От каких физических величин зависит давление
Содержание статьи
Давление для чайников: определение, объяснение простыми словами
Никому не нравится быть под давлением. И не важно, под каким. Об этом спела еще группа Queen вместе с Дэвидом Боуи в своем знаменитом сингле «Under pressure». Что такое давление? Как понять давление? В чем оно измеряется, какими приборами и методами, куда направлено и на что давит. Ответы на эти и другие вопросы – в нашей статье про давление в физике и не только.
Давление в физике
Если преподаватель давит на вас, задавая каверзные задачки, мы сделаем так, чтобы вы смогли верно на них ответить. Ведь понимание самой сути вещей – ключ к успеху! Итак, что такое давление в физике?
По определению:
Давление – скалярная физическая величина, равная силе, действующей на единицу площади поверхности.
В международной системе СИ измеряется в Паскалях и обозначается буквой p. Единица измерения давления – 1 Паскаль. Русское обозначение – Па, международное – Pa.
Согласно определению, чтобы найти давление, нужно силу разделить на площадь.
Любая жидкость или газ, помещенный в сосуд, оказывает на стенки сосуда давление. Например, борщ в кастрюле действует на ее дно и стены с некоторым давлением. Формула определения давления жидкости:
где g – ускорение свободного падения в гравитационном поле земли, h – высота столба борща в кастрюле, греческая буква «ро» – плотность борща.
Одно из важнейших свойств жидкостей — изотропность. Это значит, что по закону Паскаля во всех направлениях жидкости производимое ею давление передается одинаково. Кстати, подробнее о жидкостях, их свойствах и движении читайте в нашем материале про уравнение Бернулли.
Наиболее распространенный в быту прибор для определения давления – барометр. Но в чем измеряют давление? Кроме паскаля существуют и другие внесистемные единицы измерения:
- атмосфера;
- миллиметр ртутного столба;
- миллиметр водяного столба;
- метр водяного столба;
- килограмм-сила.
В зависимости от контекста применяются разные внесистемные единицы.
Например, когда вы слушаете или читаете прогноз погоды, там и речи не идет о паскалях. Говорят о миллиметрах ртутного столба. Один миллиметр ртутного столба – это 133 Паскаля. Если вы ездите за рулем, то наверное знаете, что нормальное давление в колесах легкового автомобиля — около двух атмосфер.
Давление в шинах — это давление газа. Оно обусловлено столкновениями молекул воздуха с поверхностью шины
Атмосферное давление
Атмосфера – это газ, точнее, смесь газов, которая удерживается у Земли благодаря гравитации. Атмосфера переходит в межпланетное пространство постепенно, а ее высота – примерно 100 километров.
Как понимать выражение «атмосферное давление»? Над каждым квадратным метром земной поверхности находится стокилометровый столб газа. Конечно, воздух прозрачен и приятен, но у него есть масса, которая давит на поверхность земли. Это и есть атмосферное давление.
Нормальное атмосферное давление принято считать равным 101325 Па. Это давление на уровне мирового океана при температуре 0 градусов Цельсия. Такое же давление при этой же температуре оказывает на свое основание столб ртути высотой 766 миллиметров.
Чем больше высота над уровнем моря, тем ниже атмосферное давление. Например, на вершине горы Джомолунгма оно составляет всего одну четвертую от нормального атмосферного давления.
Эверест. На его вершине давление в 4 раза меньше, чем у подножия
Артериальное давление
Еще один пример, где мы сталкиваемся с давлением в повседневной жизни – это измерение кровяного давления.
Артериальное давление – это кровяное давление, т.е. давление, которое кровь оказывает на стенки сосудов, в данном случае – артерий.
Если вы измерили артериальное давление и оно у вас 120 на 80, то все хорошо. Если 90 на 50 или 240 на 180, то вам уже точно будет неинтересно разбираться, в чем это давление измеряется и что это вообще значит.
Артериальное давление — давление крови на стенки артерий
Тем не менее, возникает вопрос: 120 на 80 чего именно? Паскалей, миллиметров ртутного столба, атмосфер или еще каких-то единиц измерения?
Артериальное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба. Оно определяет превышение давления жидкости в кровеносной системе над атмосферным давлением.
Кровь оказывает давление на сосуды и тем самым компенсирует действие атмосферного давления. Будь иначе, нас бы просто раздавило огромной массой воздуха над нами.
Но почему в измерении артериального давления две цифры?
Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
Дело в том, что кровь движется в сосудах не равномерно, а толчками. Первая цифра (120) называется систолическим давлением. Это давление на стенки сосудов в момент сокращения сердечной мышцы, его величина – наибольшая. Вторая цифра (80) определяет наименьшее значение и называется диастолическим давлением.
При измерении фиксируются значения систолического и диастолического давлений. Например, для здорового человека типичное значение артериального давления составляет 120 на 80 миллиметров ртутного столба. Это означает, что систолическое давление равно 120 мм. рт. ст., а диастолическое – 80 мм рт. ст. Разница между систолическим и диастолическим давлениями называется пульсовым давлением.
Физический вакуум
Вакуум – это отсутствие давления. Точнее, практически полное его отсутствие. Абсолютный вакуум является приближением, как идеальный газ в термодинамике и материальная точка в механике.
В зависимости от концентрации вещества различают низкий, средний и высокий вакуум. Наилучшее приближение к физическому вакууму – космическое пространство, в котором концентрация молекул и давление минимальны.
В космосе наблюдается почти полное отсутствие давления
Давление – основной термодинамический параметр состояния системы. Определить давление воздуха или другого газа можно не только по приборам, но и пользуясь уравнениями, формулами и законами термодинамики. А если у вас нет времени разбираться, студенческий сервис поможет решить любую задачу на определение давления.
Источник
Урок Давление. Единицы давления
Урок Давление. Единицы давления
Цель урока: ввести новую физическую величину «давление» и единицы измерения; определить способ нахождения давления; показать учащимся значение, которое имеет давление одного тела на другое в природе, быту, технике; развитие интересов и способностей учащихся на основе передачи им знаний по теме «Давление твёрдых тел».
Методические цели урока:
Образовательные:сформировать общее представление о давлении твердых тел; определить способ его нахождения; ввести единицу давления 1 Па.
Развивающие: развитие речи, мышления; способность наблюдать, выделять существенные признаки объектов, выдвигать гипотезы, строить план эксперимента.
Воспитательные: формировать познавательный интерес, логическое мышление, формировать познавательную мотивацию осознанием ученика своей значимости в образовательном процессе.
Тип урока: урок изучения и первичного закрепления новых знаний.
Ход урока
1.Организационный этап
Приветствие учителя. Подготовка учащихся к работе на уроке: готовность класса и оборудования. Проверка наличия учебных принадлежностей. Проверка присутствующих. Запись домашнего задания.
2. Анализ результатов контрольной работы
Анализ результатов контрольной работы по теме «Взаимодействие тел»
3.Этап актуализации знаний
Фронтальный опрос
Что такое сила?
В каких единицах измеряется сила?
Перечислите признаки действия силы на тело.
Укажите название прибора для определения силы.
Какие силы вы знаете?
Как направлены силы: сила тяжести, сила упругости, вес тела, сила трения?
Дайте определение для каждой из перечисленных сил.
В чем различия между силой тяжести и весом тела?
4. Этап постановки целей и задач урока
Проблемная ситуация.
В повседневной жизни мы часто сталкиваемся с такими выражениями:
Давление резко падает. Возможны осадки.
Защитники команды “Динамо” не выдержали давление нападающих “Спартака”.
У больного внезапно повысилось давление.
«Наутилус» скользнул в бездонные глубины, несмотря на огромное давление внешней среды.
Это была женщина, — сказал комиссар Мегре и добавил: — Только тонкий каблук женских туфель мог произвести такое большое давление.
Во всех этих предложениях слово «давление» использовано в разных ситуациях и имеет разный смысл.
Наша сегодняшняя цель – разобраться, что в физике понимают под словом давление.
Если мы выдвинем гипотезу, что давление – физическая величина, то опытным путем мы должны будем установить, от чего оно зависит, вывести расчетную формулу и единицы измерения. Затем на практике проверить наше знание.
Как вы думаете, какая цель будет стоять перед нами на этом уроке?
Цель, которую мы ставим сегодня перед собой: рассмотреть новое понятие – давление, дать определение этой физической величины, как обозначается, какие существуют единицы измерения, ввести формулу для расчёта давления, выяснить от каких физических величин она зависит, а также выяснить значение, которое имеет давление одного тела на другое в природе, быту, технике.
Откройте свои рабочие тетради и запишите тему сегодняшнего урока «Давление. Единицы давления».
5. Этап усвоение новых знаний и способов действий
В начале урока мы обсуждали вопросы, связанные с силой:
1.Что такое сила? Сила – мера взаимодействия тел.
