Kuinka laskea kaasun paine. Miten ihanteellisen kaasun paine muuttuu?

Kysymys 1

Tieto- ja viestintätekniikan keskeiset säännökset ja niiden kokeellinen perustelu.

1. Kaikki aineet koostuvat molekyyleistä, ts. niillä on erillinen rakenne, molekyylit erotetaan toisistaan rakoilla.

2. Molekyylit ovat jatkuvassa satunnaisessa (kaaoottisessa) liikkeessä.

3. Kehon molekyylien välillä on vuorovaikutusvoimia.

Brownin liike?.

Brownin liike on kaasussa suspendoituneiden hiukkasten jatkuvaa satunnaista liikettä.

Molekyylien vuorovaikutuksen voimat?.

Sekä vetovoima että hylkiminen vaikuttavat samanaikaisesti molekyylien välillä. Molekyylien vuorovaikutuksen luonne on sähkömagneettinen.

Molekyylien kineettinen ja potentiaalinen energia?.

Atomit ja molekyylit ovat vuorovaikutuksessa ja siksi niillä on potentiaalienergia E p.

Potentiaalista energiaa pidetään positiivisena, kun molekyylit hylkivät, ja negatiivisena, kun ne vetäytyvät.

Kysymys 2

Molekyylien ja atomien mitat ja massat

Mikä tahansa aine koostuu hiukkasista, joten aineen määrän v (nu) katsotaan olevan verrannollinen kehon sisältämien hiukkasten eli rakenneosien lukumäärään.

Aineen määrän yksikkö on mooli. Mooli on aineen määrä, joka sisältää yhtä monta minkä tahansa aineen rakenneelementtiä kuin on atomeja 12 grammassa C12-hiiltä. Aineen molekyylien määrän suhdetta aineen määrään kutsutaan Avogadro-vakioksi:

NA =N/v(nu); N A = 6,02 * 10 23 mol -1

Avogadro-vakio osoittaa, kuinka monta atomia ja molekyyliä sisältyy yhteen mooliin ainetta. Moolimassa - aineen yhden moolin massa, joka on yhtä suuri kuin aineen massan suhde aineen määrään:

Moolimassa ilmaistaan kg/mol. Kun tiedät moolimassan, voit laskea yhden molekyylin massan:

m 0 \u003d m / N \u003d m / v (nu) N A \u003d M / N A

Molekyylien keskimassa määritetään yleensä kemiallisin menetelmin, Avogadro-vakio on määritetty suurella tarkkuudella useilla fysikaalisilla menetelmillä. Molekyylien ja atomien massat määritetään huomattavalla tarkkuudella massaspektrografin avulla.

Molekyylien massat ovat hyvin pieniä. Esimerkiksi vesimolekyylin massa: m = 29,9 * 10 -27

Molekyylimassa on suhteessa suhteelliseen molekyylimassaan Mg. Suhteellinen molekyylipaino on arvo, joka on yhtä suuri kuin tietyn aineen molekyylin massan suhde 1/12 C12-hiiliatomin massasta. Jos aineen kemiallinen kaava tunnetaan, sen suhteellinen massa voidaan määrittää käyttämällä jaksollista taulukkoa, joka kilogrammoina ilmaistuna näyttää tämän aineen moolimassan suuruuden.

Avogadron numero

Avogadron luku, Avogadron vakio on fysikaalinen vakio, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin määrättyjen rakenneyksiköiden (atomit, molekyylit, ionit, elektronit tai muut hiukkaset) lukumäärä 1 moolissa ainetta. Määritelty atomien lukumääräksi 12 grammassa (täsmälleen) puhdasta hiili-12-isotooppia. Sitä kutsutaan yleensä nimellä N A, harvemmin L

N A = 6,022 140 78(18)×1023 mol-1.

Myyrien lukumäärä

Mooli (symboli: mol, kansainvälinen: mol) on aineen määrän mittayksikkö. Vastaa aineen määrää, joka sisältää N A -hiukkasia (molekyylejä, atomeja, ioneja tai mitä tahansa muita identtisiä rakenteellisia hiukkasia). N A on Avogadron vakio, joka on yhtä suuri kuin atomien lukumäärä 12 grammassa hiilinuklidia 12C. Siten hiukkasten lukumäärä minkä tahansa aineen yhdessä moolissa on vakio ja yhtä suuri kuin Avogadron luku N A .

Molekyylin nopeus

aineen tila

Aggregaattitila - aineen tila, jolle ovat ominaisia tietyt laadulliset ominaisuudet: kyky tai kyvyttömyys ylläpitää tilavuutta ja muotoa, pitkän ja lyhyen kantaman järjestyksen olemassaolo tai puuttuminen ja muut. Aggregaatiotilan muutokseen voi liittyä hyppymäinen muutos vapaassa energiassa, entropiassa, tiheydessä ja muissa fysikaalisissa perusominaisuuksissa.

Aggregaatiossa on kolme päätilaa: kiinteä, nestemäinen ja kaasu. Joskus ei ole täysin oikein luokitella plasmaa aggregaatiotilaksi. On muitakin aggregaatiotiloja, esimerkiksi nestekiteitä tai Bose-Einstein-kondensaattia.

Kysymys 3

Ihanteellinen kaasu, kaasunpaine

Ihanteellinen kaasu on kaasu, jossa molekyylien välillä ei ole vuorovaikutusvoimaa.

Kaasun paine johtuu molekyylien vaikutuksista. Painevoimaa 1 sekunnin ajan yksikköpinnalla kutsutaan kaasupaineeksi.

P – kaasun paine [pa]

1 mmHg Taide. =133 Pa

P 0 (ro) \u003d 101325 Pa

P = 1/3*m 0 *n*V 2- MKT:n perusyhtälö

n - molekyylien pitoisuus [m -3]

n = N/V- molekyylien pitoisuus

V 2 - neliönopeuden keskiarvo

P= 2/3*n*E K perusyhtälöt

P = n*k*T MKT

E K - liike-energia

E K = 3/2kT(kT-kote)

Kaasumaista ainetta jakavan järjestelmän valinta kriteerin mukaan, joka arvioi painetta, vähennystasoa ja kaasuputkia (voivat olla rengas-, umpikuja- ja sekakaasuputkia) jakavien järjestelmien rakentamisen periaatteita, perustuu taloudellisuuteen. virheitä ja teknisiä ominaisuuksia. Ottaen huomioon kuluttavan kaasun tason tilavuus, rakenteelliset vivahteet ja tiheysominaisuudet, kaasunsyöttöjärjestelmän luotettavuus ja turvallinen tila, lisäksi paikalliset rakennukset ja käyttöominaisuudet.

Kaasuputkien tyypit

Kaasuputkijärjestelmät, jotka liittyvät niiden läpi liikkuvan kaasumaisen aineen painetasoihin, jaetaan seuraaviin tyyppeihin:

1. Kaasuputken rakenne, jossa esiintyy ensimmäisen luokan korkea paine kaasuaineen käyttöpaineen ollessa 0,71,3 MPa luonnonaineelle ja kaasu-ilmaseokselle ja enintään 1,7 MPa nestekaasulle;

2. Kaasuputki, jossa on toisen luokan korkea painetaso paineolosuhteissa 0,40,7 MPa:n sisällä;

3. Kaasuputkirakenteen, jossa on keskipainemittarit, käyttöpaine on 0,0060,4 MPa;

4. Matalan paineen kaasukanavan painetaso jopa 0,006 Mpa.

Kaasunsyöttöjärjestelmien tyypit

Kaasunsyöttöjärjestelmä voi olla seuraavan tyyppinen:

1. Yksitasoinen, jossa kaasu toimitetaan kuluttajille vain kaasuputkituotteen kautta, jolla on samat paineindikaattorit (joko alhaisilla tai keskitasoisilla indikaattoreilla);

2. Kaksitasoinen, jossa kaasua syötetään kuluttajapiirille kaasuputkirakenteen kautta kahdella eri painetyypillä (keskitason-matalan tai keskikorkean tason 1 tai 2 indikaattorit tai luokan 2 korkeat indikaattorit matalat);

3. Kolmitasoinen, jossa kaasumaisen aineen kulku suoritetaan kaasuputken läpi kolmella paineella (korkea ensimmäinen tai toinen taso, keskitaso ja matala);

4. Monitasoinen, jossa kaasu liikkuu kaasulinjoja pitkin neljällä paineella: korkea 1 ja 2 taso, keskitaso ja matala.

Kaasunsyöttöjärjestelmään sisältyvät eripaineiset kaasuputkistojärjestelmät on kytkettävä hydraulisella murtamisella, KDD.

Kaasuputkista erillään olevissa teollisissa lämpölaitteistoissa ja kattilalaitteistoissa on hyväksyttävää käyttää kaasuainetta, jonka paine on enintään 1,3 MPa, edellyttäen, että tällaiset paineilmaisimet ovat välttämättömiä teknisen prosessin erityispiirteiden vuoksi. Kaasuputkijärjestelmää, jonka paineindeksi on yli 1,2 MPa, on mahdotonta asentaa monikerroksiseen asuinrakennukseen asutulla alueella, alueilla, joilla on julkisia tiloja, paikkoihin, joissa on suuri määrä ihmisiä, esimerkiksi tori, stadion, ostoskeskus, teatterirakennus.

Nykyiset kaasunsyöttöjohtojen jakelujärjestelmät koostuvat monimutkaisesta monimutkaisesta rakenteiden koostumuksesta, joka puolestaan muodostuu peruselementeistä, kuten kaasurengas-, umpikuja- ja sekaverkoista, joissa on matala-, keski- ja korkeapaineindikaattorit. Ne asetetaan kaupunkialueille, muihin asutuskohteisiin, kaupunginosien tai rakennusten sydämeen. Lisäksi ne voidaan sijoittaa kaasunjakeluaseman, kaasun ohjauspisteen ja asennuksen, viestintäjärjestelmän, automaattisten asennusjärjestelmien ja telemekaanisten laitteiden reiteille.

Koko rakenteen on varmistettava kuluttajakaasun toimitus ilman ongelmia. Suunnitelmassa tulee olla irrotuslaite, joka on suunnattu sen yksittäisiin osiin ja kaasuputken osiin korjausta ja hätätilanteiden poistamista varten. Se tarjoaa muun muassa kaasumaisten aineiden ongelmattoman kuljetuksen kaasua kuluttaville henkilöille, sillä on yksinkertainen mekanismi, turvallinen, luotettava ja kätevä toiminta.

