Tlak je fyzikální veličina, která hraje v přírodě a lidském životě zvláštní roli. Tento okem nepostřehnutelný jev ovlivňuje nejen stav prostředí, ale také jej všichni velmi dobře pociťují. Pojďme zjistit, co to je, jaké typy existují a jak najít tlak (vzorec) v různých prostředích.
Co se ve fyzice a chemii nazývá tlak
Tento termín označuje důležitou termodynamickou veličinu, která je vyjádřena jako poměr kolmo působící tlakové síly k ploše, na kterou působí. Tento jev nezávisí na velikosti systému, ve kterém funguje, proto se týká intenzivních veličin.
V rovnovážném stavu je podle Pascalova zákona tlak ve všech bodech v systému stejný.
Ve fyzice a chemii se to označuje písmenem „P“, což je zkratka latinského názvu termínu – pressūra.
Pokud mluvíme o osmotickém tlaku kapaliny (rovnováze mezi tlakemuvnitř a vně klece), je použito písmeno "P".
Tlakové jednotky
Podle standardů mezinárodní soustavy SI se uvažovaný fyzikální jev měří v pascalech (cyrilice - Pa, latinka - Ra).
Na základě tlakového vzorce se ukazuje, že jeden Pa se rovná jednomu N (newton - jednotka síly) děleno jedním čtverečním metrem (jednotka plochy).
V praxi je však použití pascalů poměrně obtížné, protože tato jednotka je velmi malá. V tomto ohledu lze kromě standardů SI tuto hodnotu měřit i jiným způsobem.
Níže jsou jeho nejznámější analogy. Většina z nich je široce používána v bývalém SSSR.
- Bary. Jeden pruh se rovná 105 Pa.
- Torrů neboli milimetry rtuti. Přibližně jeden Torr odpovídá 133,3223684 Pa.
- Milimetry vodního sloupce.
- Metry vodního sloupce.
- Technické atmosféry.
- Fyzikální atmosféry. Jeden atm se rovná 101 325 Pa a 1,033233 at.
- Kilogramová síla na centimetr čtvereční. Existují také tunová síla a gramová síla. Kromě toho existuje analogová libra na čtvereční palec.
Obecný vzorec pro tlak (fyzika 7. třídy)
Z definice dané fyzikální veličiny můžete určit způsob jejího nalezení. Vypadá to jako na obrázku níže.
V něm je F síla a S je plocha. Jinými slovy, vzorec pro zjištění tlaku je jeho síla dělená povrchem, na kterém jeovlivňuje.
Může být také zapsán takto: P=mg / S nebo P=pVg / S. Tato fyzikální veličina tedy souvisí s dalšími termodynamickými proměnnými: objemem a hmotností.
Pro tlak platí následující zásada: čím menší prostor působí silou, tím větší má lisovací sílu. Pokud se však plocha zvětší (stejnou silou), požadovaná hodnota se sníží.
Vzorec hydrostatického tlaku
Různé agregované stavy látek zajišťují přítomnost jejich vlastností, které se navzájem liší. Na základě toho se v nich budou lišit i metody pro stanovení P.
Například vzorec pro tlak vody (hydrostatický) vypadá takto: P=pgh. Platí to i pro plyny. Nelze jej však použít k výpočtu atmosférického tlaku kvůli rozdílu ve výškách a hustotách vzduchu.
V tomto vzorci je p hustota, g je gravitační zrychlení a h je výška. Na základě toho, čím hlouběji se předmět nebo předmět ponoří, tím vyšší je tlak na něj uvnitř kapaliny (plynu).
Uvažovaná varianta je adaptací klasického příkladu P=F / S.
Pokud si pamatujeme, že síla je rovna derivaci hmotnosti rychlostí volného pádu (F=mg) a hmotnost kapaliny je derivací objemu hustotou (m=pV), pak může být tlakový vzorec zapsán jako P=pVg / S. V tomto případě je objem plocha vynásobená výškou (V=Sh).
Pokud vložíte tato data, ukáže se, že oblast v čitateli ajmenovatel lze snížit a výstup - výše uvedený vzorec: P=pgh.
Vzhledem k tlaku v kapalinách je třeba připomenout, že na rozdíl od pevných látek v nich může být povrchová vrstva často deformována. A to zase přispívá k vytvoření dalšího tlaku.
Pro takové situace se používá mírně odlišný tlakový vzorec: P=P0 + 2QH. V tomto případě P0 je tlak nezakřivené vrstvy a Q je povrch napětí kapaliny. H je průměrné zakřivení povrchu, které je určeno Laplaceovým zákonem: H=½ (1/R1+ 1/R2). Komponenty R1 a R2 jsou poloměry hlavního zakřivení.
Parciální tlak a jeho vzorec
Přestože je metoda P=pgh použitelná pro kapaliny i plyny, je lepší vypočítat tlak v plynech trochu jiným způsobem.
Faktem je, že v přírodě se absolutně čisté látky zpravidla příliš nevyskytují, protože v ní převládají směsi. A to platí nejen pro kapaliny, ale i pro plyny. A jak víte, každá z těchto součástí vyvíjí jiný tlak, nazývaný parciální tlak.
Je docela snadné to zjistit. Rovná se součtu tlaků každé složky uvažované směsi (ideální plyn).
Z toho vyplývá, že vzorec parciálního tlaku vypadá takto: P=P1+ P2+ P3… a tak dále, podle počtu součástí.
