ความดันเป็นปริมาณทางกายภาพที่มีบทบาทพิเศษในธรรมชาติและชีวิตมนุษย์ ปรากฏการณ์นี้มองไม่เห็นด้วยตา ไม่เพียงแต่ส่งผลกระทบต่อสภาพแวดล้อมเท่านั้น แต่ยังรู้สึกได้ดีมากจากทุกคน มาดูกันว่ามันคืออะไร มีประเภทใดบ้าง และจะหาแรงกดดัน (สูตร) ได้อย่างไรในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน
สิ่งที่เรียกว่าแรงกดดันในวิชาฟิสิกส์และเคมี
คำนี้หมายถึงปริมาณทางอุณหพลศาสตร์ที่สำคัญ ซึ่งแสดงเป็นอัตราส่วนของแรงกดในแนวตั้งฉากกับพื้นที่ผิวที่มันกระทำ ปรากฏการณ์นี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับขนาดของระบบที่ทำงานอยู่ ดังนั้นจึงหมายถึงปริมาณที่เข้มข้น
ในสภาวะสมดุลตามกฎของปาสกาล ความกดดันจะเท่ากันทุกจุดในระบบ
ในทางฟิสิกส์และเคมี เขียนแทนด้วยตัวอักษร "P" ซึ่งเป็นตัวย่อของชื่อภาษาละติน - pressūra
ถ้าเรากำลังพูดถึงแรงดันออสโมติกของของเหลว (ความสมดุลระหว่างแรงดันภายในและภายนอกกรง) ใช้ตัวอักษร "P"
หน่วยแรงดัน
ตามมาตรฐานของระบบ SI สากล ปรากฏการณ์ทางกายภาพที่พิจารณาจะวัดเป็นปาสกาล (ซีริลลิก - Pa ละติน - Ra)
จากสูตรความดัน ปรากฎว่าหนึ่ง Pa เท่ากับหนึ่ง N (นิวตัน - หน่วยของแรง) หารด้วยหนึ่งตารางเมตร (หน่วยของพื้นที่)
อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ มันค่อนข้างยากที่จะใช้ปาสกาล เนื่องจากหน่วยนี้มีขนาดเล็กมาก ในเรื่องนี้ นอกจากมาตรฐาน SI แล้ว ค่านี้สามารถวัดได้ด้วยวิธีอื่น
ด้านล่างคือแอนะล็อกที่มีชื่อเสียงที่สุด ส่วนใหญ่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอดีตสหภาพโซเวียต
- บาร์ หนึ่งแท่งเท่ากับ 105 Pa.
- ทอร์หรือมิลลิเมตรปรอท ประมาณหนึ่ง Torr สอดคล้องกับ 133.3223684 Pa.
- คอลัมน์น้ำมิลลิเมตร
- มาตรวัดน้ำ
- บรรยากาศทางเทคนิค
- บรรยากาศทางกายภาพ. หนึ่ง atm เท่ากับ 101,325 Pa และ 1.033333 at.
- แรงกิโลกรัมต่อตารางเซนติเมตร นอกจากนี้ยังมีแรงตันและแรงกรัม นอกจากนี้ยังมีแรงปอนด์แบบอะนาล็อกต่อตารางนิ้ว
สูตรความดันทั่วไป (ฟิสิกส์ ป.7)
จากคำจำกัดความของปริมาณทางกายภาพที่กำหนด คุณสามารถกำหนดวิธีการค้นหาได้ ดูเหมือนรูปด้านล่าง
ในนั้น F คือแรง S คือพื้นที่ กล่าวอีกนัยหนึ่ง สูตรการหาความดันคือแรงหารด้วยพื้นที่ผิวที่มันผลกระทบ
สามารถเขียนได้ดังนี้: P=mg / S หรือ P=pVg / S ดังนั้น ปริมาณทางกายภาพนี้เกี่ยวข้องกับตัวแปรทางอุณหพลศาสตร์อื่นๆ: ปริมาตรและมวล
สำหรับแรงกด ใช้หลักการดังต่อไปนี้: ยิ่งพื้นที่รับผลกระทบจากแรงน้อยเท่าใด แรงกดก็จะยิ่งมีมากขึ้น อย่างไรก็ตาม หากพื้นที่เพิ่มขึ้น (ด้วยแรงเท่ากัน) ค่าที่ต้องการจะลดลง
สูตรแรงดันน้ำ
สถานะรวมของสารต่างกัน ให้มีคุณสมบัติที่แตกต่างกันไป จากสิ่งนี้ วิธีการกำหนด P ในพวกมันก็จะแตกต่างกัน
ตัวอย่างเช่น สูตรสำหรับแรงดันน้ำ (ไฮโดรสแตติก) มีลักษณะดังนี้: P=pgh. นอกจากนี้ยังใช้กับก๊าซ อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถใช้คำนวณความกดอากาศได้ เนื่องจากความแตกต่างของระดับความสูงและความหนาแน่นของอากาศ
ในสูตรนี้ p คือความหนาแน่น g คือความเร่งโน้มถ่วง และ h คือความสูง จากสิ่งนี้ ยิ่งวัตถุหรือวัตถุจมลึกเท่าใด แรงดันที่กระทำต่อมันภายในของเหลว (แก๊ส) จะยิ่งสูงขึ้น
ตัวแปรที่อยู่ในการพิจารณาเป็นการดัดแปลงจากตัวอย่างคลาสสิก P=F / S.