Koko alueen, kaupungin tai kylän kaasuhuolto on suunniteltava kaavapiirustusten ja alueen layoutin, kaupungin yleiskaavan perusteella ottaen huomioon pitkän aikavälin kehitys. Kaikkia kaasunsyöttöjärjestelmän elementtejä, laitteita, mekanismeja ja keskeisiä osia tulee käyttää samoin.

Kaasuputken (rengas, umpikuja, seka) rakentamisen jakelujärjestelmä ja periaatteet kannattaa valita teknisen ja taloudellisen selvitystoiminnan perusteella ottaen huomioon kaasun kulutuksen määrä, rakenne ja tiheys.

Valitun järjestelmän tulee olla taloudellisesti tehokkain, ja sen tulee sisältää rakennusprosesseja ja pystyä saattamaan kaasunsyöttöjärjestelmän osittain käyttöön.

Kaasuputkien luokitus

Kaasunsyöttöjärjestelmän pääosat ovat kaasuputkirakenteet, joiden tyypit ovat kaasunpaineen ja käyttötarkoituksen mukaan. Riippuen korkeimmista kuljetettavista kaasunpaineindikaattoreista, kaasuputkien rakenteet jaetaan seuraaviin:

1. Kaasuputken rakenne, jossa on korkea ensimmäisen tason paine yli 0,7 MPa:n kaasumaisten aineiden paineissa, SGU:lle enintään 1,7 MPa;

2. Kaasuputkituote, jossa on toisen tason korkeapainemerkit yli 0,4 MPa:n ja enintään 0,7 MPa:n alueella;

3. Johdin, jonka paineilmaisimien keskimääräinen taso on yli 0,005 MPa ja vaihteluväli 0,4 MPa asti;

4. Alhainen suorituskyky, nimittäin jopa 0,004 MPa.

Matalapainemerkeillä varustettua kaasuputkijärjestelmää käytetään kaasun siirtämiseen asuinrakennuksiin ja julkisiin rakennuksiin, ravintoloihin sekä kattilahuoneisiin ja kotitalousyrityksiin. Pienten kuluttajalaitteistojen ja kattilahuoneiden liittäminen matalapaineiseen kaasuputkijärjestelmään on sallittua. Mutta suuria laitoksia ei pidä liittää linjoihin, joissa on matalapaineilmaisimet, koska ei ole järkevää siirtää suurta määrää kaasua sen läpi, sillä ei ole taloudellista hyötyä.

Kaasuputkirakenne keski- ja korkeapainemoodilla on suunniteltu virtalähteeksi kaupungin matala- ja keskipaineiseen jakeluverkkoon teollisuuspajojen ja yleishyödyllisten laitosten kaasuputkeen.

Kaupungin korkeapainekaasujohtoa pidetään päälinjana, joka ruokkii valtavaa kaupunkia. Se on tehty valtavaksi, puolirenkaaksi tai sillä on säteittäinen ulkonäkö. Sen kautta kaasuaine toimitetaan hydraulisella murtamisella verkkoon keskitasolla ja korkealla tasolla, lisäksi suurille teollisuusyrityksille, joiden teknologinen prosessi olettaa kaasun läsnäolon, jonka toimintatila on yli 0,8 MPa.

Kaupungin kaasunjakelujärjestelmä

Kaasunpaineen indikaattorit putkilinjassa 0,003 MPa asti

Kaupungin kaasunjakelujärjestelmä on vakava mekanismi, joka sisältää tilat, tekniset laitteet ja putkistot, jotka varmistavat kaasun kulkeutumisen määränpäähän ja jakavat sen yritysten, laitosten, kuluttajien kesken kysynnän perusteella.

Se sisältää seuraavat mukavuudet:
1. Kaasuverkko matalan, keskitason ja korkean ilmaston kanssa;

2. Kaasun valvonta-asema;

3. Kaasun valvontapiste;

4. Kaasunohjauslaitteet;

5. Ohjauslaite ja automaattinen ohjausjärjestelmä;

6. Lähetyslaitteet;
7. Käyttöjärjestelmä.

Kaasumaisen aineen syöttö tulee kaasuputken kautta kaasunvalvontaasemien kautta suoraan kaupungin kaasulinjaan. Kaasunjakeluasemalla painelukemat laskevat säätimen automaattisten venttiilien avulla ja pysyvät muuttumattomina kaupunkien kulutuksen edellyttämällä tasolla koko ajan. Tekniset asiantuntijat sisällyttävät GDS-järjestelmään järjestelmän, joka tarjoaa automaattisesti suojan. Lisäksi se takaa paineilmaisimien ylläpidon kaupunkiradalla ja varmistaa myös, että ne eivät ylitä sallittua tasoa. Kaasunvalvonta-asemilta kaasuaine saapuu kaasuputken kautta kuluttajille.

Koska kaupunkien kaasunsyöttöjärjestelmien pääelementti ovat kaasulinjat, jotka koostuvat kaasuputkien paine-eroista, ne voidaan esittää seuraavilla tyypeillä:

1. Linja, jossa on matalapainemerkit 4 kPa asti;

2. Linja, jonka keskipainearvot ovat enintään 0,4 MPa;

3. Verkko toisen tason korkeapainejärjestelmällä 0,7 MPa asti;

4. Verkot, joilla on korkeat ensimmäisen tason lukemat 1,3 MPa asti.

Matalapaineindikaattoreilla varustettujen kaasuputkirakenteiden kautta kaasu liikkuu ja jaetaan asuin- ja julkiseen rakennukseen ja erilaisiin tiloihin sekä kotitalousyritysten työpajoihin.

Asuinalueella sijaitsevassa kaasuputkessa paineindikaattorit ovat sallittuja enintään 3 kPa ja kotitalousyrityksen tiloissa ja julkisissa rakennuksissa enintään 5 kPa. Pääsääntöisesti linjassa ylläpidetään alhaisia paineita (3 kPa asti), ja ne yrittävät yhdistää kaikki rakenteet kaasulinjaan, jossa ei ole kaasun paineensäädintä. Kaasuputkissa, joissa on keski- ja korkeapaine (0,6 MPa), kaasumainen tuote syötetään hydraulisella murtamisella matala- ja keskipaineisiin linjoihin. Hydraulisen murtoyksikön sisällä on turvalaite, joka toimii automaattisesti. Se eliminoi paineen putoamisen mahdollisuudet alhaiselta tasolta yli hyväksyttävän arvon.

GRU:n kautta tapahtuvan vastaavan viestinnän kautta kaasumaista ainetta toimitetaan myös teollisuusyritysten ja kunnallisten laitosten tiloihin. Nykyisten määräysten mukaan suurin paine teollisuus-, kunnallis- ja maatalousyrityksille sekä lämmitysjärjestelmäasennuksille on sallittu 0,6 MPa:n sisällä ja kotitalousyrityksille ja viereisille rakennuksille 0,3 MPa:n sisällä. Kaasunsyöttö, jonka paineindeksi on enintään 0,3 MPa, on sallittu asennuksissa, jotka sijaitsevat asuinrakennuksen tai julkisen rakennuksen julkisivuilla.

Kaasuputkirakenteet keski- ja korkeatasoiset ovat kaupungin jakeluverkkoja. Kaasuputkirakennetta, jossa on korkeapainemerkit, käytetään yksinomaan suurkaupunkikaupungeissa. Teollisuustilat voidaan liittää keski- ja korkeapaineverkkoon ilman säätimiä, tietysti jos tämä perustuu teknisiin ja taloudellisiin laskelmiin. Kaupungin järjestelmät rakennetaan hierarkian mukaan, joka puolestaan jakautuu kaasuputken paineen mukaan.

Hierarkialla on useita tasoja:

1. Korkean ja keskipaineisen paineen linjat ovat kaupunkien kaasuputkien perusta. Varaus tapahtuu soittoäänien ja yksittäisten paikkojen kopioinnin avulla. Umpikujaverkko voi olla vain pienillä paikkakunnilla. Kaasumainen aine liikkuu vähitellen alhaisten painetasojen läpi, se syntyy hydraulisen murtumisen säätimen venttiilin tärinöiden vaikutuksesta ja on vakiotasolla. Jos yhdessä osassa on useita eri kaasunkuluttajia, on sallittua asentaa rinnakkain eripaineisia kaasuputkia. Mutta suunnittelu korkealla ja keskipaineella luo kaupunkiin yhden verkon, jossa on hydraulisia vivahteita.

2. Matalapaineverkko. Se toimittaa kaasua useille kuluttajille. Verkkosuunnittelu luodaan sekaominaisuuksilla, kun taas vain pääkaasuputket ovat silmukoita, muissa tapauksissa luodaan umpikuja. Matalapainekaasuputki ei voi erottaa jokea, järveä tai rotkoa, samoin kuin rautatietä, moottoritietä. Sitä ei voi asentaa teollisuusalueille, joten se ei voi olla osa yhtä hydraulista verkkoa. Heikkotehoinen verkkorakenne luodaan paikalliseksi linjaksi, jossa on useita virtalähteitä, joiden kautta kaasua syötetään.

3. Asuinrakennuksen tai julkisen rakennuksen, teollisuuspajan tai yrityksen kaasurakentaminen. Niitä ei ole varattu. Paine riippuu verkon tarkoituksesta ja asennuksessa vaaditusta tasosta.

Kaupunkijärjestelmät jaetaan tutkintojen lukumäärän mukaan :

1. Kaksitasoinen verkko koostuu matala- ja keskipainelinjoista tai matala- ja korkeapainelinjoista.

2. Kolmitasoinen linja sisältää matala-, keski- ja korkeapainejärjestelmän.

3. Porrasverkko koostuu kaikentasoisista kaasuputkirakenteista.

Kaupungin korkea- ja keskipaineinen kaasuputki luodaan yhdeksi linjaksi, joka toimittaa kaasua yritykselle, kattilatalolle, laitoksille ja itse hydrauliseen murtamiseen. On paljon kannattavampaa luoda yksi linja, toisin kuin erottava linja teollisuustiloihin ja yleensä kotitalouksien kaasuosaan.

Valitse kaupunkijärjestelmä tällaisten vivahteiden perusteella:

1. Mikä on kaupungin koko.

2. Kaupunkialueen suunnitelma.

3. Rakennukset siinä.

4. Mikä on kaupungin väkiluku.

5. Kaikkien kaupungin yritysten ominaisuudet.

6. Metropolin kehitysnäkymät.

Tarvittavan järjestelmän valinnan jälkeen on otettava huomioon, että sen tulee täyttää taloudellisuuden, turvallisuuden ja käyttövarmuuden vaatimukset. Se ilmaisee yksinkertaisuuden ja helppokäyttöisyyden, mikä viittaa yksittäisten osien sulkemiseen korjaustöitä varten. Lisäksi kaikissa valitun järjestelmän osissa, laitteissa ja kiinnikkeissä tulee olla samantyyppisiä osia.