Často jsou situace, kdy je nutné určit tlak vzduchu. Někteří však mylně provádějí výpočty pouze s kyslíkem podle schématu P=pgh. Ale vzduch je směs různých plynů. Obsahuje dusík, argon, kyslík a další látky. Na základě aktuální situace je vzorec tlaku vzduchu součtem tlaků všech jeho složek. Měli byste tedy vzít výše uvedené P=P1+ P2+ P3…
Nejběžnější tlakoměry
Přestože není obtížné vypočítat uvažovanou termodynamickou veličinu pomocí výše uvedených vzorců, někdy prostě není čas na provedení výpočtu. Koneckonců, musíte vždy vzít v úvahu četné nuance. Proto byla pro pohodlí během staletí vyvinuta řada zařízení, která to dělají místo lidí.
Ve skutečnosti jsou téměř všechna zařízení tohoto druhu druhem manometru (pomáhá určit tlak v plynech a kapalinách). Liší se však designem, přesností a rozsahem.
- Atmosférický tlak se měří pomocí tlakoměru zvaného barometr. Pokud je nutné stanovit vakuum (tj. tlak je pod atmosférickým tlakem), použije se jeho jiná verze, vakuometr.
- Pro zjištění krevního tlaku člověka se používá sfygmomanometr. Pro většinu je známější jako neinvazivní tonometr. Existuje mnoho druhů takových zařízení: od rtuťových mechanických až po plně automatické digitální. Jejich přesnost závisí na materiálech, ze kterých jsou vyrobeny a kde jsou měřeny.
- Pokles tlaku v prostředí (podlečesky - pokles tlaku) se určují pomocí diferenčních tlakoměrů nebo difnamometrů (nezaměňovat s dynamometry).
Typy tlaku
Vzhledem k tlaku, vzorci pro jeho nalezení a jeho variacím pro různé látky stojí za to dozvědět se o odrůdách tohoto množství. Je jich pět.
- Absolutně.
- Barometrické
- Přebytek.
- Vakuometrické.
- Rozdíl.
Absolute
Jedná se o název celkového tlaku, pod kterým se látka nebo předmět nachází, bez zohlednění vlivu ostatních plynných složek atmosféry.
Měří se v pascalech a je součtem přetlaku a atmosférického tlaku. Je to také rozdíl mezi barometrickým a vakuovým typem.
Vypočítá se podle vzorce P=P2 + P3 nebo P=P2 – R4.
Za referenční bod pro absolutní tlak v podmínkách planety Země se bere tlak uvnitř nádoby, ze které se odstraňuje vzduch (tj. klasické vakuum).
Pouze tento typ tlaku se používá ve většině termodynamických vzorců.
Barometrické
Tento termín označuje tlak atmosféry (gravitaci) na všechny objekty a objekty v ní nacházející se, včetně povrchu samotné Země. Většina je také známá jako atmosférická.
Je klasifikován jako termodynamický parametr a jeho hodnota se liší v závislosti na místě a čase měření, povětrnostních podmínkách a nad/pod hladinou moře.
Hodnota barometrického tlakurovná modulu síly atmosféry v oblasti jednoty podél normály k ní.
Ve stabilní atmosféře se velikost tohoto fyzikálního jevu rovná hmotnosti sloupce vzduchu na základně s plochou rovnou jedné.
Normální barometrický tlak – 101 325 Pa (760 mm Hg při 0 stupních Celsia). Navíc, čím výše je objekt od povrchu Země, tím nižší je tlak vzduchu na něj. Každých 8 km se sníží o 100 Pa.
Díky této vlastnosti v horách se voda v konvicích vaří mnohem rychleji než doma na sporáku. Faktem je, že tlak ovlivňuje bod varu: s jeho poklesem se tento snižuje. A naopak. Na této vlastnosti je postavena práce takových kuchyňských spotřebičů, jako je tlakový hrnec a autokláv. Zvýšení tlaku uvnitř nich přispívá k vytváření vyšších teplot v nádobí než v běžných pánvích na sporáku.
Vzorec barometrické nadmořské výšky se používá k výpočtu atmosférického tlaku. Vypadá to jako na obrázku níže.
P je požadovaná hodnota ve výšce, P0 je hustota vzduchu blízko povrchu, g je zrychlení volného pádu, h je výška nad Zemí, m je molární hmotnost plynu, t je teplota systému, r je univerzální plynová konstanta 8,3144598 J⁄(mol x K) a e je Euclairovo číslo rovné 2,71828.
Ve výše uvedeném vzorci pro atmosférický tlak se často místo R používá Kje Boltzmannova konstanta. Univerzální plynová konstanta je často vyjádřena v podmínkách jejího součinu Avogadrovým číslem. Pro výpočty je výhodnější, když je počet částic udán v molech.
Při výpočtech byste vždy měli vzít v úvahu možnost změn teploty vzduchu v důsledku změny meteorologické situace nebo při stoupání nad hladinu moře a také zeměpisnou šířku.
Gage a vakuometr
Rozdíl mezi atmosférickým tlakem a naměřeným okolním tlakem se nazývá přetlak. V závislosti na výsledku se změní název hodnoty.
Pokud je kladný, nazývá se přetlak.
Pokud je získaný výsledek se znaménkem mínus, nazývá se vakuum. Stojí za to připomenout, že nemůže být více než barometrické.
Diferenciální
Tato hodnota je rozdíl tlaku v různých bodech měření. Zpravidla se používá ke stanovení tlakové ztráty na jakémkoli zařízení. To platí zejména v ropném průmyslu.
Když jsme přišli na to, jaký druh termodynamické veličiny se nazývá tlak a pomocí jakých vzorců se nachází, můžeme dojít k závěru, že tento jev je velmi důležitý, a proto znalosti o něm nebudou nikdy zbytečné.