2. Давайте вспомним, от чего зависит результат действия силы на тело? От модуля силы (числового значения); от направления действия силы; от точки приложения.
Рассмотрим пример, когда результат действия силы зависит от числового значения (модуля) этой силы.
Опыт 1. Положить линейку на две опоры, а на линейку поставить гирю, массой 100г, затем – гирю массой 200г. Замечаем, что чем больше вес груза, тем сильнее деформируется линейка.
Давайте посмотрим, от чего еще может зависеть результат действия силы. Примеры: человек идёт по рыхлому снегу. Когда ему легче идти – в обычной обуви или на лыжах? Вес мальчика будет одним и тем же, а результат действия на снег – разным: в обычной обуви он глубоко проваливается в снег, а на лыжах он не проваливается.
Опыт 2. На влажный песок ставим стакан и нагружаем его гирей: стакан почти не проваливается в песок. После этого ставим стакан дном вверхи вновь кладём на него тот же груз. Стакан значительно погружается в песок.
Вывод: результат действия силы зависит как от величины, так и площади той поверхности, на которую она действует.
Для характеристики результата действия силы давления на опору надо учитывать как величину силы давления, так и величину площади опоры. Для этой цели вычисляют значение силы, приходящейся на единицу площади опоры.
Физическая величина, равная отношению модуля силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности, называется давлением.
Чтобы определить давление, надо силу давления, действующую перпендикулярно поверхности, разделить на площадь поверхности.
Введём буквенное обозначение:
p– давление; F – сила давления; S – площадь опоры.
Формула для расчёта давления твёрдого тела на опору: p =
В данной формуле используется сила давления. Что это такое? По своей природе это сила упругости, т.к. под действием этой силы происходит деформация опоры. Главной особенностью этой силы является то, что она должна быть перпендикулярна поверхности, на которую действует. Сила давления – это сила, которая действует на любую поверхность, перпендикулярно этой поверхности. При этом сила давления может быть направлена и горизонтально и вертикально, в зависимости от условия задачи. Если сила давления приложена к опоре и направлена вертикально вниз, то это есть вес тела.
За единицу давления принимается такое давление, которое производит сила в 1Н, действующая на поверхность площадью 1 м2 перпендикулярно поверхности.
[p] =[]=[Па]
6. Этап обобщения и закрепления нового материала
1.Решение качественных задач
Почему у рюкзака широкие лямки?
Какая обувь наиболее подходит для походов по разной местности? Почему?
Почему летом на асфальте часто остаются следы женских каблучков?
Почему роза колется?
2.Решение задач
1.Выразите в паскалях (кПа) давление: 0,05; 0,4; 20.
0,05==500Па=0,5кПа
0,4==4000Па=4кПа
20==200000Па=200кПа
Л.№ 452
Дано:
СИ
Решение:
S =320см2
m = 48 кг
g =9,8
0,032м2
1. p = , где F=P
2. P = g •m,
3. p = =
4. [P]= []= []=[Па]
5.p = =14700(Па) ≈15000(Па)
P –?
Задача 1.Рабочий нажимает на лопату силой 800Н. Какое давление оказывает лопата на почву, если ширина лезвия 25 см, а толщина режущего края 0, 4 мм?
Дано:
СИ
Решение:
a = 25см
b = 0,4 мм
F = 800 H
0,25м
0,0004м
1. p = , где S=a·b
2. p = =
3. [P]= []= []=[Па]
4.p = =8000000(Па) = 8000кПа
P –?
7. Рефлексия
Что вам понравилось на сегодняшнем уроке?
Что не понравилось?
Достигли ли Вы тех целей, которые поставили в начале урока?
А теперь давайте выставим оценки.
Домашнее задание: §33, 34 , упр. 12(1,2,3)
Резерв урока: Экспериментальное задание
«Определение давления твёрдых тел»
Цель: усвоение способа практического расчета давления твёрдых тел.
Форма работы: индивидуальная, работа в парах.
Метод по характеру познавательной деятельности: исследовательский.
1.Определите давление учебника на стол.
2.Определите площадь опоры учебника, измерив длину и ширину учебника при помощи линейки.
3.Определите вес учебника при помощи динамометра.
4.Рассчитайте давление.
5.Определение давления бруска на стол (сначала широкой части, затем узкой).
6.Сделайте вывод.
7.Отчего зависит давление?