Kaasu toimitetaan kaupunkiin monitasoista linjaa pitkin kahden pääjohdon kautta aseman läpi, mikä puolestaan lisää luotettavuutta. Asema on yhdistetty korkeapainealueeseen, joka sijaitsee kaupungin linjojen laitamilla. Tästä osasta kaasua syötetään renkaisiin korkealla tai keskipaineella. Jos korkeapaineisen kaasuputkiverkoston luominen metropolin keskelle ei ole mahdollista ja mahdotonta hyväksyä, ne on jaettava kahteen osaan: verkkoon, jossa on keskipaineinen keskipaine, ja korkeapaineiseen verkkoon laitamilla.

Jotta kaasuputken osat voidaan sulkea korkealla ja keskipaineella, yksittäiset matalapaineiset osat, asuinrakennusten rakenteet, teollisuustyöpajat ja tilat asentavat laitteita, jotka sammuvat tai yksinkertaisesti, erikoishanat (katso). Venttiili on asennettava tuloon ja ulostuloon, katukaasuputken haaroihin, erilaisten esteiden, rautatieasennusten ja teiden risteykseen.

Ulkoisissa linjoissa kaivoon asennetaan venttiili, joka näyttää lämpötilan ja jännitteen arvot. Lisäksi tarjoaa mukavan asennuksen ja venttiilin sulkuelementtien purkamisen. Kaivo on sijoitettava kahden metrin etäisyydellä rakennuksista tai aidoista. Esteiden määrän tulee olla perusteltu ja mahdollisimman pieni. Huoneeseen tullessa venttiili asennetaan seinään, kun taas on tarpeen säilyttää tietty rako ovista ja ikkunoista. Jos vahvistus sijaitsee yli 2 metrin korkeudella, on tarpeen järjestää paikka tikkailla, jotta niitä voidaan palvella.

Mökeissä kaasu toimitetaan useimmissa tapauksissa keskipaineisten verkkojen kautta, mutta ei matalapaineella. Ensinnäkin se tarjoaa ylimääräisen ohjauslaitteen, koska paineilmaisimet ovat korkeammat. Toiseksi kaasukattilat ovat viime aikoina saavuttaneet suosiota, jolloin vain keskipaineella kaasua voidaan toimittaa tarvittava määrä kuluttajille.

Kaasuttamalla matalapaineolosuhteissa loppulaitteen suorituskyky heikkenee. Esimerkiksi, jos noin 300 painetta pidetään talvella hyväksyttävänä, niin jos siirryt pois hydraulisesta murtamisesta, kuluttajien indikaattorit putoavat 120:een. Ennen pakkasta kaasunpaine riittää. Mutta jos tulee kova pakkanen ja kaikki alkavat lämmittää kaasukattiloilla, kytkemällä täyden tehon päälle, reuna-alueen mökin omistajien paine laskee merkittävästi. Ja kun paine on alle 120, kattiloiden omistajille alkaa ilmetä ongelmia, esimerkiksi kattilan asennus sammuu tai osoittaa, että kaasun syöttö on pysäytetty. Keskipaineen syöttöolosuhteissa puristettu kaasu liikkuu putkilinjan läpi. Lisäksi paine laskee säätimen kautta matalalle tasolle ja kattila toimii ilman ongelmia.

Missä tahansa kaasu on: ilmapallossa, auton renkaassa tai metallisylinterissä - se täyttää koko astian tilavuuden, jossa se sijaitsee.

Kaasun paine syntyy täysin eri syystä kuin kiinteän kappaleen paine. Se muodostuu molekyylien vaikutusten seurauksena suonen seiniin.

Kaasun paine astian seinämiin

Liikkuessaan satunnaisesti avaruudessa kaasumolekyylit törmäävät toisiinsa ja sen astian seiniin, jossa ne sijaitsevat. Yhden molekyylin iskuvoima on pieni. Mutta koska molekyylejä on paljon ja ne törmäävät suurella taajuudella, ne muodostavat merkittävän paineen vaikuttaessaan yhdessä suonen seinämiin. Jos kiinteä kappale sijoitetaan kaasuun, se on myös alttiina kaasumolekyylien iskuille.

Tehdään yksinkertainen kokeilu. Laitamme ilmapumpun kellon alle sidotun ilmapallon, joka ei ole täysin täytetty ilmalla. Koska siinä on vähän ilmaa, pallo on muodoltaan epäsäännöllinen. Kun alamme pumpata ilmaa kellon alta, ilmapallo alkaa täyttyä. Jonkin ajan kuluttua se on tavallisen pallon muotoinen.

Mitä meidän pallolle tapahtui? Loppujen lopuksi se oli sidottu, joten siinä olevan ilman määrä pysyi samana.

Kaikki on selitetty hyvin yksinkertaisesti. Liikkeen aikana kaasumolekyylit törmäävät pallon ulko- ja sisäkuoreen. Jos ilmaa pumpataan ulos kellosta, molekyylit pienenevät. Tiheys pienenee, ja siten myös molekyylien ulkokuoreen kohdistuvien vaikutusten tiheys pienenee. Tämän seurauksena paine kuoren ulkopuolella laskee. Ja koska kuoren sisällä olevien molekyylien lukumäärä pysyy samana, sisäinen paine ylittää ulkoisen paineen. Kaasu painaa kuorta sisältäpäin. Ja tästä syystä se turpoaa vähitellen ja ottaa pallon muodon.

Pascalin laki kaasuille

Kaasumolekyylit ovat hyvin liikkuvia. Tästä johtuen ne välittävät painetta paitsi tämän paineen aiheuttavan voiman suuntaan, vaan tasaisesti kaikkiin suuntiin. Paineensiirtolain muotoili ranskalainen tiedemies Blaise Pascal: Kaasuun tai nesteeseen kohdistettu paine välittyy muuttumattomana mihin tahansa pisteeseen kaikkiin suuntiin". Tätä lakia kutsutaan hydrostaattisen perussäännöksi - tieteeksi nesteestä ja kaasusta tasapainotilassa.

Pascalin lain vahvistaa kokemus laitteesta nimeltä Pascalin pallo . Tämä laite on kiinteästä aineesta valmistettu pallo, johon on tehty pieniä reikiä ja joka on yhdistetty sylinteriin, jota pitkin mäntä liikkuu. Ilmapallo on täynnä savua. Männän puristaessa savua työnnetään ulos pallon rei'istä tasaisina virroina.

Kaasunpaine lasketaan kaavalla:

Missä e lin - kaasumolekyylien translaatioliikkeen keskimääräinen kineettinen energia;

n - molekyylien pitoisuus

osapaine. Daltonin laki

Käytännössä meidän on useimmiten kohdattava ei puhtaita kaasuja, vaan niiden seoksia. Hengitämme ilmaa, joka on kaasujen seos. Auton pakokaasut ovat myös sekoitus. Puhdasta hiilidioksidia ei ole käytetty hitsauksessa pitkään aikaan. Sen sijaan käytetään myös kaasuseoksia.

Kaasuseos on seos kaasuja, jotka eivät pääse kemiallisiin reaktioihin keskenään.

Kaasuseoksen yksittäisen komponentin painetta kutsutaan osapaine .

Jos oletetaan, että kaikki seoksen kaasut ovat ihanteellisia kaasuja, niin seoksen paine määräytyy Daltonin lain mukaan: "Ihanteellisten kaasujen seoksen paine, joka ei ole vuorovaikutuksessa kemiallisesti, on yhtä suuri kuin osapaineiden summa."

Sen arvo määritetään kaavalla:

Jokainen seoksessa oleva kaasu luo osapaineen. Sen lämpötila on sama kuin seoksen lämpötila.

Kaasun painetta voidaan muuttaa muuttamalla sen tiheyttä. Mitä enemmän kaasua pumpataan metallisylinteriin, sitä enemmän molekyylejä se osuu seinämiin ja sitä korkeammaksi sen paine tulee. Vastaavasti pumppaamalla kaasua harvennetaan sitä ja paine laskee.

Mutta kaasun painetta voidaan muuttaa myös muuttamalla sen tilavuutta tai lämpötilaa, eli puristamalla kaasua. Puristus suoritetaan kohdistamalla voima kaasumaiseen kappaleeseen. Tällaisen iskun seurauksena sen käyttämä tilavuus pienenee, paine ja lämpötila nousevat.

Kaasu puristuu moottorin sylinterissä männän liikkuessa. Tuotannossa korkea kaasunpaine luodaan puristamalla se monimutkaisilla laitteilla - kompressoreilla, jotka pystyvät luomaan painetta jopa useisiin tuhansiin ilmakehään.

Mies suksilla ja ilman niitä.

Löysällä lumella ihminen kävelee suurilla vaikeuksilla ja vajoaa syvälle joka askeleella. Mutta laitettuaan sukset päälle, hän voi kävellä melkein putoamatta siihen. Miksi? Suksilla tai ilman suksia ihminen toimii lumella samalla voimalla, joka vastaa omaa painoaan. Tämän voiman vaikutus on kuitenkin molemmissa tapauksissa erilainen, koska pinta-ala, jolla henkilö painaa, on erilainen, suksien kanssa ja ilman. Suksen pinta-ala on lähes 20 kertaa pohjan pinta-ala. Siksi suksilla seisoessaan ihminen toimii jokaiselle neliösenttimetrille lumen pinta-alasta 20 kertaa pienemmällä voimalla kuin lumella ilman suksia.

Opiskelija kiinnittää sanomalehden taululle painikkeilla ja vaikuttaa jokaiseen nappiin samalla voimalla. Kuitenkin nappi, jonka pää on terävämpi, on helpompi päästä puuhun.

Tämä tarkoittaa, että voiman vaikutuksen tulos ei riipu vain sen moduulista, suunnasta ja kohdistamispisteestä, vaan myös sen pinnan alueesta, johon se kohdistuu (suoraan, johon se vaikuttaa).

Tämä johtopäätös on vahvistettu fysikaalisilla kokeilla.

Kokemus. Tämän voiman tulos riippuu siitä, mikä voima vaikuttaa pinta-alayksikköön.

Naulat on lyötävä pienen laudan kulmiin. Ensin asetimme laudaan lyötyt naulat hiekalle kärjet ylöspäin ja painoimme laudalle. Tässä tapauksessa naulanpäät painetaan vain hieman hiekkaan. Käännä sitten lauta ympäri ja laita naulat kärkeen. Tässä tapauksessa tukialue on pienempi, ja saman voiman vaikutuksesta naulat menevät syvälle hiekkaan.

