим талантам (он изобрел современную теорию вероятностей), Паскаль проводил исследования 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
лежа?
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, и не зависит от ее ориентации. Вспомните из главы 5 «Энергетические изменения в химических реакциях», что сила, прилагаемая объектом, равна F = ma , где m — это 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 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
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 Давление книги в этом положении, таким образом, 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 меняется.
Упражнение
Какое давление оказывает на пол школьник весом 60,0 кг
при стоянии в лаборатории на плоской подошве в паре теннисных туфель (площадь подошвы примерно 180 см. ²)?
, когда она ступает пяткой вперед на танцпол в туфлях на высоком каблуке (площадь пятки = 1.0 см ²)?
Ответы:
3,27 × 10 ⁴ Па (4,74 фунта / дюйм ²)
5,9 × 10 ⁶ Па (8,5 × 10 ² фунтов / дюйм ²)
Атмосферное давление
Наша атмосфера действует 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: колонна 1,0 м ², измеренная 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 на , 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, давящее на поверхность ртути в чашке, что в итоге приводит к выталкиванию ртути вверх в трубку. Поскольку над ртутью внутри трубки в правильно заполненном барометре (он содержит вакуум ) нет воздуха над ртутью, на колонку нет давления. 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 своя собственная единица измерения давления: миллиметр ртутного столба (мм рт. Ст.). Единица давления, часто называемая торр., Часто называемая единицей давления торрА. 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 называется 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 на востоке США 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
атмосфер.
килопаскалей.
Дано: Давление в миллиметрах ртутного столба
Запрошено: Давление в атмосферах и килопаскалях
Стратегия:
Используйте коэффициенты пересчета в уравнении 10.4 для перевода миллиметров ртутного столба в атмосферы 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 определяется по
. P = (0,597 атм) (101,325 кПа1 атм) = 60,5 кПа Упражнение
Mt. Эверест, расположенный на высоте 29 028 футов над уровнем моря, является самой высокой горой в мире. Нормальное атмосферное давление на этой высоте составляет около 0,308 атм.Преобразуйте это давление в
миллиметров ртутного столба.
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 схематически 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), и 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 газ в баллоне имеет давление на меньше, чем давление атмосферы, то высота ртути будет больше в руке, прикрепленной к баллоне. В этом случае давление газа в баллоне равно атмосферному давлению за вычетом разницы в высоте двух колонн.
Пример 4
Предположим, вы хотите сконструировать 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 0,9970 г / см ³; плотность ртути 13,53 г / см ³.)
Дано: Диапазон давления и плотности воды и ртути
Запрошено: высота колонны
Стратегия:
A Рассчитайте высоту столбика ртути, соответствующего 0.200 атм в миллиметрах ртутного столба. Это высота, необходимая для столбца, заполненного ртутью.
B Из 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 нужен столб воды на выше, чем на , чтобы достичь того же давления, что и данный столб ртути. Высота, необходимая для наполненного 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
h 3,06 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 в 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 затруднительно.
Сводка
Четыре величины должны быть известны для полного физического описания образца газа: 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 миллиметр ртутного столба (мм рт. Ст.) , также называемый 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.
Ключевые вынос
Давление определяется как сила, действующая на единицу площади; его можно измерить с помощью барометра или манометра.
Концептуальные проблемы
Какие четыре величины должны быть известны, чтобы полностью описать образец газа? Какие единицы обычно используются для каждого количества?
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?
По мере увеличения 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.
Что мы подразумеваем под атмосферным давлением ? Атмосферное давление на вершине горы. Ренье больше или меньше давления в Майами, Флорида? Почему?
Где самое высокое атмосферное давление — пещера в Гималаях, шахта в Южной Африке или пляжный домик во Флориде? У кого самый низкий?
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.
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?
Если бы вы использовали воду в барометре вместо ртути, в чем было бы основное отличие прибора?
Ответ
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
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.
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.
Если атмосферное давление на уровне моря составляет 1,0 × 10 ⁵ Па, какова масса воздуха в килограммах над 1,0 см ² участком вашей кожи, когда вы лежите на пляже? Если на вершине горы атмосферное давление составляет 8,2 × 10 ⁴ Па, то какова масса воздуха в килограммах выше 4.0 см ² лоскут кожи?
Заполните следующую таблицу:
атм кПа мм рт. Ст. торр
1.40
723
43,2
Единица давления в системе СИ — 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
1,0 атм?
1,0 торр?
1 мм рт.
1 кПа?
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. На основании полученных результатов 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
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 · Химия
Давление газа · Химия К концу этого раздела вы сможете:
Определить свойство давления
Определение и преобразование единиц измерения давления
Описать 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.
В этом коротком видеоролике наглядно показано атмосферное давление, в котором показан взрыв железнодорожной цистерны при понижении 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.Это может показаться огромным, и это так, но жизнь на Земле развивалась под таким атмосферным давлением. Если вы на самом деле поставите шар для боулинга на ноготь большого пальца, испытываемое давление будет , вдвое , по сравнению с обычным давлением, и ощущение будет неприятным.
Как правило, давление определяется как сила, действующая на заданную область: P = FA.
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 упадет сквозь тонкий лед в [ссылка] — слон или фигурист? Большой африканский слон может весить 7 тонн, опираясь на четыре ноги, каждая из которых имеет диаметр около 1,5 футов (площадь отпечатка 250 в ²), поэтому давление, оказываемое каждой ногой, составляет около 14 фунтов / дюйм ²:
давление на ногу слона = 14000 фунтов слон × 1 слон 4 фута × 1 фут 250 дюймов2 = 14 фунтов / дюйм2
