Давление какая величина в физике
Содержание статьи
в физике, в чем измеряется, какой буквой обозначается, формула
Подготовили для вас краткую статью о том, что такое давление, чтобы помочь разобраться и структурировать свои знания по этой теме.
Что такое давление в физике
Давление — скалярная физическая величина, которая характеризует состояние сплошной среды. Равняется пределу соотношения нормальной составляющей силы, действующей на участок поверхности тела площади (S), к размеру данной площади.
Проще говоря, эта мера численно равна силе, оказывающей воздействие на единицу площади поверхности, перпендикулярно к этой поверхности.
Обозначение данной величины на письме — буква (p).
Источник: pixabay.com
В чем измеряется
В международной системе единиц единицей измерения давления является паскаль ((Па)). Паскаль — это ньютон на квадратный метр (( frac{Н}{м^2} ).)
Внесистемными единицами измерения данной величины являются мм рт.ст. (миллиметр ртутного столба), мм.в.ст. (миллиметр водяного столба), атмосфера, бар.
Общая формула
Значение давления находится по формуле:
(p=frac{F}{S} ,)
где (F) — сила, которая действует на поверхность, (S) — площадь этой поверхности.
Основываясь на формуле, можно сделать вывод о том, что чем больше площадь опоры, тем меньше давление, которое воздействует одной и той же силой на эту опору. Это отлично демонстрируется, когда человек на лыжах меньше проваливается в снег, чем тот, который передвигается без них.
Давление, которое производится на жидкость или газ, передается на любую точку равнонаправленно, то есть одинаково в каждом из направлений. Данное утверждение получило название закона Паскаля.
Формула гидростатического давления
Гидростатическое давление — это воздействие столба жидкости в состоянии равновесия на дно, а также стенки сосуда.
Важно понимать:
- давление внутри жидкости на определенном уровне одинаково во всех направлениях. При увеличении глубины давление увеличивается;
- давление столба жидкости не зависит от формы сосуда.
Давление жидкости на дно сосуда обуславливается плотностью жидкости, а также ее высотой столба. Измерить можно по формуле:
(p = gρh)
При данном расчете плотность (ρ) следует считать в килограммах на кубический метр, а высоту столба жидкости (h) — в метрах, (g = 9,8 frac{Н}{кг}), тогда итог будет выражен в паскалях.
Парциальное давление и его формула
Парциальное давление — то, которое имел бы газ, который входит в состав газовой смеси, если бы он один занимал весь объем, который занимает объем смеси при той же температуре.
Давление отдельного газа из смеси находится по формуле:
(p1 = x1p,)
где (p1) — парциональное давление конкретного газа в газовой смеси, (x1) — мольная доля этого газа, а (p) — общее давление газовой смеси.
Также его можно найти следующим образом:
(p1=frac{h2RT}{V})
Здесь (V) — объем смеси, (T) — температура смеси.
Общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений каждого газа в смеси.
(p = p1 + p2 + p3 … + p4)
Формула давления идеального газа
Давление газа на стенки сосуда, а также на помещенное в него тело, возникает благодаря ударам молекул.
Для установления связи между объемом, давлением и температурой существует уравнение Клапейрона-Менделеева. Оно имеет вид:
(pV=nRT)
Здесь (V) — объем, (R) — газовая постоянная, равная (8,31431 frac{Дж}{мольcdotК}) , (T) — температура, (n) — количество молей газа.
Выводы на основе данного уравнения:
- при уменьшении объема газа его давление увеличивается, а при увеличении объема — уменьшается при условии того, что масса и температура газа остаются неизменными;
- давление газа в закрытом сосуде увеличивается при увеличении температуры газа.
Основное уравнение молекулярно-кинетической теории имеет вид:
(p=frac{2}{3}nEk)
Сложно? Обращайтесь за помощью к нашим авторам. Для ФениксХелп нет ничего невозможного.