Kokea. Toinen kuva.

Tämän voiman vaikutuksen tulos riippuu siitä, mikä voima vaikuttaa kuhunkin pinta-alayksikköön.

Tarkastetuissa esimerkeissä voimat vaikuttivat kohtisuoraan kehon pintaan nähden. Henkilön paino oli kohtisuorassa lumen pintaan nähden; nappiin vaikuttava voima on kohtisuorassa laudan pintaan nähden.

Arvoa, joka on yhtä suuri kuin pintaan kohtisuorassa vaikuttavan voiman suhde tämän pinnan pinta-alaan, kutsutaan paineeksi.

Paineen määrittämiseksi on tarpeen jakaa pintaan kohtisuorassa vaikuttava voima pinta-alalla:

paine = voima / pinta-ala.

Merkitään tähän lausekkeeseen sisältyvät suuret: paine - s, pintaan vaikuttava voima, - F ja pinta-ala S.

Sitten saamme kaavan:

p = F/S

On selvää, että samaan alueeseen vaikuttava suurempi voima tuottaa enemmän painetta.

Paineyksikkö on paine, joka tuottaa 1 N voiman, joka vaikuttaa 1 m 2:n pintaan kohtisuorassa tätä pintaa vastaan.

Paineen yksikkö - newtonia neliömetriä kohti(1 N/m2). Ranskalaisen tiedemiehen kunniaksi Blaise Pascal sitä kutsutaan pascaliksi Pa). Täten,

1 Pa = 1 N / m 2.

Myös muita paineyksiköitä käytetään: hektopaskaali (hPa) Ja kilopascal (kPa).

1 kPa = 1000 Pa;

1 hPa = 100 Pa;

1 Pa = 0,001 kPa;

1 Pa = 0,01 hPa.

Kirjataan ylös ongelman tila ja ratkaistaan se.

Annettu : m = 45 kg, S = 300 cm2; p = ?

SI-yksiköissä: S = 0,03 m 2

Ratkaisu:

s = F/S,

F = P,

P = g m,

P= 9,8 N 45 kg ≈ 450 N,

s\u003d 450 / 0,03 N / m 2 \u003d 15000 Pa \u003d 15 kPa

"Vastaus": p = 15000 Pa = 15 kPa

Tapoja vähentää ja lisätä painetta.

Raskas telatraktori tuottaa maaperään 40-50 kPa:n paineen, eli vain 2-3 kertaa enemmän kuin 45 kg painavan pojan paine. Tämä johtuu siitä, että traktorin paino jakautuu suuremmalle alueelle telakäytön ansiosta. Ja olemme vahvistaneet sen mitä suurempi tuen pinta-ala, sitä vähemmän paineita sama voima tuottaa tähän tukeen .

Riippuen siitä, haluatko saada pienen vai suuren paineen, tukipinta-ala kasvaa tai pienenee. Esimerkiksi, jotta maaperä kestäisi pystytettävän rakennuksen painetta, perustuksen alaosan pinta-alaa lisätään.

Kuorma-autojen renkaat ja lentokoneiden alustat on tehty paljon henkilöautoja leveämmiksi. Erityisen leveät renkaat on tehty autoihin, jotka on suunniteltu matkustamaan autiomaassa.

Raskaat koneet, kuten traktori, tankki tai suo, joilla on suuri telojen tukialue, kulkevat soisessa maastossa, jonka läpi ihminen ei pääse.

Toisaalta pienellä pinta-alalla saadaan aikaan suuri paine pienellä voimalla. Esimerkiksi, kun nappia painetaan levyyn, vaikutamme siihen noin 50 N:n voimalla. Koska napin kärjen pinta-ala on noin 1 mm 2, sen tuottama paine on yhtä suuri:

p \u003d 50 N / 0,000001 m 2 \u003d 50 000 000 Pa \u003d 50 000 kPa.

Vertailun vuoksi tämä paine on 1000 kertaa suurempi kuin telatraktorin maaperään kohdistama paine. Tällaisia esimerkkejä löytyy paljon lisää.

Leikkuu- ja lävistystyökalujen (veitset, sakset, leikkurit, sahat, neulat jne.) terä on erityisesti teroitettu. Terävän terän teroitetulla reunalla on pieni pinta-ala, joten pienikin voima luo paljon painetta, ja tällaisella työkalulla on helppo työskennellä.

Leikkaus- ja lävistyslaitteita löytyy myös villieläimistä: nämä ovat hampaat, kynnet, nokat, piikit jne. - ne kaikki on valmistettu kovasta materiaalista, sileät ja erittäin terävät.

Paine

Tiedetään, että kaasumolekyylit liikkuvat satunnaisesti.

Tiedämme jo, että kaasut, toisin kuin kiinteät aineet ja nesteet, täyttävät koko astian, jossa ne sijaitsevat. Esimerkiksi terässylinteri kaasujen varastointiin, auton renkaan putki tai lentopallo. Tässä tapauksessa kaasu kohdistaa painetta sylinterin, kammion tai minkä tahansa muun rungon, jossa se sijaitsee, seiniin, pohjaan ja kanteen. Kaasunpaine johtuu muista syistä kuin kiinteän kappaleen paineesta alustaan.

Tiedetään, että kaasumolekyylit liikkuvat satunnaisesti. Liikkuessaan ne törmäävät toisiinsa sekä sen astian seiniin, jossa kaasu sijaitsee. Kaasussa on monia molekyylejä, ja siksi niiden vaikutusten määrä on erittäin suuri. Esimerkiksi ilmamolekyylien iskujen lukumäärä huoneessa 1 cm 2:n pinnalla 1 sekunnissa ilmaistaan 23-numeroisena numerona. Vaikka yksittäisen molekyylin iskuvoima on pieni, kaikkien molekyylien vaikutus astian seinämiin on merkittävä - se luo kaasun painetta.

Niin, kaasun paine astian seiniin (ja kaasuun sijoitettuun runkoon) johtuu kaasumolekyylien vaikutuksista .

Harkitse seuraavaa kokemusta. Aseta kumipallo ilmapumpun kellon alle. Se sisältää pienen määrän ilmaa ja sen muoto on epäsäännöllinen. Sitten pumppaamme ilmaa kellon alta pumpulla. Pallon kuori, jonka ympärillä ilma harvenee, turpoaa vähitellen ja ottaa tavallisen pallon muodon.

Kuinka selittää tämä kokemus?

Painekaasun varastointiin ja kuljetukseen käytetään kestäviä erikoissylintereitä.

Kokeessamme liikkuvat kaasumolekyylit osuivat jatkuvasti pallon seiniin sisä- ja ulkopuolelta. Kun ilmaa pumpataan ulos, pallon kuoren ympärillä olevassa kellossa olevien molekyylien määrä vähenee. Mutta pallon sisällä heidän lukumääränsä ei muutu. Siksi molekyylien iskujen määrä vaipan ulkoseiniin tulee pienemmäksi kuin sisäseiniin kohdistuvien iskujen määrä. Ilmapalloa täytetään, kunnes sen kumikuoren kimmovoima on yhtä suuri kuin kaasun painevoima. Pallon kuori ottaa pallon muodon. Tämä osoittaa sen kaasu painaa sen seiniä tasaisesti kaikkiin suuntiin. Toisin sanoen molekyyli-iskujen määrä pinta-alan neliösenttimetriä kohti on sama kaikkiin suuntiin. Sama paine kaikkiin suuntiin on ominaista kaasulle ja on seurausta valtavan määrän molekyylien satunnaisesta liikkeestä.

Yritetään pienentää kaasun tilavuutta, mutta niin, että sen massa pysyy muuttumattomana. Tämä tarkoittaa, että jokaisessa kaasun kuutiosenttimetrissä on enemmän molekyylejä, kaasun tiheys kasvaa. Silloin molekyylien seiniin kohdistuvien vaikutusten määrä kasvaa, eli kaasun paine kasvaa. Tämä voidaan vahvistaa kokemuksella.

Kuvan päällä A Kuvassa on lasiputki, jonka toinen pää on peitetty ohuella kumikalvolla. Putkeen työnnetään mäntä. Kun mäntä työnnetään sisään, putken ilman tilavuus pienenee, eli kaasu puristuu. Kumikalvo pullistuu ulospäin, mikä osoittaa, että ilmanpaine putkessa on kasvanut.

Päinvastoin, kun saman kaasumassan tilavuus kasvaa, molekyylien määrä jokaisessa kuutiosenttimetrissä vähenee. Tämä vähentää iskujen määrää astian seiniin - kaasun paine pienenee. Todellakin, kun mäntä vedetään ulos putkesta, ilman tilavuus kasvaa, kalvo taipuu astian sisällä. Tämä osoittaa ilmanpaineen laskun putkessa. Sama ilmiö havaittaisiin, jos putkessa ilman sijasta olisi jotain muuta kaasua.

Niin, kun kaasun tilavuus pienenee, sen paine kasvaa ja tilavuuden kasvaessa paine laskee edellyttäen, että kaasun massa ja lämpötila pysyvät muuttumattomina.

Miten kaasun paine muuttuu, kun sitä kuumennetaan vakiotilavuudessa? Tiedetään, että kaasumolekyylien liikenopeus kasvaa kuumennettaessa. Liikkuessaan nopeammin molekyylit osuvat suonen seinämiin useammin. Lisäksi jokainen molekyylin vaikutus seinään on vahvempi. Tämän seurauksena astian seinämiin kohdistuu enemmän painetta.

Siten, Kaasun paine suljetussa astiassa on sitä suurempi mitä korkeampi kaasun lämpötila on, edellyttäen, että kaasun massa ja tilavuus eivät muutu.

Näistä kokeista voidaan päätellä, että kaasun paine on suurempi, mitä useammin ja voimakkaammin molekyylit osuvat astian seinämiin .

Kaasujen varastointia ja kuljetusta varten ne puristetaan voimakkaasti. Samaan aikaan niiden paine kasvaa, kaasut on suljettava erityisiin, erittäin kestäviin sylintereihin. Tällaiset sylinterit sisältävät esimerkiksi paineilmaa sukellusveneissä, happea käytetään metallien hitsauksessa. Tietenkin meidän on aina muistettava, että kaasupulloja ei voi lämmittää, varsinkin kun ne on täytetty kaasulla. Koska, kuten jo ymmärrämme, räjähdys voi tapahtua erittäin epämiellyttävin seurauksin.

Pascalin laki.

Paine välittyy jokaiseen nesteen tai kaasun pisteeseen.

Männän paine välittyy jokaiseen pallon täyttävän nesteen pisteeseen.

Nyt kaasua.