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:
давление на одно лезвие конька = 120 фунтов на коньках × 1 на коньках 2 лезвия × 1 нож 2 на 2 = 30 фунтов / дюйм 2
Даже несмотря на то, что слон более чем в сто раз тяжелее фигуриста, он оказывает менее 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:
давление на ногу человека = 120 фунтов на конькобежный спорт × 1 на 2 фута × 1 фут 30 дюймов2 = 2 фунта / дюйм2
Единица давления в системе СИ — паскаль (Па) , где 1 Па = 1 Н / м ², где N — 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 — фунта на квадратный дюйм (psi) — например, в автомобильных шинах. Давление также можно измерить с помощью прибора атмосфера (атм) , который первоначально представлял 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) Давление воздуха на уровне моря составляет ~ 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 = 100000 Па (точно)
обычно используется в метеорологии
миллибар (мбар или мбар) 1000 мбар = 1 бар
дюймов ртутного столба (дюймы рт. Ст.) 1 дюйм Hg = 3386 Па
используется в авиационной промышленности, а также в некоторых сводках погоды
торр 1 торр = 1760атм
назван в честь Евангелисты Торричелли, изобретателя барометра
миллиметры ртутного столба (мм рт. Ст.) 1 мм рт. Ст. ~ 1 торр
Преобразование единиц давления Национальная метеорологическая служба США сообщает о давлении 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 дюйма рт. Ст. × 25,4 мм1 дюйм × 1 торр 1 мм рт. Ст. = 742 торр
(б) 742 торр × 1 атм 760 торр = 0,976 атм
(c) 742torr × 101,325 кПа 760torr = 98,9 кПа
(d) 98,9 кПа × 1000 Па 1 кПа × 1 бар 100 000 Па × 1000 мбар 1 бар = 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?
Отвечать:
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.
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 113,6
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). торр изначально задумывался как единица измерения, равная одному миллиметру ртутного столба, но теперь не соответствует точно. Давление, оказываемое жидкостью под действием силы тяжести, известно как гидростатическое давление , p :
p = hρg
, где h — высота жидкости, ρ — плотность жидкости, а g — ускорение свободного падения.
Расчет барометрического давления Покажите расчет, подтверждающий утверждение о том, что атмосферное давление вблизи уровня моря соответствует давлению, оказываемому столбом ртути высотой около 760 мм. Плотность ртути = 13,6 г / см ³.
Решение Гидростатическое давление определяется как p = hρg , при этом 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.(Примечание: мы ожидаем найти давление ~ 101,325 Па 🙂
101,325 Н / м2 = 101,325 кг · м / с2м2 = 101,325 кг · м · с2
p = (760 мм × 1 м1000 мм) × (13,6 г1см3 × 1 кг1000 г × (100 см) 3 (1 м) 3) × (9,81 м1с2)
= (0,760 м) (13,600 кг / м3) (9,81 м / с2) = 1,01 × 105 кг / мс2 = 1,01 × 105 Н / м2
= 1,01 × 105 Па
Проверьте свои знания Рассчитайте высоту столба воды при 25 ° C, что соответствует нормальному атмосферному давлению. Плотность воды при этой температуре равна 1.0 г / см ³.
Манометр — 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.
Расчет давления с помощью манометра с закрытым концом Давление пробы газа измеряется манометром с закрытым концом, как показано справа. Жидкость в манометре — ртуть. Определить давление газа в:
(а) торр
(б) Па
(с) бар
Решение Давление газа равно столбу ртути высотой 26.4 см. (Давление в нижней горизонтальной линии одинаково с обеих сторон трубки. Давление слева обусловлено газом, а давление справа — 26,4 см ртутного столба или ртутью.) Мы могли бы использовать уравнение p = hρg как в [ссылка], но проще просто преобразовать единицы с помощью [ссылка].
(a) 26,4 см рт. Ст. × 10 мм рт. Ст. 1 см рт. Ст. × 1 торр 1 мм рт. Ст. = 264 торр
(b) 264 торр × 1 атм. 760 торр × 101,325 Па · 1 атм = 35 200 Па
(c) 35 200 Па × 1 бар 100 000 Па = 0.352 бар
Проверьте свои знания Давление пробы газа измеряется манометром с закрытым концом. Жидкость в манометре — ртуть. Определить давление газа в:
(а) торр
(б) Па
(с) бар
Отвечать:
(а) ~ 150 торр; (б) ~ 20 000 Па; (c) ~ 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.Определить 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.
(б) 897 мм рт. Ст. × 1 атм. 760 мм рт. Ст. = 1.18 атм
(c) 1,18атм × 101,325 кПа1атм = 1,20 × 102 кПа
Проверьте свои знания Давление пробы газа измеряется на уровне моря ртутным манометром с открытым концом, как показано справа. Определить давление газа в:
(а) мм рт. Ст.
(б) атм
(c) кПа
Отвечать:
(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 манжету надевают вокруг плеча и накачивают до тех пор, пока кровоток полностью не блокируется, а затем медленно отпускают. 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.).
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. Д., Которые собираются, моделируются и анализируются в метеорологических центрах по всему миру.
Что касается 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 на [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.
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. Наука об атмосфере — это еще более широкая область, объединяющая метеорологию, климатологию и другие научные дисциплины, изучающие атмосферу.
Ключевые концепции и резюме
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.
Ключевые уравнения
Химия: упражнения в конце главы
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, которые зависят от количества колес или осей у проезжающего транспортного средства?
Почему вы должны кататься или ползать животом, а не ходить по замерзшему пруду?
Лежа распределяет ваш вес на большую площадь поверхности, оказывая меньшее давление на лед по сравнению со стоянием.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 указаны 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: 1.31 × 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 берега моря на северо-востоке США обычно составляет около 30.0 дюймов рт. Ст. Во время урагана давление может упасть примерно 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. Определить давление газа в:
(а) торр
(б) Па
(с) 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
(с) бар
Давление пробы газа измеряется на уровне моря ртутным манометром с открытым концом. При атмосферном давлении 760.0 мм рт. Ст., Определить 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 помощью манометров открытого типа по сравнению сзакрытые манометры?
Для манометра с закрытым концом никаких изменений не наблюдалось бы, поскольку испаренная жидкость будет вносить равные противодействующие давления в обоих рукавах трубки манометра. Однако с манометром с открытым концом будет получено более высокое давление газа, 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 = 100000 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)
единица давления СИ; 1 Па = 1 Н / м ²
фунтов на квадратный дюйм (psi)
единица давления общепринятая в США
давление
сила на единицу площади
торр
единица давления;
1 торр = 1760атм

Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 Международная лицензия. Вы также можете бесплатно скачать по адресу http://cnx.org/contents/[email protected]
Атрибуция:
РЕШЕНО: Объясните, как измеряется давление газа
Стенограмма видеозаписи
{‘transcript’: «Итак, чтобы понять, как измеряется давление газа, давайте поговорим немного о том, как измеряется давление. Вспомните, что давление равно силе, действующей на определенную площадь. Итак, если вы представите себе нормальную обувь , здесь будет меньше давления на эту ногу из-за этой области по сравнению с рисунком обуви на высоком каблуке, эксперта по обуви, где будет больше силы, потому что площадь меньше, поэтому удобнее носить на высоком каблуке туфли.На меньшей площади имеется более высокая сила, тогда как в обычной обуви такое же количество силы, как и в обуви на высоком каблуке, на большей площади. Поэтому, когда мы думаем здесь о давлении газа, у нас возникает та же идея. Мы рассчитываем силу газа в определенной области. Итак, чтобы измерить давление газа, мы собираемся использовать здесь этот прибор, который называется Аммен Омметр Амман Омметр, где Амман Омметр Вы помещаете газ в эту камеру, где я собираюсь изобразить газ в виде красных точек. Здесь вы помещаете газ в эту камеру с пробкой, а с другой стороны этой камеры находится нечто, называемое YouTube, а не YouTube, как видео, а YouTube, как U-образная трубка, наполненная ртутью.И ртуть здесь синего цвета. И как только пробка открыта, этот газ может свободно перемещаться по этой трубке и оказывать давление на эту ртуть, и со временем ртуть поднимется на другую сторону. Итак, представьте, давайте возьмем здесь произвольный красный газ. Итак, давайте представим, что я открыл трубку. Просто позвольте мне нарисовать здесь трубку крупным планом, и она закрыта. Это закрытая система. И вот это переходит к стопорной части. Итак, допустим, наша ртуть поднялась сюда. Ага. Итак, давление газа в нашей ртути повысилось.Итак, изменение высоты прямо здесь, прямо здесь. Это изменение высоты, и это изменение высоты — то, как мы рассчитываем давление газа. Итак, если вы помните, что наши вздохи нормальны, давление равно нашей силе на площади, которая составляет ньютон на квадратный метр. И как это значение Ньютона на квадратный метр соотносится с нашим изменением роста? Вот H Итак, мы собираемся использовать уравнение. Я собираюсь переместить это. Прийти. Итак, мы собираемся использовать здесь уравнение, которое позволяет нам рассчитать изменение высоты или использовать изменение высоты для расчета нашего давления.Итак, это уравнение здесь будет выглядеть как давление. Давление равно изменению давления. Таким образом, как начальное давление до движения ртути, а затем давление после движения ртути, которое будет равно грохоту смелого вида P здесь, это плотность нашей ртути, умноженная на G, что является силой тяжести. . Времена меняются по высоте. R h. Итак, как это уравнение равно? Квадрат в Ньютон-метрах? Что ж, давайте посмотрим на некоторые единицы здесь. Единица измерения — стандартные килограммы.Метры в квадрате. Сила тяжести находится в Ньюдженте. Нет, это неправильно. Сила тяжести или ускорение свободного падения. Простите, это метры на секунду в квадрате, а затем наша высота равна метру, так что мы можем пойти дальше и посчитать здесь. Итак, мы ищем последнюю единицу квадратного метра Ньютон. Это наша последняя единица, которую мы ищем. Таким образом, мы можем пойти дальше и исключить наши метры здесь, потому что у нас есть 2 м сверху и 1 м снизу. Итак, теперь у нас есть килограмм в секунду. Ой. Я сделал ошибку.Здесь единица измерения нашей плотности — кубические метры, потому что здесь кубические метры, это означает, что у нас будут килограммы в секунду, умноженные на метр. Это выглядит очень странно, но давайте вспомним некоторые другие наши устройства. Так что же такое Ньютон? Ньютон равен килограмму метра на секунду в квадрате. Посмотрите, к чему мы идем с этим. Итак, теперь мы можем пойти дальше и взять здесь наши беспорядочные юниты и разобраться в том, что у нас есть. Итак, прямо сейчас у нас есть давление, равное килограмму в секунду, умноженному на метр, поэтому мы можем пойти дальше и ввести наш Ньютон, который даст нам это сделать.Мы собираемся продолжить и умножить на 1 м на 1 м, потому что вы можете умножать на. Это будет равняться одному. Значит, вы встретите здесь более чем равного по счетчику, что нам даст? Ах, давление килограмм, килограмм, умноженный на метр на второй квадрат в квадрате метра, так что мы можем вытянуть этот килограмм-метр в секунду в квадрате, который будет равен Ньютону. И тогда это дает нам значение давления в Ньютон на квадратный метр. Насколько это круто? «}
Закон о газе
ДОМ
Главы курса
Основы калькулятора
Обзор математики
Основные понятия
Advanced Concepts
Раздел Тесты Предварительный тест
Пост-тест
Полезные материалы Глоссарий
Онлайн-калькуляторы Калькулятор окислительно-восстановительного потенциала
Калькулятор кинетики Аррениуса
Калькулятор термодинамики
Калькулятор ядерного распада
Регрессия методом наименьших квадратов
Решатель уравнений метода Ньютона
Калькулятор сжимаемости
Калькулятор перевода единиц
Калькулятор номенклатуры
Ссылки по теме Калькуляторы Texas Instruments
Калькуляторы Casio
Калькуляторы Sharp
Калькуляторы Hewlett Packard
Кредиты Связаться с веб-мастером