Источник
просто и понятно о том, как определяется давление
Давление – очень важная физическая величина, играющая огромную роль, как в окружающей природе, так и жизни человека. Внешне незаметное человеческому глазу давление может очень хорошо ощущаться каждым из нас. Особенно хорошо это усвоили люди в возрасте, часто страдающие от повышенного давления (или наоборот от пониженного). Но в нашей статье мы больше поговорим именно о давлении в физике, о том, как оно измеряется и рассчитывается, какие есть формулы для расчетов давления разных субстанций: воздуха, жидкости или твердого тела.
Определение давления в физике
Под давлением в физике понимается термодинамическая величина, выраженная соотношением перпендикулярной силы давления на площадь поверхности, на которую она воздействует. При этом согласно закону Паскаля если система находится в состоянии равновесия, то давление на нее будет одинаковым для всех точек системы.
В физике, как впрочем и химии, давление обозначают большой буквой Р, идущей от латинского слова «pressura» – давление. (В английском языке давление так и осталось почти без изменения – pressure).
Общая формула давления
Из классического определения того, что такое давление можно вывести общую формулу для его расчета. Выглядеть она будет таким образом:
P = F/S
Где F – это сила давления, а S – площадь поверхности на которую она действует. То есть иными словами формула нахождения давления – это сила, воздействующая на определенную поверхность, разделенная на площадь этой самой поверхности.
Как видно из формулы, при расчете давления всегда действует следующий принцип: чем меньше пространство, на которое влияет сила, тем большее количество давящей силы на него приходится и наоборот.
Это можно проиллюстрировать простым жизненным примером: хлеб легче всего порезать острым ножом, потому что у острого ножа заточенное лезвие, то есть площадь поверхности S из формулы у него минимальна, а значит, давление ножа на хлеб будет максимально равно приложенной силе F того кто держит нож. А вот тупым ножом порезать хлеб уже сложнее, так как у его лезвия большая площадь поверхности S, и давление ножа на хлеб будет меньшим, и значит, чтобы отрезать себе кусок хлеба нужно приложить большее количество силы F.
Общая формула давления, по сути, отлично описывает формулу давления твердого тела.
Единицы давления
Согласно стандартам Международной метрической системы давление измеряется в паскалях. Один паскаль из классической формулы равен одному Ньютону (Как мы знаем, Ньютон у нас единица измерения силы) разделенному на один квадратный метр.
Но увы на практике паскаль оказывается очень маленькой единицей и использовать его для измерения давления не всегда удобно, поэтому часто для измерения давления применяют другие единицы:
- Бары – один бар равен 105 паскалей
- Миллиметры водяного столпа
- Метры водяного столпа
- Технические и физические атмосферы
Формула гидростатического давления
Как мы знаем, разные агрегатные состояния вещества, имеют разные физические свойства. Жидкости своими свойствами отличаются от твердых тел, а газы в свою очередь отличаются от них всех. Поэтому вполне логично, что способы определения давления для жидкостей, твердых тел и газов также будут разными. Так, например, формула давления воды (или гидростатического давления) будет иметь следующий вид:
P = p*g*h
Где маленькая p – плотность вещества, g – ускорение свободного падения, h – высота.
В частности эта формула объясняет, почему при погружении водолазов (или батискафа или подводной лодки) на глубину все больше возрастает давление окружающей воды. Также из этой формулы понятно, почему на предмет, погруженный в какой-нибудь кисель, будет воздействовать большее давление, чем на предмет, погруженный просто в воду, так как плотность киселя (p) выше, чем у воды, а чем выше плотность жидкости, тем выше ее гидростатическое давление.
Приведенная нами формула гидростатического давления справедлива не только для жидкостей, но и для газов. Поэтому поднимаясь высоко в горы (где воздух более разрежен, а значит меньшее давление), как и спускаясь в подводные глубины, человек, водолаз или альпинист должен пройти специальную адаптацию, привыкнуть к тому, что на него будет воздействовать другое давление.