Toisin kuin kiinteät aineet, nesteen ja kaasun yksittäiset kerrokset ja pienet hiukkaset voivat liikkua vapaasti suhteessa toisiinsa kaikkiin suuntiin. Riittää esimerkiksi puhaltaa kevyesti veden pintaan lasissa, jotta vesi pääsee liikkumaan. Aaltoilua ilmestyy joelle tai järvelle pienimmässäkin tuulessa.

Kaasun ja nestemäisten hiukkasten liikkuvuus selittää sen niihin syntyvä paine ei välity ainoastaan voiman suunnassa, vaan joka pisteessä. Tarkastellaanpa tätä ilmiötä tarkemmin.

Kuvassa, A kaasua (tai nestettä) sisältävä astia on kuvattu. Hiukkaset jakautuvat tasaisesti koko astiaan. Alus on suljettu männällä, joka voi liikkua ylös ja alas.

Vähän voimaa käyttämällä saadaan mäntä liikkumaan hieman sisäänpäin ja puristamaan kaasu (neste) suoraan sen alapuolelle. Sitten hiukkaset (molekyylit) sijaitsevat tässä paikassa tiheämmin kuin ennen (kuva, b). Liikkuvuuden vuoksi kaasuhiukkaset liikkuvat kaikkiin suuntiin. Tämän seurauksena niiden sijoittelu muuttuu jälleen yhtenäiseksi, mutta tiheämmäksi kuin ennen (kuva c). Siksi kaasun paine kasvaa kaikkialla. Tämä tarkoittaa, että lisäpaine siirtyy kaikkiin kaasun tai nesteen hiukkasiin. Joten jos kaasun (nesteen) paine itse männän lähellä kasvaa 1 Pa, niin kaikissa kohdissa sisällä kaasun tai nesteen paine on saman verran suurempi kuin ennen. Astian seinämiin, pohjaan ja mäntään kohdistuva paine kasvaa 1 Pa.

Nesteeseen tai kaasuun kohdistuva paine välittyy mihin tahansa pisteeseen tasaisesti kaikkiin suuntiin .

Tätä lausuntoa kutsutaan Pascalin laki.

Pascalin lain perusteella on helppo selittää seuraavat kokeet.

Kuvassa on ontto pallo, jossa on pieniä reikiä eri paikoissa. Palloon on kiinnitetty putki, johon työnnetään mäntä. Jos vedät vettä palloon ja työnnät männän putkeen, vesi virtaa kaikista pallon rei'istä. Tässä kokeessa mäntä painaa putkessa olevan veden pintaa. Männän alla olevat vesihiukkaset tiivistyessään siirtävät paineensa muihin syvemmällä oleviin kerroksiin. Siten männän paine välittyy jokaiseen pallon täyttävän nesteen pisteeseen. Tämän seurauksena osa vedestä työnnetään ulos pallosta identtisten virtojen muodossa, jotka virtaavat kaikista rei'istä.

Jos pallo on täynnä savua, niin kun mäntä työnnetään putkeen, identtiset savuvirrat alkavat tulla ulos kaikista pallon rei'istä. Tämä vahvistaa sen ja kaasut välittävät niihin muodostuvan paineen tasaisesti kaikkiin suuntiin.

Paine nesteessä ja kaasussa.

Nesteen painon alaisena putken kumipohja painuu.

Nesteisiin, kuten kaikkiin Maan kappaleisiin, painovoima vaikuttaa. Siksi jokainen astiaan kaadettu nestekerros luo painollaan painetta, joka Pascalin lain mukaan välittyy kaikkiin suuntiin. Siksi nesteen sisällä on painetta. Tämä voidaan varmistaa kokemuksella.

Kaada vesi lasiputkeen, jonka pohjareikä on suljettu ohuella kumikalvolla. Nesteen painon alla putken pohja taipuu.

Kokemus osoittaa, että mitä korkeampi vesipatsas on kumikalvon yläpuolella, sitä enemmän se painuu. Mutta joka kerta kumipohjan painumisen jälkeen putkessa oleva vesi tasapainottuu (pysähtyy), koska painovoiman lisäksi veteen vaikuttaa venyneen kumikalvon elastinen voima.

Kumikalvoon vaikuttavat voimat

ovat samat molemmin puolin.

Kuva.

Pohja siirtyy pois sylinteristä painovoiman siihen kohdistuvan paineen vuoksi.

Lasketaan kumipohjainen putki, johon vesi kaadetaan, toiseen, leveämpään astiaan, jossa on vettä. Näemme, että kun putkea lasketaan alas, kumikalvo vähitellen suoristuu. Kalvon täydellinen suoristus osoittaa, että siihen vaikuttavat voimat ylhäältä ja alhaalta ovat yhtä suuret. Kalvon täydellinen suoristus tapahtuu, kun putken ja astian vedenpinnat ovat samat.

Sama koe voidaan suorittaa putkella, jossa kumikalvo sulkee sivuaukon kuvan a mukaisesti. Upota tämä vesiputki toiseen vesiastiaan kuvan osoittamalla tavalla, b. Huomaamme, että kalvo suoristuu uudelleen heti, kun putken ja astian vedenpinnat ovat samat. Tämä tarkoittaa, että kumikalvoon vaikuttavat voimat ovat samat kaikilta puolilta.

Ota astia, jonka pohja voi pudota. Laitetaan se vesipurkkiin. Tässä tapauksessa pohja puristuu tiukasti astian reunaan eikä putoa. Sitä puristaa alhaalta ylöspäin suunnattu vedenpainevoima.

Kaadamme varovasti vettä astiaan ja tarkkailemme sen pohjaa. Heti kun veden taso astiassa on sama kuin purkissa olevan veden taso, se putoaa pois astiasta.

Irrotushetkellä astiassa oleva nestepatsas painaa pohjaa ja paine välittyy alhaalta ylöspäin samankorkuisen, mutta purkissa sijaitsevan nestepatsaan pohjalle. Molemmat paineet ovat samat, mutta pohja siirtyy pois sylinteristä oman painovoimansa vaikutuksesta siihen.

Kokeet vedellä kuvattiin yllä, mutta jos otamme veden sijasta mitä tahansa muuta nestettä, kokeen tulokset ovat samat.

Kokeilut siis osoittavat sen nesteen sisällä on painetta, ja samalla tasolla se on sama kaikkiin suuntiin. Paine kasvaa syvyyden myötä.

Kaasut eivät tässä suhteessa eroa nesteistä, koska niillä on myös painoa. Mutta meidän on muistettava, että kaasun tiheys on satoja kertoja pienempi kuin nesteen tiheys. Kaasun paino astiassa on pieni, ja monissa tapauksissa sen "painon" paine voidaan jättää huomiotta.

Nesteen paineen laskeminen astian pohjassa ja seinissä.

Mieti, kuinka voit laskea nesteen paineen astian pohjassa ja seinissä. Ratkaistaan ensin suorakaiteen muotoisen suuntaissärmiön muotoisen aluksen tehtävä.

Pakottaa F, jolla tähän astiaan kaadettu neste painaa sen pohjaa, on yhtä suuri kuin paino P astiassa olevaa nestettä. Nesteen paino voidaan määrittää tietämällä sen massa. m. Massa, kuten tiedät, voidaan laskea kaavalla: m = ρ V. Valitsemamme astiaan kaadetun nesteen määrä on helppo laskea. Jos nestepatsaan korkeus astiassa on merkitty kirjaimella h ja aluksen pohjan pinta-ala S, Tuo V = S h.

Nestemäinen massa m = ρ V, tai m = ρ S h .

Tämän nesteen paino P = gm, tai P = g ρ S h.

Koska nestepatsaan paino on yhtä suuri kuin voima, jolla neste puristaa astian pohjaa, jakamalla paino P Aukiolle S, saamme nestepaineen s:

p = P/S tai p = g ρ S h/S,

Olemme saaneet kaavan astian pohjalla olevan nesteen paineen laskemiseksi. Tästä kaavasta voidaan nähdä, että nesteen paine astian pohjalla riippuu vain nestepatsaan tiheydestä ja korkeudesta.

Siksi johdetun kaavan mukaan on mahdollista laskea astiaan kaadetun nesteen paine missä tahansa muodossa(Tarkasti ottaen laskelmamme soveltuu vain suoran prisman ja sylinterin muotoisille astioille. Instituutin fysiikan kursseilla todistettiin, että kaava pätee myös mielivaltaisen muotoiselle astialle). Lisäksi sitä voidaan käyttää laskemaan astian seinämiin kohdistuvaa painetta. Nesteen sisällä oleva paine, mukaan lukien paine alhaalta ylöspäin, lasketaan myös tällä kaavalla, koska paine samalla syvyydellä on sama kaikkiin suuntiin.

Laskettaessa painetta kaavalla p = gph tarvitsevat tiheyttä ρ ilmaistaan kilogrammoina kuutiometriä kohden (kg / m 3) ja nestepatsaan korkeutta h- metreinä (m), g\u003d 9,8 N / kg, niin paine ilmaistaan pascaleina (Pa).

Esimerkki. Määritä öljynpaine säiliön pohjassa, jos öljypylvään korkeus on 10 m ja tiheys 800 kg/m 3 .

Kirjataan ylös ongelman tila ja kirjoitetaan se ylös.

Annettu :

ρ \u003d 800 kg / m 3

Ratkaisu :

p = 9,8 N/kg 800 kg/m 3 10 m ≈ 80 000 Pa ≈ 80 kPa.

Vastaus : p ≈ 80 kPa.

Kommunikoivat alukset.

Kuvassa on kaksi astiaa, jotka on yhdistetty toisiinsa kumiputkella. Tällaisia aluksia kutsutaan kommunikoida. Kastelukannu, teekannu, kahvipannu ovat esimerkkejä kommunikoivista astioista. Kokemuksesta tiedämme, että esimerkiksi kastelukannuun kaadettu vesi seisoo aina samalla tasolla nokassa ja sisällä.

Yhteydenpitoalukset ovat meille yhteisiä. Se voi olla esimerkiksi teekannu, kastelukannu tai kahvipannu.

Homogeenisen nesteen pinnat asennetaan samalle tasolle minkä tahansa muotoisissa yhteyksissä olevissa astioissa.

Eritiheyksisiä nesteitä.

Kommunikoivilla suonilla voidaan tehdä seuraava yksinkertainen koe. Kokeen alussa puristamme kumiputken keskelle ja kaadamme vettä yhteen putkesta. Sitten avaamme puristimen ja vesi virtaa välittömästi toiseen putkeen, kunnes molempien putkien vesipinnat ovat samalla tasolla. Voit kiinnittää toisen putken jalustaan ja nostaa, laskea tai kallistaa toista eri suuntiin. Ja tässä tapauksessa heti, kun neste rauhoittuu, sen tasot molemmissa putkissa tasaavat.