ถ้าเราจำได้ว่าแรงเท่ากับอนุพันธ์ของมวลด้วยความเร็วตกอิสระ (F=mg) และมวลของของเหลวคืออนุพันธ์ของปริมาตรตามความหนาแน่น (m=pV) จากนั้นสูตรความดันสามารถเขียนเป็น P=pVg / S ได้ ในกรณีนี้ ปริมาตรคือพื้นที่คูณด้วยความสูง (V=Sh)
หากคุณใส่ข้อมูลนี้ปรากฎว่าพื้นที่ในตัวเศษและตัวส่วนสามารถลดลงและผลลัพธ์ - สูตรข้างต้น: P=pgh.
เมื่อพิจารณาถึงความดันในของเหลว โปรดจำไว้ว่า ชั้นผิวมักจะบิดเบี้ยวในพวกมัน ซึ่งต่างจากของแข็ง และในทางกลับกันก็ทำให้เกิดแรงกดดันเพิ่มเติม
สำหรับสถานการณ์ดังกล่าว ใช้สูตรความดันที่แตกต่างกันเล็กน้อย: P=P0 + 2QH. ในกรณีนี้ P0 คือความดันของชั้นที่ไม่โค้งงอ และ Q คือพื้นผิวความตึงของของเหลว H คือความโค้งเฉลี่ยของพื้นผิว ซึ่งกำหนดโดยกฎของลาปลาซ: H=½ (1/R1+ 1/R2). ส่วนประกอบ R1 และ R2 คือรัศมีของความโค้งหลัก
ความดันบางส่วนและสูตร
แม้ว่าวิธี P=pgh จะใช้ได้กับทั้งของเหลวและก๊าซ แต่ควรคำนวณแรงดันด้วยวิธีที่ต่างออกไปเล็กน้อย
ความจริงก็คือว่าโดยธรรมชาติแล้ว สารบริสุทธิ์อย่างแท้จริงนั้นไม่ได้เกิดขึ้นบ่อยนัก เพราะสารผสมมีอิทธิพลเหนือกว่าในสารนั้น และสิ่งนี้ไม่เพียงใช้กับของเหลวเท่านั้น แต่ยังรวมถึงก๊าซด้วย และอย่างที่คุณทราบ ส่วนประกอบแต่ละส่วนเหล่านี้ออกแรงกดที่แตกต่างกัน เรียกว่าแรงดันบางส่วน
สังเกตง่ายมากๆ เท่ากับผลรวมของแรงดันของแต่ละองค์ประกอบของส่วนผสมที่พิจารณา (ก๊าซในอุดมคติ)
จากนี้ไปจะได้สูตรความดันบางส่วนดังนี้: P=P1+ P2+ P3… และอื่นๆ ตามจำนวนส่วนประกอบ
บ่อยครั้งที่จำเป็นต้องกำหนดความกดอากาศอย่างไรก็ตาม บางคนทำการคำนวณผิดพลาดด้วยออกซิเจนเท่านั้นตามรูปแบบ P=pgh แต่อากาศเป็นส่วนผสมของก๊าซต่างๆ ประกอบด้วยไนโตรเจน อาร์กอน ออกซิเจน และสารอื่นๆ ตามสถานการณ์ปัจจุบัน สูตรความดันอากาศคือผลรวมของแรงดันของส่วนประกอบทั้งหมด ดังนั้น คุณควรทำตามข้างต้น P=P1+ P2+ P3…