Следующие задачи решаются индивидуально:
На оценку «3»:
Вариант 1
Рассчитать давление, производимое на пол мальчиком, под действием силы тяжести 420 Н, площадь подошв ботинок равна 0,03 м2.
Ответ: 14000 Па (14 кПа)
Вариант 2
Рассчитать давление, производимое на пол мальчиком, под действием силы тяжести 500 Н, площадь подошв ботинок равна 0,04 м2.
Ответ: 12500 Па (12,5 кПа)
На оценку «4»:
Вариант 1
Учебник лежит на столе, и его опорная площадь составляет 300 см2. Определите давление, производимое этим учебником на стол, если его вес равен 0,9 мН.
Вариант 2
Пудовая гиря стоит на полу, и ее опорная площадь составляет 150 см2. Определите давление, производимое этой гирей на пол, если ее вес равен 0,16 кН.
На оценку «5»:
Вариант 1
Упр. 12.2 (стр. 80 учебника)
Вариант 2
Упр. 12.4 (стр. 80 учебника)
Источник
что это, единица измерения, от чего зависит, как вычислить, формулы МКТ
Давление газа — что это за параметр
Определение
Давление в физике представляет собой один из трех ключевых термодинамических макроскопических характеристик для измерения любой газовой системы.
Определение
Газ — это одно из четырех, включая плазму, агрегатных состояний материи, характеризующееся очень слабыми связями между составляющими его частицами, а также их большой подвижностью.
В газообразной среде частицы в определенной концентрации расположены не упорядоченно и перемещаются в хаотичном порядке в разных направлениях с одинаковой вероятностью. Подобное строение не позволяет газам сохранять стабильность объема и формы даже при малом внешнем силовом воздействии. Для любого газа, включая одноатомный, значение средней кинетической энергии его частиц в виде атомов и молекул будет превышать энергию межмолекулярного взаимодействия между ними.
Кроме того, расстояние, на которое удалены частицы, значительно превышает их собственные размеры. В том случае, когда молекулярными взаимодействиями и габаритами частиц допускается пренебрегать, газ считают идеальным. Для такой формы материи характерен только один тип внутреннего взаимодействия в виде упругих столкновений. Так как размер частиц пренебрежимо мал по сравнению с расстоянием, на которое они удалены, вероятность столкновений частиц между собой будет низкой.
Примечание
По этой причине в идеальной газовой среде можно наблюдать лишь столкновения частиц со стенками сосуда. Какой-либо реальный газ с хорошей точностью можно отнести к идеальному, когда их температура выше, чем комнатная, а давление несущественно больше, чем атмосферное.
Причина возникновения давления в газах
Давление газа нельзя объяснить теми же причинами, что и давление твердого тела на опору. Расстояние, на которое удалены молекулы газообразной среды, существенно больше. В результате хаотичного движения они сталкиваются между собой и со стенками сосуда, который они занимают. Давление газа на стенки сосуда и вызвано ударами его молекул.
Данный параметр увеличивается по мере того, как нарастает сила ударов молекул о стенки. Газ характеризуется одинаковым давлением во всех направлениях, которое является следствием хаотичного движения огромного числа молекул.
Примечание
Важно отметить, что газ оказывает давление на дно и стенки сосуда, объем которого он занимает, во всех направления равномерно. В связи с этим, воздушный шарик сохраняет форму, несмотря на то, что его оболочка достаточно эластична.
Перед тем как транспортировать или отправить на хранение газообразные вещества, их сильно сжимают. В этом случае давление газа увеличивается. Его помещают в специальные баллоны из стали высокой прочности. Такие емкости необходимы для хранения сжатого воздуха на подводных лодках и кислорода, предназначенного для сварки металлов.
Свойства давления газа:
- Если объем уменьшается, то давление газа возрастает, а во время увеличения объема, давление будет снижаться при постоянных величинах массы и температуры вещества.
- Газ, находящийся в закрытом сосуде, характеризуется давлением, которое возрастает по мере увеличения температуры вещества при условии постоянства его массы и объема.
- В том случае, когда масса газа увеличивается, его давление также будет возрастать и наоборот.
Запись формул для определения давления газа начинают с выяснения причин, по которым оно возникает в рассматриваемой системе. Исходя из физического смысла, давление представляет собой величину, равную отношению силы, перпендикулярно воздействующей на некоторое основание, к площади этого основания:
(P=frac{F}{S})
Как было отмечено ранее, для идеальной газовой системы характерен лишь один тип взаимодействия — это абсолютно упругие столкновения. В процессе частицы передают количество движения Δp стенкам сосуда в течение времени соударения Δt. В данном случае применим второй закон Ньютона:
(F*Δt = Δp)
Таким образом, конкретно сила F является причиной формирования давления на стенки сосуда. Данная величина F, производимая одной частицей, незначительна. Однако, когда количество частиц огромно, они в совокупности создают ощутимый эффект, проявляемый в виде наличия давления в сосуде.