Minkä tahansa muotoisissa ja poikkileikkauksissa kommunikoitavissa astioissa homogeenisen nesteen pinnat asetetaan samalle tasolle(edellyttäen, että ilmanpaine nesteen päällä on sama) (Kuva 109).

Tämä voidaan perustella seuraavasti. Neste on levossa liikkumatta astiasta toiseen. Tämä tarkoittaa, että paineet molemmissa astioissa ovat samat kaikilla tasoilla. Molemmissa astioissa oleva neste on sama, eli sillä on sama tiheys. Siksi sen korkeuksien on myös oltava samat. Kun nostamme yhtä astiaa tai lisäämme siihen nestettä, paine siinä kasvaa ja neste siirtyy toiseen astiaan, kunnes paineet tasapainottuvat.

Jos yhden tiheyden nestettä kaadetaan yhteen kommunikoivaan astiaan ja toisen tiheyden kaadetaan toiseen, tasapainotilassa näiden nesteiden tasot eivät ole samat. Ja tämä on ymmärrettävää. Tiedämme, että nesteen paine astian pohjalla on suoraan verrannollinen kolonnin korkeuteen ja nesteen tiheyteen. Ja tässä tapauksessa nesteiden tiheydet ovat erilaisia.

Samalla paineella tiheämmän nestepatsaan korkeus on pienempi kuin pienemmän tiheyden omaavan nestepatsaan korkeus (kuva).

Kokea. Kuinka määrittää ilman massa.

Ilman paino. Ilmakehän paine.

ilmanpaineen olemassaolo.

Ilmakehän paine on suurempi kuin harvennetun ilman paine astiassa.

Painovoima vaikuttaa ilmaan, samoin kuin mihin tahansa maan päällä sijaitsevaan kappaleeseen, ja siksi ilmalla on painoa. Ilman paino on helppo laskea, kun tietää sen massan.

Näytämme kokemuksella, kuinka ilmamassa lasketaan. Ota tätä varten vahva lasipallo korkilla ja kumiputki, jossa on puristin. Pumpaamme siitä ilmaa pumpulla, puristamme putken puristimella ja tasapainotamme sen vaa'alla. Avaa sitten kumiputken puristin ja anna ilmaa sen sisään. Tässä tapauksessa vaakojen tasapaino häiriintyy. Sen palauttamiseksi sinun on asetettava painot toiseen vaakapannuun, jonka massa on yhtä suuri kuin pallon tilavuudessa olevan ilman massa.

Kokeet ovat osoittaneet, että lämpötilassa 0 ° C ja normaalissa ilmanpaineessa ilmamassa, jonka tilavuus on 1 m 3, on 1,29 kg. Tämän ilman paino on helppo laskea:

P = g m, P = 9,8 N/kg 1,29 kg ≈ 13 N.

Maata ympäröivää ilmavaippaa kutsutaan tunnelmaa (kreikasta. tunnelmaa höyryä, ilmaa ja pallo- pallo).

Keinotekoisten maasatelliittien lennon havaintojen mukaan ilmakehä ulottuu useiden tuhansien kilometrien korkeuteen.

Painovoiman vaikutuksesta ilmakehän ylemmät kerrokset, kuten valtamerivesi, puristavat alempia kerroksia. Suoraan Maan vieressä oleva ilmakerros puristuu eniten ja siirtää Pascalin lain mukaan siihen muodostuvan paineen kaikkiin suuntiin.

Tämän seurauksena maan pinta ja sillä olevat kappaleet kokevat ilman koko paksuuden paineen tai, kuten sellaisissa tapauksissa yleensä sanotaan, kokevat Ilmakehän paine .

Ilmanpaineen olemassaolo voidaan selittää monilla ilmiöillä, joita kohtaamme elämässä. Tarkastellaanpa joitain niistä.

Kuvassa on lasiputki, jonka sisällä on mäntä, joka sopii tiukasti putken seiniä vasten. Putken pää upotetaan veteen. Jos nostat mäntää, vesi nousee sen takaa.

Tätä ilmiötä käytetään vesipumpuissa ja joissakin muissa laitteissa.

Kuvassa on sylinterimäinen astia. Se on suljettu korkilla, johon työnnetään hanallinen putki. Ilmaa pumpataan ulos astiasta pumpun avulla. Putken pää laitetaan sitten veteen. Jos nyt avaat hanan, vesi roiskuu suihkulähteessä astian sisäpuolelle. Vesi pääsee astiaan, koska ilmanpaine on suurempi kuin säiliössä olevan ilman paine.

Miksi maan ilmakuori on olemassa.

Kuten kaikki kappaleet, maapallon ilmavaipan muodostavat kaasumolekyylit houkuttelevat Maata.

Mutta miksi ne eivät sitten kaikki putoa maan pinnalle? Miten maan ilmakuori ja sen ilmakehä säilyvät? Tämän ymmärtämiseksi meidän on otettava huomioon, että kaasujen molekyylit ovat jatkuvassa ja satunnaisessa liikkeessä. Mutta sitten herää toinen kysymys: miksi nämä molekyylit eivät lennä pois maailmanavaruuteen eli avaruuteen.

Poistuakseen kokonaan maasta molekyylin, kuten avaruusaluksen tai raketin, on oltava erittäin suuri (vähintään 11,2 km/s). Tämä ns toinen pakonopeus. Useimpien molekyylien nopeus Maan ilmaverhossa on paljon pienempi kuin tämä kosminen nopeus. Siksi suurin osa niistä on sidottu Maahan painovoiman avulla, vain vähäinen määrä molekyylejä lentää Maan yli avaruuteen.

Molekyylien satunnainen liike ja painovoiman vaikutus niihin johtaa siihen, että kaasumolekyylit "kelluvat" avaruudessa lähellä Maata muodostaen ilmakuoren tai meille tunteman ilmakehän.

Mittaukset osoittavat, että ilman tiheys pienenee nopeasti korkeuden myötä. Joten 5,5 km:n korkeudella Maan yläpuolella ilman tiheys on 2 kertaa pienempi kuin sen tiheys maan pinnalla, 11 km:n korkeudessa - 4 kertaa vähemmän jne. Mitä korkeampi, sitä harvinaisempi ilma. Ja lopuksi, ylimmissä kerroksissa (satoja ja tuhansia kilometrejä Maan yläpuolella) ilmakehä muuttuu vähitellen ilmattomaksi avaruuteen. Maan ilmakuorella ei ole selkeää rajaa.

Tarkkaan ottaen painovoiman vaikutuksesta kaasun tiheys missään suljetussa astiassa ei ole sama koko astian tilavuudessa. Astian pohjalla kaasun tiheys on suurempi kuin sen yläosissa, ja siksi paine astiassa ei ole sama. Se on suurempi aluksen pohjassa kuin yläosassa. Astiassa olevan kaasun osalta tämä tiheys- ja paineero on kuitenkin niin pieni, että se voidaan monissa tapauksissa jättää kokonaan huomioimatta, vain huomioi se. Mutta useiden tuhansien kilometrien yli ulottuvalla ilmakehällä ero on merkittävä.

Ilmanpaineen mittaus. Torricellin kokemus.

Ilmakehän painetta on mahdotonta laskea nestepatsaan paineen laskentakaavalla (§ 38). Tällaista laskelmaa varten sinun on tiedettävä ilmakehän korkeus ja ilman tiheys. Mutta ilmakehällä ei ole tarkkaa rajaa, ja ilman tiheys eri korkeuksilla on erilainen. Ilmanpaine voidaan kuitenkin mitata italialaisen tiedemiehen 1600-luvulla ehdottaman kokeen avulla. Evangelista Torricelli Galileon opiskelija.

Torricellin koe on seuraava: noin 1 m pitkä lasiputki, joka on sinetöity toisesta päästä, täytetään elohopealla. Sitten putken toinen pää tiukasti suljetaan, se käännetään ympäri ja lasketaan elohopeakuppiin, jossa tämä putken pää avataan elohopean tason alle. Kuten missä tahansa nestekokeissa, osa elohopeasta kaadetaan kuppiin ja osa siitä jää putkeen. Putkeen jäävän elohopeapylvään korkeus on noin 760 mm. Putken sisällä ei ole ilmaa elohopean yläpuolella, on ilmaton tila, joten mikään kaasu ei kohdista ylhäältä painetta tämän putken sisällä olevaan elohopeapylvääseen eikä vaikuta mittauksiin.

Torricelli, joka ehdotti yllä kuvattua kokemusta, antoi myös selityksensä. Ilmakehä painaa kupissa olevan elohopean pintaa. Merkurius on tasapainossa. Tämä tarkoittaa, että paine putkessa on aa 1 (katso kuva) on yhtä suuri kuin ilmanpaine. Kun ilmanpaine muuttuu, myös elohopeapatsaan korkeus putkessa muuttuu. Paineen kasvaessa kolonni pitenee. Kun paine laskee, elohopeapatsaan korkeus laskee.

Putken paine tasolla aa1 syntyy putkessa olevan elohopeapatsaan painosta, koska putken yläosassa ei ole ilmaa elohopean yläpuolella. Tästä seuraa siis ilmakehän paine on yhtä suuri kuin putkessa olevan elohopeapatsaan paine , eli

s atm = s elohopeaa.

Mitä suurempi ilmakehän paine, sitä korkeampi elohopeapatsas Torricellin kokeessa. Siksi käytännössä ilmanpainetta voidaan mitata elohopeapatsaan korkeudella (millimetreinä tai senttimetreinä). Jos esimerkiksi ilmanpaine on 780 mm Hg. Taide. (he sanovat "elohopeamillimetrejä"), tämä tarkoittaa, että ilma tuottaa saman paineen kuin pystysuora elohopeapylväs, jonka korkeus on 780 mm.

Siksi tässä tapauksessa 1 millimetri elohopeaa (1 mm Hg) otetaan ilmakehän paineen yksikkönä. Etsitään tämän yksikön ja meille tuntemamme yksikön välinen suhde - pascal(Pa).

Elohopeapatsaan ρ, jonka korkeus on 1 mm, paine on:

s = g ρ h, s\u003d 9,8 N / kg 13 600 kg / m 3 0,001 m ≈ 133,3 Pa.

Eli 1 mm Hg. Taide. = 133,3 Pa.

Tällä hetkellä ilmanpaine mitataan yleensä hehtopascaleina (1 hPa = 100 Pa). Esimerkiksi säätiedotteet voivat ilmoittaa, että paine on 1013 hPa, mikä on sama kuin 760 mmHg. Taide.