เกจวัดแรงดันทั่วไป
ถึงแม้ว่าการคำนวณปริมาณทางอุณหพลศาสตร์ภายใต้การพิจารณาโดยใช้สูตรข้างต้นนั้นไม่ใช่เรื่องยาก แต่บางครั้งก็ไม่มีเวลาทำการคำนวณ ท้ายที่สุดคุณต้องคำนึงถึงความแตกต่างมากมาย ดังนั้น เพื่อความสะดวก จึงมีการพัฒนาอุปกรณ์จำนวนมากขึ้นในช่วงหลายศตวรรษที่ผ่านมาเพื่อทำเช่นนี้แทนคน
อันที่จริง อุปกรณ์ประเภทนี้เกือบทั้งหมดเป็นมาโนมิเตอร์แบบต่างๆ (ช่วยในการกำหนดความดันในก๊าซและของเหลว) อย่างไรก็ตาม การออกแบบ ความแม่นยำ และขอบเขตต่างกัน
- ความดันบรรยากาศวัดโดยใช้เกจวัดความดันที่เรียกว่าบารอมิเตอร์ หากจำเป็นต้องกำหนดสุญญากาศ (นั่นคือ ความดันต่ำกว่าความดันบรรยากาศ) ให้ใช้เกจสุญญากาศรุ่นอื่น
- วัดความดันโลหิตของบุคคลโดยใช้เครื่องวัดความดันโลหิต ส่วนใหญ่จะรู้จักกันดีในชื่อ tonometer แบบไม่รุกราน อุปกรณ์ดังกล่าวมีหลายประเภท: ตั้งแต่เครื่องกลแบบปรอทไปจนถึงระบบดิจิตอลอัตโนมัติเต็มรูปแบบ ความแม่นยำขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ทำและวัดจากที่ใด
- ความดันลดลงในสภาพแวดล้อม (ตามอังกฤษ - แรงดันตกคร่อม) กำหนดโดยใช้เกจวัดแรงดันหรือดิฟนาโมมิเตอร์ (เพื่อไม่ให้สับสนกับไดนาโมมิเตอร์)
ประเภทของแรงกดดัน
เมื่อพิจารณาถึงแรงกดดัน สูตรสำหรับการค้นหาและความผันแปรของสารต่างๆ การเรียนรู้เกี่ยวกับความหลากหลายของปริมาณนี้จึงคุ้มค่า มีห้าตัว
- แน่นอน
- ความกดอากาศ
- ส่วนเกิน
- Vacuometric.
- ส่วนต่าง
สัมบูรณ์
นี่คือชื่อของความดันรวมที่สสารหรือวัตถุตั้งอยู่ โดยไม่คำนึงถึงอิทธิพลของส่วนประกอบก๊าซอื่นๆ ในบรรยากาศ
วัดในปาสกาลและเป็นผลรวมของส่วนเกินและความกดอากาศ นอกจากนี้ยังเป็นความแตกต่างระหว่างประเภทความกดอากาศและสูญญากาศ
คำนวณโดยสูตร P=P2 + P3 หรือ P=P2 - R4.