Газы ведут себя иначе, чем два других обычно изучаемых состояния вещества, твердых и жидких, поэтому у нас есть разные методы обработки и понимания того, как газы ведут себя в определенных условиях.Газы, в отличие от твердых тел и жидкостей, не имеют фиксированного объема и формы. Они полностью сформированы контейнером, в котором они находятся. У нас есть три переменные, с помощью которых мы
измерять газы: давление, объем и температуру. Давление измеряется как сила на площадь. Стандартной единицей измерения давления в системе СИ является паскаль (Па). Однако обычно используются атмосферы (атм) и несколько других единиц. В таблице ниже показаны преобразования между этими единицами измерения. Единицы давления
1 паскаль (Па) 1 Н * м ^-2 = 1 кг * м ^-1 * с ^-2
1 атмосфера (атм) 1.01325 * 10 ⁵ Па
1 атмосфера (атм) 760 торр
1 бар 10 ⁵ Па
Объем связан между всеми газами по гипотезе Авогадро , которая гласит: равные объемы газов при одинаковой температуре и давлении содержат равное количество молекул. Отсюда мы получаем молярный объем газа (объем / моль газа). Это значение при 1 атм и 0 ° C показано ниже.
V м = В

n = 22,4 л при 0 ° C и 1 атм
Где:
V _м = молярный объем в литрах, объем, который занимает один моль газа в этих условиях
V = объем в литрах
n = моль газа
Уравнение, которое химики называют законом идеального газа , показанное ниже, связывает объем, температуру и давление газа с учетом количества присутствующего газа.
PV = nRT Где:
P = давление в атм.
T = температура в Кельвинах
R — молярная газовая постоянная , где R = 0,082058 л атм. Моль ^-1 K ^-1.
Закон идеального газа предполагает несколько факторов, касающихся молекул газа.
Объем молекул считается незначительным по сравнению с объемом контейнера, в котором они содержатся.Мы также предполагаем, что молекулы газа движутся беспорядочно и сталкиваются в полностью упругих столкновениях. Поэтому силы притяжения и отталкивания между молекулами считаются незначительными.
Пример проблемы: давление газа 0,892 атм в контейнере объемом 5,00 л при температуре 15 ° C. Плотность газа 1,22 г / л. Какова молекулярная масса газа?
Ответ:
PV = nRT
Т = 273 + 15 = 228
(0.892) (5,00) = п (0,0821) (288)
n = 0,189 моль
0,189 моль