Формула давления идеального газа из молекулярно-кинетической теории
Объяснение концепции идеального газа построено на основных положениях молекулярно-кинетической теории, которая вытекает из принципов статистической механики. Наука получила активное развитие во второй половине XIX, благодаря таким ученым, как Джеймс Максвелл и Людвиг Больцман. Основы дисциплины были заложены еще Бернулли в первой половине XVIII века.
Исходя из статистики Максвелла-Больцмана, все частицы в системе обладают разными скоростями движения. При этом можно наблюдать небольшой процент частиц со скоростями, приближенными к нулю, и малую долю частиц, обладающих огромной скоростью. Средняя квадратичная скорость в этом случае будет соответствовать некоторой величине, не изменяющейся с течением времени.
Средняя квадратичная скорость частиц однозначно характеризует температуру газа. Используя приближения молекулярно-кинетической теории в виде невзаимодействующих безразмерных и хаотично движущихся частиц, получают формулу для расчета давления газа в сосуде:
(P=frac{N*m*v^{2}}{3*V})
где N является количеством частиц в системе; V обозначает объем; v представляет собой среднюю квадратичную скорость; m является массой одной частицы.
При наличии указанных в формуле параметров, выраженных в единицах СИ, можно вычислить давление газа в сосуде.
Второй способ записи основного уравнения МКТ
Определение
В середине 30-х годов XIX столетия французскому инженеру Эмилю Клапейрону удалось обобщить накопленный до этого времени экспериментальный опыт изучения поведения газов во время разнообразных изопроцессов и получить формулу, которую в будущем назвали универсальным уравнением состояния идеального газа:
(P*V = n*R*T )
n является количеством вещества в молях; T представляет собой температуру по абсолютной шкале и обозначается в кельвинах.
Величина R является универсальной газовой постоянной. Этот термин был введен в уравнение русским химиком Д.И. Менделеевым. Исходя из этого, запись уравнения называют законом Клапейрона-Менделеева.
Определение
С помощью данного выражения можно определить формулу для расчета давления газа:
(P=frac{n*R*T}{V})
Полученное уравнение объясняет линейный рост давления при увеличении температуры в условиях стабильности объема. Если объем уменьшается с сохранением температуры, то давление увеличивается по гиперболе. Данные закономерности явления отражены в законах Гей-Люссака и Бойля-Мариотта.
Сравнивая представленное выражение с записью формулы, которая вытекает из положений молекулярно-кинетической теории, можно установить связь кинетической энергии одной частицы, либо системы в общем, и абсолютной температуры.
Важно отметить, что при расчетах с использованием формулы для Р, вытекающей из уравнения Клапейрона, связь с химическим составом газа отсутствует. Если давление определяют с помощью выражения, согласно понятию молекулярно-кинетической теории, то данную связь следует учитывать в виде параметра m. В том случае, когда определяют давление смеси идеальных газов, применяют один из следующих методов:
- Расчет средней массы частиц m, либо среднего значения молярной массы М с учетом атомных процентов каждого газа в смеси.
- Применение закона Дальтона, согласно которому давление в системе равно сумме парциальных давлений всех ее компонентов.
Пример
Предположим, что молекулы кислорода движутся со средней скоростью в 500 м/с. Требуется рассчитать, каково давление в сосуде, объем которого равен 10 литров, содержащий 2 моль молекул.
Для того чтобы найти ответ, следует применить формулу для Р из молекулярно-кинетической теории:
(P=frac{N*m*v^{2}}{3*V})
Из-за неизвестных параметров m и N требуется выполнить некоторые преобразования формулы:
(m=frac{M}{NA})
(n=frac{N}{NA})
(m*N= M*n)
(P=frac{M*n*v^{2}}{3*V})
Таким образом, удельный объем сосуда в кубических метрах равен 0,01. Молярная масса молекулы кислорода М составляет 0,032 кг/моль. Данные параметры можно подставить в уравнение вместе со скоростью и количеством вещества. Тогда Р = 533333 Па, что представляет собой давление в 5,3 атмосферы.
Источник