สำหรับจุดอ้างอิงสำหรับความดันสัมบูรณ์ในสภาวะของโลก ความดันภายในภาชนะที่เอาอากาศออก (นั่นคือสุญญากาศแบบคลาสสิก)
เฉพาะแรงดันประเภทนี้ที่ใช้ในสูตรทางเทอร์โมไดนามิกส์ส่วนใหญ่
ความกดอากาศ
คำนี้หมายถึงความกดดันของบรรยากาศ (แรงโน้มถ่วง) ต่อวัตถุและวัตถุทั้งหมดที่พบในนั้น รวมถึงพื้นผิวโลกด้วย เป็นที่รู้จักกันมากที่สุดว่าเป็นบรรยากาศ
จัดเป็นพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์ และค่าของมันจะแตกต่างกันไปตามสถานที่และเวลาของการวัด เช่นเดียวกับสภาพอากาศและอยู่เหนือ / ต่ำกว่าระดับน้ำทะเล
ค่าความกดอากาศเท่ากับโมดูลัสของแรงของบรรยากาศบนพื้นที่ของความสามัคคีตามแนวปกติของมัน
ในบรรยากาศที่มั่นคง ขนาดของปรากฏการณ์ทางกายภาพนี้เท่ากับน้ำหนักของคอลัมน์อากาศบนฐานที่มีพื้นที่เท่ากับหนึ่ง
ความกดอากาศปกติ - 101 325 Pa (760 mmHg at 0 องศาเซลเซียส). ยิ่งวัตถุสูงจากพื้นผิวโลก ความกดอากาศบนวัตถุก็จะยิ่งต่ำลง ทุกๆ 8 กม. จะลดลง 100 Pa.
ต้องขอบคุณที่พักบนภูเขาแห่งนี้ น้ำในกาต้มน้ำจะเดือดเร็วกว่าที่บ้านบนเตามาก ความจริงก็คือความดันนั้นส่งผลต่อจุดเดือด: เมื่อลดลงส่วนหลังจะลดลง และในทางกลับกัน. การทำงานของเครื่องใช้ในครัวเช่นหม้อความดันและหม้อนึ่งความดันถูกสร้างขึ้นบนสถานที่นี้ ความดันภายในที่เพิ่มขึ้นทำให้เกิดอุณหภูมิในจานสูงกว่ากระทะทั่วไปบนเตา
สูตรความสูงความกดอากาศใช้สำหรับคำนวณความกดอากาศ ดูเหมือนรูปด้านล่าง
P คือค่าที่ต้องการที่ความสูง P0 คือความหนาแน่นของอากาศใกล้พื้นผิว g คือความเร่งการตกอย่างอิสระ h คือความสูงเหนือพื้นโลก m คือ มวลโมลาร์ของแก๊ส t คืออุณหภูมิของระบบ r คือค่าคงที่แก๊สสากลที่ 8.3144598 J⁄(mol x K) และ e คือเลขยูแคลร์เท่ากับ 2.71828
บ่อยครั้งในสูตรความดันบรรยากาศข้างต้น แทนที่จะใช้ R จะใช้ Kคือค่าคงที่โบลต์ซมันน์ ค่าคงที่แก๊สสากลมักแสดงในรูปของผลิตภัณฑ์ด้วยเลขอาโวกาโดร จะสะดวกกว่าสำหรับการคำนวณเมื่อให้จำนวนอนุภาคเป็นโมล
เมื่อทำการคำนวณ คุณควรคำนึงถึงความเป็นไปได้ของการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอากาศอันเนื่องมาจากการเปลี่ยนแปลงของสถานการณ์อุตุนิยมวิทยาหรือเมื่อปีนเขาเหนือระดับน้ำทะเลตลอดจนละติจูดทางภูมิศาสตร์
เกจและเกจสูญญากาศ
ความแตกต่างระหว่างความดันบรรยากาศกับความดันบรรยากาศที่วัดได้เรียกว่าแรงดันเกิน ขึ้นอยู่กับผลลัพธ์ ชื่อของค่าจะเปลี่ยนไป
ถ้าเป็นบวกเรียกว่าแรงดันเกจ
ถ้าผลลัพธ์เป็นเครื่องหมายลบ เรียกว่า สุญญากาศ จำไว้ว่าต้องไม่เกินความกดอากาศ
ส่วนต่าง
ค่านี้คือความแตกต่างของแรงดันที่จุดวัดต่างๆ ตามกฎแล้วจะใช้เพื่อกำหนดแรงดันตกคร่อมอุปกรณ์ใด ๆ โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมน้ำมัน
เมื่อคิดได้แล้วว่าปริมาณทางอุณหพลศาสตร์ชนิดใดที่เรียกว่าความดัน และด้วยสูตรที่พบ เราจึงสรุปได้ว่าปรากฏการณ์นี้มีความสำคัญมาก ดังนั้นความรู้เกี่ยวกับเรื่องนี้จะไม่ฟุ่มเฟือย