Резкая смена давления может привести к кессоной болезни (в случае с водолазами) или к «горной» болезни (в случае с альпинистами). И «кесонка» и «горняшка», как их сленгово называют водолазы и альпинисты, вызвана резкой сменной давления окружающей среды. То есть, если не подготовленный человек начнет вдруг подниматься на Эверест, то он быстро словит «горняшку», а если этот же человек начнет опускаться на дно Мариинской впадины, то гарантировано получит «кесонку». В первом случае причиной будет не адаптация организма к пониженному давлению, а во втором – к повышенному.
Американские водолазы в декомпрессионой камере, призванной подготовить их к глубоководным погружениям и адаптировать организм к высокому давлению океанских глубин.
Парциальное давление и его формула
Хотя формула гидростатического давления применима для газов, но давления для них удобнее вычислять по другой формуле, формуле парциального давления.
Дело в том, что в природе редко встречаются абсолютно чистые вещества, причем это касается как жидкостей, так и газов. Обычно на практике в окружающем мире преобладают различные смеси, и логично, что каждый из компонентов такой смеси может оказывать разное давление, такое разное давление и называют парциальным. Определить парциальное давление просто – оно равно суме давлений каждого компонента рассматриваемой смеси. Отсюда формула парциального давления будет иметь следующий вид:
P = P1+P2+P3
Где P1, P2 и P3 – давления каждого из компонентов газовой смеси, так званный «идеальный газ».
К примеру, чтобы определить давления воздуха обычной формулы гидростатического давления проделанной только с кислородом недостаточно, так как воздух в реальности представляет собой смесь разных газов, где помимо основного компонента кислорода, которым мы все дышим, есть и другие: азот, аргон и т. д.
Такие расчеты нужно проделывать при помощи формулы парциального давления.
Формула давления идеального газа
Также стоит заметить, что давление идеального газа, то есть каждого отдельного из компонентов газовой смеси удобно посчитать по формуле молекулярно-кинетической теории.
P = n*k*T
Где n – концентрация молекул газа, T – абсолютная температура газа, k – постоянная Больцмана (указывает на взаимосвязь между кинетической энергией частицы газа и ее абсолютной температурой), она равна 1,38*10-23 Дж/К.
Приборы для измерения давления
Разумеется, человечество изобрело многие приборы, позволяющие быстро и удобно измерять уровень давления. Для измерения давления окружающей среды, оно же атмосферное давление используют такой прибор как манометр или барометр.
Так выглядит классический барометр для измерения атмосферного давления.
Чтобы узнать артериальное давление у человека, часто служащее причиной недомоганий используется прибор известный большинству под названием неинвазивный тонометр. Таких приборов существует множество разновидностей.
Также биологи в своих исследованиях занимаются расчетами осмотического давления – это давление внутри и снаружи клетки. А метеорологи, в частности по перепадам давления в окружающей среде предсказывают нам погоду.
Рекомендованная литература и полезные ссылки
- Кузнецов В. Н. Давление. Большая Российская Энциклопедия. Дата обращения 27 августа 2016.
- E.R. Cohen et al, «Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry», IUPAC Green Book, 3rd Edition, 2nd Printing, IUPAC & RSC Publishing, Cambridge (2008). — p. 14.
Расчет давления жидкости на дно и стенки сосуда, видео
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.
Источник
чем измеряется давление?
Давление — физическая величина, численно равная силе, действующей на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности. Для обозначения давления обычно используется символ p — от лат.pressūra (давление).
Давление на поверхность может иметь неравномерное распределение, поэтому различают давление на локальный фрагмент поверхности и среднее давление на всю поверхность.
Давление на локальной площади поверхности определяется как отношение нормальной составляющей силы dFn, действующей на этот фрагмент поверхности, к площади этого фрагмента dS:
p = dFn/dS
Среднее давление по всей поверхности есть отношение нормальной составляющей силы Fn, действующей на данную поверхность, к её площади S:
pср = Fn/S
Измерение давления газов и жидкостей выполняется с помощью манометров, дифманометров, вакуумметров, датчиков давления, атмосферного давления — барометрами.