5,00 л х x грамм

1 моль = 1,22 г / л
x = Молекулярный вес = 32,3 г / моль
Мы также можем использовать закон идеального газа, чтобы количественно определить, как меняется
давление, температура, объем и количество молей вещества
влияет на систему.Поскольку газовая постоянная R одинакова для всех газов в любой ситуации, если вы решите
R в законе идеального газа, а затем установите два закона газа, равные друг другу, вы получите закон комбинированного газа:
P ₁ V ₁

n ₁ T ₁ = P ₂ V ₂

n ₂ T ₂
Где: значения с нижним индексом «1» относятся к начальным условиям
значений с нижним индексом «2» относятся к конечным условиям
Если вы знаете начальные условия системы и хотите определить
новое давление после увеличения объема при сохранении количества
моль и температура одинаковы, введите все известные вам значения и
затем просто найдите неизвестное значение.
Пример проблемы: Проба газа объемом 25,0 мл помещается в колбу при 22 ° C. Если бы колбу поместили в ледяную баню при 0 ° C, каким был бы новый объем газа, если бы давление оставалось постоянным?
Ответ:
Поскольку давление и количество молей остаются постоянными, нам не нужно представлять их в уравнении, потому что их значения отменяются. Таким образом, уравнение комбинированного газового закона
принимает следующий вид:
V ₁