Tarkkailemalla päivittäin putken elohopeapatsaan korkeutta Torricelli havaitsi, että tämä korkeus muuttuu, eli ilmakehän paine ei ole vakio, se voi nousta ja laskea. Torricelli huomasi myös, että ilmanpaine liittyy sään muutoksiin.

Jos kiinnität pystysuoran asteikon Torricellin kokeessa käytettyyn elohopeaputkeen, saat yksinkertaisimman laitteen - elohopeabarometri (kreikasta. baros- raskaus, metroo- mittaa). Sitä käytetään ilmanpaineen mittaamiseen.

Barometri - aneroidi.

Käytännössä ilmanpaineen mittaamiseen käytetään metallibarometriä, ns aneroidi (käännetty kreikasta - aneroidi). Barometria kutsutaan niin, koska se ei sisällä elohopeaa.

Aneroidin ulkonäkö on esitetty kuvassa. Sen pääosa on metallilaatikko 1, jossa on aaltomainen (aaltomainen) pinta (katso toinen kuva). Tästä laatikosta pumpataan ilmaa, ja jotta ilmanpaine ei murskaa laatikkoa, sen kansi 2 vedetään ylös jousella. Ilmanpaineen noustessa kansi taipuu alaspäin ja kiristää jousta. Kun paine laskee, jousi suoristaa kannen. Jouseen on kiinnitetty nuoli-osoitin 4 voimansiirtomekanismin 3 avulla, joka liikkuu paineen muuttuessa oikealle tai vasemmalle. Nuolen alle on kiinnitetty asteikko, jonka jaot on merkitty elohopeabarometrin osoitteiden mukaan. Joten luku 750, jota vasten aneroidinen neula seisoo (katso kuva), osoittaa, että elohopeabarometrin elohopeapylvään korkeus on tällä hetkellä 750 mm.

Siksi ilmanpaine on 750 mm Hg. Taide. tai ≈ 1000 hPa.

Ilmanpaineen arvo on erittäin tärkeä tulevien päivien sään ennustamisessa, koska ilmanpaineen muutokset liittyvät sään muutoksiin. Ilmapuntari on välttämätön väline meteorologisiin havaintoihin.

Ilmanpaine eri korkeuksissa.

Nesteessä paine, kuten tiedämme, riippuu nesteen tiheydestä ja sen kolonnin korkeudesta. Alhaisen kokoonpuristuvuuden vuoksi nesteen tiheys eri syvyyksissä on lähes sama. Siksi painetta laskettaessa pidämme sen tiheyttä vakiona ja otamme huomioon vain korkeuden muutoksen.

Kaasuilla tilanne on monimutkaisempi. Kaasut ovat erittäin puristuvia. Ja mitä enemmän kaasua puristetaan, sitä suurempi on sen tiheys ja sitä suurempi paine se tuottaa. Loppujen lopuksi kaasun paine syntyy sen molekyylien vaikutuksesta kehon pintaan.

Maan pinnan lähellä olevia ilmakerroksia puristavat kaikki niiden yläpuolella olevat ilmakerrokset. Mutta mitä korkeampi ilmakerros pinnasta, sitä heikommin se puristuu, sitä pienempi on sen tiheys. Siksi sitä vähemmän painetta se tuottaa. Jos esimerkiksi ilmapallo kohoaa maan pinnan yläpuolelle, ilmapalloon kohdistuva ilmanpaine pienenee. Tämä ei tapahdu vain siksi, että ilmapylvään korkeus sen yläpuolella pienenee, vaan myös siksi, että ilman tiheys pienenee. Se on pienempi ylhäältä kuin alhaalta. Siksi ilmanpaineen riippuvuus korkeudesta on monimutkaisempi kuin nesteiden.

Havainnot osoittavat, että ilmanpaine merenpinnan tasolla sijaitsevilla alueilla on keskimäärin 760 mm Hg. Taide.

Ilmakehän painetta, joka vastaa 760 mm korkean elohopeapylvään painetta 0 °C:n lämpötilassa, kutsutaan normaaliksi ilmanpaineeksi..

normaali ilmanpaine vastaa 101 300 Pa = 1013 hPa.

Mitä korkeampi korkeus, sitä pienempi paine.

Pienillä nousuilla, keskimäärin jokaista 12 m nousua kohden paine laskee 1 mm Hg. Taide. (tai 1,33 hPa).

Kun tiedetään paineen riippuvuus korkeudesta, on mahdollista määrittää korkeus merenpinnan yläpuolella muuttamalla barometrin lukemia. Aneroideja, joilla on asteikko, jolla voit mitata korkeuden merenpinnasta suoraan, kutsutaan korkeusmittarit . Niitä käytetään ilmailussa ja vuoristokiipeilyssä.

Painemittarit.

Tiedämme jo, että barometreja käytetään ilmanpaineen mittaamiseen. Ilmakehän painetta suurempien tai pienempien paineiden mittaamiseksi painemittarit (kreikasta. manos- harvinainen, huomaamaton metroo- mittaa). Painemittarit ovat nestettä Ja metalli.

Harkitse ensin laitetta ja toimintaa avoin nestemanometri. Se koostuu kaksijalkaisesta lasiputkesta, johon kaadetaan nestettä. Neste asennetaan molempiin polviin samalle tasolle, koska vain ilmanpaine vaikuttaa sen pintaan astian polvissa.

Ymmärtääksesi, kuinka tällainen painemittari toimii, se voidaan yhdistää kumiputkella pyöreään litteään laatikkoon, jonka toinen puoli on peitetty kumikalvolla. Jos painat sormella kalvoa, nestetaso laatikkoon liitetyssä manometripolvessa laskee ja toisessa polvessa nousee. Mikä selittää tämän?

Kalvon painaminen lisää ilmanpainetta laatikossa. Pascalin lain mukaan tämä paineen nousu siirtyy nesteeseen painemittarin polvessa, joka on kiinnitetty laatikkoon. Siksi nesteeseen kohdistuva paine tässä polvessa on suurempi kuin toisessa, jossa vain ilmakehän paine vaikuttaa nesteeseen. Tämän ylipaineen voimalla neste alkaa liikkua. Polvessa, jossa on paineilma, neste putoaa, toisessa se nousee. Neste tulee tasapainoon (pysähtymään), kun paineilman ylipaine tasapainotetaan paineella, jonka ylimääräinen nestepatsas tuottaa manometrin toisessa haarassa.

Mitä voimakkaampi paine kalvoon kohdistuu, sitä suurempi on ylimääräinen nestepatsas, sitä suurempi on sen paine. Siten, paineen muutos voidaan arvioida tämän ylimääräisen kolonnin korkeuden perusteella.

Kuvassa näkyy, kuinka tällainen painemittari voi mitata paineen nesteen sisällä. Mitä syvemmälle putki upotetaan nesteeseen, sitä suuremmaksi nestepylväiden korkeusero manometrin polvissa tulee., joten, siis ja neste tuottaa enemmän painetta.

Jos asennat laitekotelon johonkin syvyyteen nesteen sisään ja käännät sitä kalvolla ylös, sivuttain ja alas, painemittarin lukemat eivät muutu. Näin sen pitäisi olla, koska samalla tasolla nesteen sisällä paine on sama kaikkiin suuntiin.

Kuvassa näkyy metallinen manometri . Tällaisen painemittarin pääosa on putkeen taivutettu metalliputki 1 , jonka toinen pää on suljettu. Putken toinen pää hanalla 4 on yhteydessä astiaan, jossa paine mitataan. Kun paine kasvaa, putki taipuu. Sen suljetun pään liike vivulla 5 ja vaihteet 3 siirtyi ampujalle 2 liikkuvat instrumentin asteikolla. Kun paine laskee, putki joustavuuden vuoksi palaa edelliseen asentoonsa ja nuoli palaa asteikon nollajakoon.

Mäntä nestepumppu.

Aiemmin käsitellyssä kokeessa (§ 40) havaittiin, että vesi lasiputkessa ilmakehän paineen vaikutuksesta nousi männän taakse. Tämä toiminta perustuu mäntä pumput.

Pumppu on esitetty kaavamaisesti kuvassa. Se koostuu sylinteristä, jonka sisällä menee ylös ja alas kiinnittyen tiukasti aluksen seiniin, mäntään 1 . Venttiilit on asennettu sylinterin alaosaan ja itse mäntään. 2 avautuu vain ylöspäin. Kun mäntä liikkuu ylöspäin, vesi pääsee putkeen ilmanpaineen vaikutuksesta, nostaa pohjaventtiiliä ja siirtyy männän taakse.

Kun mäntä liikkuu alas, männän alla oleva vesi painaa pohjaventtiiliä ja se sulkeutuu. Samanaikaisesti veden paineen alaisena männän sisällä oleva venttiili aukeaa ja vesi virtaa männän yläpuolella olevaan tilaan. Männän seuraavalla liikkeellä ylöspäin nousee myös sen yläpuolella oleva vesi sen mukana olevalle paikalle, joka valuu poistoputkeen. Samanaikaisesti männän taakse nousee uusi osa vettä, joka, kun mäntä myöhemmin lasketaan alas, on sen yläpuolella, ja tämä koko toimenpide toistetaan uudestaan ja uudestaan pumpun käydessä.

Hydraulinen puristin.

Pascalin lain avulla voit selittää toiminnan hydraulinen kone (kreikasta. hydrauliikka- vesi). Nämä ovat koneita, joiden toiminta perustuu nesteiden liikkeen ja tasapainon lakeihin.

Hydraulikoneen pääosa on kaksi eri halkaisijaltaan olevaa sylinteriä, jotka on varustettu männillä ja liitosputkella. Mäntien ja putken alla oleva tila on täytetty nesteellä (yleensä mineraaliöljyllä). Nestepatsaiden korkeudet molemmissa sylintereissä ovat samat niin kauan kuin mäntiin ei vaikuta voimia.

Oletetaan nyt, että voimat F 1 ja F 2 - mäntiin vaikuttavat voimat, S 1 ja S 2 - mäntien alueet. Ensimmäisen (pienen) männän alla oleva paine on s 1 = F 1 / S 1 ja toisen alla (iso) s 2 = F 2 / S 2. Pascalin lain mukaan levossa olevan nesteen paine välittyy tasaisesti kaikkiin suuntiin, ts. s 1 = s 2 tai F 1 / S 1 = F 2 / S 2, mistä:

F 2 / F 1 = S 2 / S 1 .