Единицы измерения давления имеют давнюю историю и с учетом разных сред (жидкость, газ, твердое тело) достаточно разнообразны. Приведем основные.
Паскаль
В Международной системе единиц (СИ) измеряется в паскалях (русское обозначение: Па; международное: Pa). Паскаль равен давлению, вызываемому силой, равной одному ньютону, равномерно распределённой по нормальной к ней поверхности площадью один квадратный метр.
1 Па = 1 Н/м2
Один паскаль — небольшое давление. Примерно такое давление создает лежащий на столе листок из школьной тетради. Поэтому очень часто используют кратные единицы давления:
| гектопаскаль (гПа) | 1 гПа = 100 Па = 102 Па |
| килопаскаль (кПа) | 1 кПа = 1′000 Па = 103 Па |
| мегапаскаль (МПа) | 1 МПа = 1′000′000 Па = 106 Па |
Тогда получаем следующее соответствие: 1 МПа = 1 МН/м² = 1 Н/мм² = 100 Н/см².
Также, шкалы приборов для измерения давления могут быть градуированы в величинах Н/м2 или Н/мм2.
Соотношения величин к 1 Па:
| МПа | |
| Бар (bar, бар) | 0,1 |
| Техническая атмосфера (at, ат), кгс/см2 | 10,197 |
| Физическая атмосфера (atm, атм) | 9,8692 |
| Миллиметр ртутного столба (мм рт.ст., mm Hg, Torr, торр) | 7500,6 |
| Метр водяного столба (м вод.ст., m H2O) | 10,197 |
| Фунт-сила на кв. дюйм (psi) | 145,04 |
Ди́на
Ди́на (русское обозначение: дин, международное обозначение: dyn) — единица силы в системе единиц СГС. Одна дина численно равна силе, которая сообщает телу массой в 1 грамм ускорение в один сантиметр в секунду за секунду.
1 дин = 1 г·см/с2 = 10-5 H = 1,0197·10-6 кгс
СГС (сантиметр-грамм-секунда) — система единиц измерения, которая широко использовалась до принятия Международной системы единиц (СИ). Другое название — абсолютная физическая система единиц.
Бар (bar, бар)
Бар (русское обозначение: бар; международное: bar😉 — внесистемная единица измерения давления, примерно равная одной атмосфере, используется для жидкостей и газов, находящихся под давлением.
Почему бар, а не паскаль? Для технических измерений, где присутствует высокое давление, паскаль — слишком мелкая единица. Поэтому ввели единицу более крупную — 1 бар. Приблизительно это давление земной атмосферы.
| 1 бар = | |
| Паскаль (Pa, Па) | 105 Па = 0,1 МПа |
| Физическая атмосфера (atm, атм) | 0,98692 атм |
| кгс/см2 | 1,0197 кгс/см2 |
| Миллиметр ртутного столба (мм рт.ст., mm Hg, Torr, торр) | 750,06 мм рт.ст. |
| дин/см2 | 106 дин/см2 |
Бар — внесистемная единица измерения давления.
| Российская Федерация | Без ограничения срока с областью применения «промышленность». |
| Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ) | Могут временно применяться до даты, установленной национальными предписаниями, но которые не должны вводиться, если они не используются. |
Килограмм-сила
Килограмм-сила равен силе, которая сообщает покоящейся массе, равной массе международного прототипа килограмма, ускорение, равное нормальному ускорению свободного падения (9,80665 м/с2).