T ₁ = В ₂

Т ₂
25.0 мл

295 К = В ₂

273 К
V ₂ = 23,1 мл
Мы можем применить закон идеального газа для решения нескольких проблем. До сих пор мы рассматривали только газы одного вещества — чистые газы. Мы также понимаем, что происходит, когда в одной емкости смешиваются несколько веществ. Согласно закону парциальных давлений Дальтона, мы знаем, что полное давление, оказываемое на емкость несколькими разными газами, равно сумме давлений, оказываемых на емкость каждым газом.
P _t = P ₁ + P ₂ + P ₃ + … Где:
P _t = полное давление
P ₁ = парциальное давление газа «1»
P ₂ = парциальное давление газа «2»
и так далее
Используя закон идеального газа и сравнивая давление одного газа с общим давлением, мы решаем мольную долю.
P ₁

P _т = n ₂ RT / V

n _t RT / V = n ₁

n _t = X ₁
Где:
X ₁ = мольная доля газа «1»
И обнаружите, что парциальное давление каждого газа в смеси равно общему давлению, умноженному на мольную долю.
P ₁ = n ₁

n _t P _т = X ₁ P _т
Пример проблемы: образец PCl ₅ весом 10,73 г помещается в 4,00
Колба L при 200 ° C.
а) Каково начальное давление в колбе до начала реакции?
b) PCl ₅ диссоциирует в соответствии с уравнением: PCl ₅ (г) -> PCl ₃ (г) + Cl ₂ (г).Если половина от общего числа молей PCl ₅ (г) диссоциирует и наблюдаемое давление составляет 1,25 атм, каково парциальное давление Cl ₂ (г)?
Как мы заявляли ранее, форма газа полностью определяется контейнером, в котором
газ держится. Однако иногда в контейнере могут быть небольшие отверстия,
или утечки. Молекулы будут вытекать из этих утечек в процессе, называемом излиянием.
Потому что массивные молекулы путешествуют
медленнее, чем более легкие молекулы, скорость излияния зависит от каждого
конкретный газ.Мы используем закон Грэма , чтобы представить взаимосвязь между скоростью излияния для двоих.
разные молекулы. Это отношение равно квадратному корню из обратной величины
молекулярные массы двух веществ.
Где:
r ₁ = скорость истечения в молекулах в единицу времени газа «1»
r ₂ = скорость истечения в молекулах в единицу времени газа «2»
u ₁ = молекулярная масса газа «1»
u ₂ = молекулярная масса газа «2»
Ранее мы рассматривали только идеальные газы, которые соответствуют предположениям закона идеального газа.Однако газы никогда не находятся в идеальном состоянии. Все атомы каждого газа имеют массу и объем.
При низком давлении и низкой температуре газы ведут себя так же, как газы в идеальном состоянии. Когда давление
при повышении температуры газы все дальше отклоняются от идеального состояния. Мы должны принять новые стандарты,
и рассмотрите новые переменные, чтобы учесть эти изменения. Общее уравнение, используемое для лучшего представления
газ, который не близок к идеальным условиям, представляет собой уравнение Ван-дер-Ваальса , показанное ниже.
Где константы Ван-дер-Ваальса:
a учитывает молекулярное притяжение
b учитывает объем молекул
В таблице ниже приведены значения для a и b нескольких различных соединений и элементов.
Виды a (дм ⁶ бар моль ^-2) б (дм ³ моль ^-1 )
Гелий 0.034598 0,023733
Водород 0,24646 0,026665
Азот 1,3661 0,038577
Кислород 1,3820 0,031860
Бензол 18,876 0,11974
Практика закона об идеальном газе Задача:
2,00 г газообразного водорода и 19,2 г газообразного кислорода помещаются в емкость 100.Контейнер 0 л. Эти газы реагируют с образованием H ₂ O (г). В конце реакции температура составляет 38 ° C.
а) Какое давление в конце реакции?
б) Если бы температура была повышена до 77 ° C, какое новое давление было бы в том же контейнере?
Идеальное газовое решение. Практическая задача с давлением:
1 моль газообразного кислорода и 2 моля аммиака помещают в контейнер и оставляют
реагируют при 850 ° C в соответствии с уравнением:
4 NH ₃ (г) + 5 O ₂ (г) -> 4 NO (г) + 6 H ₂ O (г)
a) Если общее давление в баллоне 5.00 атм, каковы парциальные давления для трех оставшихся газов?
б) Каково отношение скоростей излияния NH ₃ (г) к O ₂ (г), используя закон Грэма?
Раствор под давлением.
Сжимаемость и идеальный газ
Приближение: интерактивный онлайн-инструмент
[Расширенный указатель]
[Газовые законы]
[Термодинамика]
[Кинетика]
[Equilibria]
[окислительно-восстановительные реакции]
[Ядерная химия]
Реальные газы
Хотя модель идеального газа очень
полезно, это только приближение к реальной природе газов, и
уравнения, полученные из его предположений, не полностью надежны.Как
как следствие, измеренные свойства реального газа очень часто будут отличаться от
свойства, предсказанные нашими расчетами. Давайте посмотрим на некоторые из
причины этих расхождений.
Пониженная температура и
Давление реального газа
Представьте себя едущим на H ₂ O
молекула в водяном паре нагревается до относительно высокой температуры. (Термин пар
обычно используется для описания газа, полученного из вещества, являющегося
жидкость при нормальной температуре и давлении.) Как ваша молекула H ₂ O
проходит близко к другой, две частицы могут испытывать взаимное
достопримечательности. Пока температура остается
высокие, однако, быстро движущиеся молекулы воды нарушают притяжение почти
немедленно и продолжайте свой путь. Поскольку частицы в
газа при высокой температуре тратят лишь небольшую часть своего времени на то, чтобы
эти недолговечные достопримечательности, влияние достопримечательностей на
Свойства газа незначительны. Таким образом, мы можем рассматривать газ при высоком
температура идеального газа без притяжения между частицами.
Когда температура водяного пара
уменьшается, молекулы воды движутся медленнее, и становится труднее
чтобы они разрушили влечения, которые образуются между ними. Таким образом, частицы
газа при более низкой температуре тратят большую часть своего времени на
к другим частицам. Модель идеального газа основана на предположении, что существует
между частицами нет значительных притяжений. Следовательно, чем ниже
температура, тем меньше газ ведет себя как идеальный газ.
Когда притяжения между его частицами
важно, измеренное давление реального газа меньше, чем давление
предсказывается уравнением идеального газа.
P _{реальное} = измеренное давление
P _idea l = давление, рассчитанное исходя из идеального
уравнение газа и измеренные значения n, T и V
P _{реальный}
идеальный
Чтобы понять, почему реальное давление меньше
предсказанного идеального давления, представьте себя едущим на частице газа в
за мгновение до того, как он ударится о стену своего контейнера.В этот момент есть еще
частицы позади вашей частицы, чем перед ней. В идеальном газе без
притяжения между частицами, ваша частица ударилась бы о стену с силой
это зависит только от массы и скорости частицы. Однако в реальном газе
притяжение между частицами будет притягивать вашу частицу к
центр контейнера, замедлите его и уменьшите силу его столкновения
со стеной (рисунок 1). Если сила столкновения частиц газа
против стенок уменьшится, давление газа будет уменьшено.Таким образом, давление реального газа с притяжением между частицами будет
быть меньше давления, предсказанного для идеального газа, без притяжения
между частицами.
Чем ниже температура газа, тем больше
между частицами существуют притяжения, и чем больше реальных или измеренных
давление отклоняется от давления, предсказываемого уравнением идеального газа.
Рисунок 1 : Preal
меньше, чем Pideal In
В реальном газе между частицами есть притяжения.В момент перед
частица сталкивается со стенкой своего контейнера, частицы позади нее тянут ее
назад, уменьшая его скорость и уменьшая силу его столкновения.
Повышенная концентрация и
Давление реального газа
Концентрация газа (моль газа на единицу объема) может быть увеличена в
двумя способами: (1) уменьшив объем или (2) добавив больше газа к заданному
объем. Чем выше концентрация газа, тем короче средний
расстояние между частицами; и если частицы расположены ближе друг к другу, больше
из них будет достаточно близко, чтобы почувствовать значимое взаимное влечение (рис. 2).Следовательно, хотя давление реального газа увеличивается с увеличением
концентрация увеличивается, она не увеличивается так сильно, как если бы были
нет притяжения между частицами. При большей концентрации газа там
больше частиц притягивает частицу обратно к центру контейнера на
за мгновение до того, как он ударится о стену. Это большее притяжение в направлении прочь
от стены уменьшает давление на стены по сравнению с тем,
было бы, если бы между частицами было меньше притяжения (Рисунок 13.3).
Рисунок 2 : Увеличено
Концентрация газа ведет к большей разнице между реальным и идеальным
Давление Чем больше количество частиц в единице объема,
тем большее количество значительных притяжений между частицей непосредственно перед
он ударяется о стену и частицы за ней. Это приводит к большему притяжению
к центру контейнера и большая разница между реальным,
измеренное давление и идеальное расчетное давление.
Рисунок 3 :
Почему реальное давление отличается от идеального
Повышенная концентрация и
Объем реального газа
Когда газ ведет себя как идеальный газ, мы можем
рассчитать его объем, измерив его температуру, давление и количество молей, и
включение их в уравнение идеального газа. Когда концентрация газа очень высока,
однако реальный или измеренный объем больше, чем объем, который был бы
рассчитывается по уравнению идеального газа.Причина в том, что они такие маленькие, как частицы
газ есть, они составляют часть его объема. Другими словами, настоящая
объем газа равен объему, который занимают сами частицы, плюс
объем пустого пространства между частицами.
V _{реальный} = V _{частицы} + V _пустой
Одно из допущений модели идеального газа:
что объем, занимаемый частицами, пренебрежимо мал, поэтому идеальный объем равен
равный объему пустого пространства.Однако, поскольку частицы реального
газ действительно занимает конечный объем, реальный или измеренный объем газа больше
чем идеальный объем, рассчитанный по уравнению идеального газа.
V _{идеально} = V _пустой
V _{реальный} = V _{частицы} + V _пустой = V _частиц + V _{идеально}
V _{реальный}> V _{идеальный}
Как концентрация газа
увеличивается-либо
потому что больше газа было добавлено к тому же объему или потому что газ был
сжатый в меньший объем —
процент объема, занятого частицами, увеличивается.Это приводит к
большая разница между реальным, измеренным объемом и расчетным, идеальным
объем (рисунок 4).
Рисунок 4 : Влияние концентрации на реальный объем по сравнению с идеальным объемом
.No related posts.}