1 кгс = 1 кг * 9,80665 м/с2 = 9,80665 Н
Килограмм-сила примерно равна силе, с которой тело массой 1 килограмм давит на весы на поверхности Земли, поэтому удобна тем, что её величина равна весу тела массой в 1 кг, поэтому человеку легко представить, например, что такое сила 5 кгс.
| 1 кгс | = 9,80665 Н | ≈ 10 Н |
| 1 Н | ≈ 0,10197162 кгс | ≈ 0,1 кгс |
| 100 кгс/м2 | ≈ 1 кПа | = 1 кН/м2 |
| 1 лошадиная сила | 75 кгс·м/с |
Килограмм-сила (русское обозначение: кгс или кГ; международное: kgf или kgF) — единица силы в системе единиц МКГСС (Метр — КилоГрамм-Сила — Секунда).
| Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ) | Должны быть изъяты из обращения как можно скорее там, где они используются в настоящее время, и которые не должны вводиться, если они не используются. |
| Российская Федерация | Килограмм-сила и грамм-сила допущены к использованию в качестве внесистемных единиц без ограничения срока действия с областью применения «все области»,, допускаемых к применению в Российской Федерации, используется только в тех случаях, когда количественные значения величин «невозможно или нецелесообразно» выражать в единицах СИ. |
Техническая атмосфера (at, ат), кгс/см2
Техническая атмосфера (русское обозначение: ат; международное: at) — равна давлению, производимому силой в 1 кгс, равномерно распределённой по перпендикулярной к ней плоской поверхности площадью 1 см2. Таким образом,
1 ат = 98 066,5 Па
| Российская Федерация | — |
| Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ) | Должны быть изъяты из обращения как можно скорее там, где они используются в настоящее время, и которые не должны вводиться, если они не используются. |
Физическая атмосфера (atm, атм)
Нормальная, стандартная или физическая атмосфера (русское обозначение: атм; международное: atm) — внесистемная единица, равна давлению столба ртути высотой 760 мм на его горизонтальное основание при плотности ртути 13 595,04 кг/м3, при температуре 0°C и при нормальном ускорении свободного падения 9,80665 м/с2.
1 атм = 760 мм.рт.ст.
В соответствии с определением:
| 1 атм | 101 325 Па |
| 1 атм | 1,033233 ат |
| Российская Федерация | Допущена к использованию в качестве внесистемной единицы с областью применения «все области». |
| Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ) | Должны быть изъяты из обращения как можно скорее там, где они используются в настоящее время, и которые не должны вводиться, если они не используются. |
Миллиметр ртутного столба
Миллиметр ртутного столба (русское обозначение: мм рт.ст.; международное: mm Hg) — внесистемная единица измерения давления, иногда называется «торр» (русское обозначение — торр, международное — Torr) в честь Эванджелисты Торричелли.
1 мм рт.ст. ≈ 133,3223684 Па
| Атмуровень моря | 760 мм рт.ст. |
| 760 мм рт.ст. | 101 325 Па |
| 1 мм рт.ст. | 101 325 / 760 ≈ 133,3223684 Па |
| 1 мм рт.ст. | 13,5951 мм вод.ст. |
Происхождение этой единицы связано со способом измерения атмосферного давления при помощи барометра, в котором давление уравновешивается столбиком жидкости. В качестве жидкости часто используется ртуть, поскольку у неё очень высокая плотность (≈13 600 кг/м3) и низкое давление насыщенного пара при комнатной температуре.
| Российская Федерация | Допущен к использованию в качестве внесистемной единицы без ограничения срока с областью применения «медицина, метеорология, авиационная навигация» |
| Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ) | Могут временно применяться до даты, установленной национальными предписаниями, но которые не должны вводиться, если они не используются. |
Миллиметры ртутного столба используются, например, в вакуумной технике, в метеорологических сводках и при измерении кровяного давления.
В США и Канаде также используется единица измерения «дюйм ртутного столба» (обозначение — inHg). 1 inHg = 3,386389 кПа при 0 °C.
Миллиметр водяного столба
Миллиметр водяного столба (русское обозначение: мм вод.ст., мм H2O; международное: mm H2O) — внесистемная единица измерения давления. Равен гидростатическому давлению столба воды высотой 1 мм, оказываемому на плоское основание при температуре воды 4 °С.
В Российской Федерации допущен к использованию в качестве внесистемной единицы измерения давления без ограничения срока с областью использования «все области».
Источник