В чем измеряется давление газа в физике

Международная система единиц (СИ)

Атмосфера

Водяной столб

Ртутный столб

Единицы США и Британии

Приборы для измерения давления

Ртутный барометр

Единицы измерения давления

Измерение давления газа — Справочник химика 21

Урок 24. Давление газа – HIMI4KA

Ртутный барометр

Единицы измерения давления

Регулирование давления газа — Gasolec

Тип газа

Давление газа на впуске

Регулировка интенсивности тепловыделения

Системы регулирования давления газа

Ручное регулирование

Автоматическая регулировка

Автоматическая регулировка – высокое — низкое

Автоматическая регулировка – постоянная (шаг меньше)

Автоматическое регулирование при фиксированном давлении газа – ВКЛ / ВЫКЛ

Определение размера регулятора давления газа

Единицы измерения давления

Международная система единиц (СИ)

Атмосфера

Водяной столб

Ртутный столб

Единицы США и Британии

Приборы для измерения давления

Распределительные газопроводы и их классификация — Что такое Распределительные газопроводы и их классификация?

Формула давления в физике

Определение и формула давления

Среднее давление

Давление идеального газа

Гидростатическое давление

Давление газа | Химия для майоров

Результаты обучения

Пример 1: Преобразование единиц давления

Пример 2: Расчет барометрического давления

Пример 3: Расчет давления с помощью манометра закрытого типа

Пример 4: Расчет давления с помощью манометра с открытым концом

Попробуйте

Измерение артериального давления

Метеорология, климатология и атмосферные науки

Ключевые концепции и резюме

Ключевые уравнения

Попробуйте

Глоссарий

Давление газа

Давление газа

10.2 Давление газа

Цель обучения

Единицы давления

Блез Паскаль (1623–1662)

Пример 2

Атмосферное давление

Пример 3

Манометры

Пример 4

Сводка

Ключевые вынос

Концептуальные проблемы

Ответ

Числовые задачи

Ответ

Давление газа · Химия

Ключевые концепции и резюме

Ключевые уравнения

Химия: упражнения в конце главы

Глоссарий

РЕШЕНО: Объясните, как измеряется давление газа

Стенограмма видеозаписи

Закон о газе

Реальные газы

Добавить комментарий Отменить ответ