Siksi voimaa F 2 niin paljon enemmän tehoa F 1 , Kuinka monta kertaa ison männän pinta-ala on suurempi kuin pienen männän pinta-ala?. Esimerkiksi jos suuren männän pinta-ala on 500 cm 2 ja pienen 5 cm 2 ja pieneen mäntään vaikuttaa 100 N:n voima, niin mäntään vaikuttaa 100 kertaa suurempi voima. suurempi mäntä, eli 10 000 N.

Siten hydraulikoneen avulla on mahdollista tasapainottaa suuri voima pienellä voimalla.

Asenne F 1 / F 2 näyttää voimakkuuden lisääntymisen. Esimerkiksi yllä olevassa esimerkissä voimassa oleva vahvistus on 10 000 N / 100 N = 100.

Puristamiseen (puristamiseen) käytetty hydraulikone on ns hydraulinen puristin .

Hydraulisia puristimia käytetään paikoissa, joissa tarvitaan paljon tehoa. Esimerkiksi öljyn puristamiseen siemenistä öljymyllyillä, vanerin, pahvin, heinän puristamiseen. Terästehtaat käyttävät hydraulipuristimia teräskoneiden akseleiden, rautateiden pyörien ja monien muiden tuotteiden valmistukseen. Nykyaikaiset hydraulipuristimet voivat kehittää kymmenien ja satojen miljoonien newtonien voiman.

Hydraulisen puristimen laite on esitetty kaavamaisesti kuvassa. Puristettava runko 1 (A) asetetaan alustalle, joka on yhdistetty suureen mäntään 2 (B). Pieni mäntä 3 (D) luo suuren paineen nesteeseen. Tämä paine välittyy jokaiseen sylinterit täyttävän nesteen pisteeseen. Siksi sama paine vaikuttaa toiseen, suureen mäntään. Mutta koska toisen (suuren) männän pinta-ala on suurempi kuin pienen, siihen vaikuttava voima on suurempi kuin mäntään 3 (D) vaikuttava voima. Tämän voiman vaikutuksesta mäntä 2 (B) nousee ylös. Kun mäntä 2 (B) nousee, runko (A) lepää kiinteää ylätasoa vasten ja puristuu kokoon. Painemittari 4 (M) mittaa nesteen paineen. Varoventtiili 5 (P) avautuu automaattisesti, kun nestepaine ylittää sallitun arvon.

Pienestä sylinteristä suureen nesteeseen pumpataan pienen männän 3 (D) toistuvilla liikkeillä. Tämä tehdään seuraavalla tavalla. Kun pientä mäntää (D) nostetaan, venttiili 6 (K) avautuu ja neste imetään männän alla olevaan tilaan. Kun pieni mäntä lasketaan alas nestepaineen vaikutuksesta, venttiili 6 (K) sulkeutuu ja venttiili 7 (K") avautuu ja neste kulkee suureen astiaan.

Veden ja kaasun vaikutus niihin upotettuun kehoon.

Veden alla voimme helposti nostaa kiven, jota tuskin voi nostaa ilmaan. Jos upotat korkin veteen ja irrotat sen käsistäsi, se kelluu. Miten nämä ilmiöt voidaan selittää?

Tiedämme (§ 38), että neste painaa astian pohjaa ja seinämiä. Ja jos jokin kiinteä kappale asetetaan nesteen sisään, se joutuu myös paineen alaisiksi, kuten astian seinämät.

Harkitse voimia, jotka vaikuttavat nesteen puolelta siihen upotettuun kehoon. Päättelyn helpottamiseksi valitsemme rungon, joka on muodoltaan suuntaissärmiö, jonka kantat ovat samansuuntaiset nesteen pinnan kanssa (kuva). Kehon sivupintoihin vaikuttavat voimat ovat pareittain yhtä suuret ja tasapainottavat toisiaan. Näiden voimien vaikutuksesta keho puristuu. Mutta kehon ylä- ja alapuolelle vaikuttavat voimat eivät ole samat. Yläpinta painaa ylhäältä voimalla F 1 pylväs nestemäistä tallia h 1 . Alemman pinnan tasolla paine tuottaa nestepatsaan, jonka korkeus on h 2. Tämä paine, kuten tiedämme (§ 37), välittyy nesteen sisällä kaikkiin suuntiin. Siksi kehon alapinnalla alhaalta ylöspäin voimalla F 2 painaa nestepatsaan korkealle h 2. Mutta h 2 lisää h 1, siis voimamoduuli F 2 muuta tehomoduulia F 1 . Siksi keho työnnetään ulos nesteestä voimalla F vyt, yhtä suuri kuin voimien ero F 2 - F 1, eli

Mutta S·h = V, jossa V on suuntaissärmiön tilavuus ja ρ W ·V = m W on nesteen massa suuntaissärmiön tilavuudessa. Siten,

F vyt \u003d g m well \u003d P well,

eli nostevoima on yhtä suuri kuin nesteen paino siihen upotetun kehon tilavuudessa(Kellukevoima on yhtä suuri kuin nesteen paino, jonka tilavuus on sama kuin siihen upotetun kehon tilavuus).

Kehon nesteestä työntävän voiman olemassaolo on helppo havaita kokeellisesti.

Kuvan päällä A esittää jouseen ripustettua runkoa, jonka päässä on nuoliosoitin. Nuoli osoittaa jalustan jousen kireyden. Kun ruumis päästetään veteen, jousi supistuu (kuva. b). Sama jousen supistuminen saadaan, jos vaikutat vartaloon alhaalta ylöspäin jollain voimalla, esimerkiksi painat sitä kädellä (nosta sitä).

Siksi kokemus vahvistaa tämän nesteessä olevaan kehoon vaikuttava voima työntää kehon ulos nesteestä.

Kaasuille, kuten tiedämme, Pascalin laki pätee myös. Siksi kaasussa olevat kappaleet altistuvat voimalle, joka työntää ne ulos kaasusta. Tämän voiman vaikutuksesta ilmapallot nousevat ylös. Kappaleen kaasusta ulos työntävän voiman olemassaolo voidaan havaita myös kokeellisesti.

Riputamme lasipallon tai suuren korkilla suljetun pullon lyhennetylle astialle. Vaa'at ovat tasapainossa. Sitten pullon (tai pallon) alle asetetaan leveä astia niin, että se ympäröi koko pullon. Astia täytetään hiilidioksidilla, jonka tiheys on suurempi kuin ilman tiheys (siis hiilidioksidi uppoaa alas ja täyttää astian syrjäyttäen siitä ilmaa). Tässä tapauksessa vaakojen tasapaino häiriintyy. Kuppi, jossa on ripustettu pullo, nousee ylös (kuva). Hiilidioksidiin upotettu pullo kokee suuremman kelluntavoiman kuin se, joka vaikuttaa siihen ilmassa.

Voima, joka työntää kappaleen ulos nesteestä tai kaasusta, on suunnattu vastakkain tähän kappaleeseen kohdistuvan painovoiman kanssa.

Siksi prolkosmos). Tämä selittää, miksi vedessä nostamme joskus helposti ruumiita, joita tuskin pystymme pitämään ilmassa.

Pieni kauha ja sylinterimäinen runko on ripustettu jouseen (kuva, a). Jalustassa oleva nuoli osoittaa jousen jatkeen. Se näyttää kehon painon ilmassa. Kun runko on nostettu, sen alle asetetaan tyhjennysastia, joka on täytetty nesteellä tyhjennysputken tasolle. Sen jälkeen vartalo upotetaan kokonaan nesteeseen (kuva, b). Jossa osa nesteestä, jonka tilavuus on yhtä suuri kuin kehon tilavuus, kaadetaan kaatoastiasta lasiin. Jousi supistuu ja jousen osoitin nousee osoittamaan kehon painon vähenemistä nesteessä. Tässä tapauksessa painovoiman lisäksi kehoon vaikuttaa toinen voima, joka työntää sen ulos nesteestä. Jos lasista tuleva neste kaadetaan ylempään ämpäriin (eli siihen, jonka runko syrjäytti), jousiosoitin palaa alkuasentoonsa (kuva, c).

Tämän kokemuksen perusteella voidaan päätellä, että voima, joka työntää kappaletta kokonaan nesteeseen upotettuna, on yhtä suuri kuin nesteen paino tämän kappaleen tilavuudessa . Päädyimme samaan johtopäätökseen § 48:ssa.

Jos samanlainen koe tehtäisiin kaasuun upotetulla keholla, se osoittaisi sen voima, joka työntää kehon ulos kaasusta, on myös yhtä suuri kuin kaasun paino, joka on otettu kehon tilavuuteen .

Voimaa, joka työntää kappaleen nesteestä tai kaasusta, kutsutaan Archimedean voima, tiedemiehen kunniaksi Archimedes joka ensin viittasi sen olemassaoloon ja laski sen merkityksen.

Kokemus on siis vahvistanut, että arkimedelainen (tai kelluva) voima on yhtä suuri kuin nesteen paino kehon tilavuudessa, ts. F A = P f = g m ja. Kehon syrjäyttämän nesteen massa m f voidaan ilmaista sen tiheydellä ρ w ja nesteeseen upotetun kappaleen tilavuudella V t (koska V l - kehon syrjäyttämän nesteen tilavuus on yhtä suuri kuin V t - nesteeseen upotetun kappaleen tilavuus), eli m W = ρ W V t. Sitten saadaan:

F A= g ρ ja · V T

Siksi Archimedean voima riippuu nesteen tiheydestä, johon keho on upotettu, ja tämän kappaleen tilavuudesta. Mutta se ei riipu esimerkiksi nesteeseen upotetun kehon aineen tiheydestä, koska tämä määrä ei sisälly tuloksena olevaan kaavaan.

Määritetään nyt nesteeseen (tai kaasuun) upotetun kappaleen paino. Koska kaksi kehoon vaikuttavaa voimaa on tässä tapauksessa suunnattu vastakkaisiin suuntiin (painovoima on alaspäin ja Arkhimedeen voima on ylöspäin), niin kehon paino nesteessä P 1 on pienempi kuin kehon paino tyhjiössä P = gm Arkhimedeen voimille F A = g m w (missä m w on kehon syrjäyttämän nesteen tai kaasun massa).

Täten, jos ruumis upotetaan nesteeseen tai kaasuun, se menettää painoaan yhtä paljon kuin sen syrjäyttämä neste tai kaasu painaa.

Esimerkki. Määritä kelluva voima, joka vaikuttaa kiveen, jonka tilavuus on 1,6 m 3 merivedessä.

Kirjataan ylös ongelman tila ja ratkaistaan se.

Kun kelluva kappale saavuttaa nesteen pinnan, sen edelleen ylöspäin suuntautuvan liikkeen myötä Arkhimedeen voima pienenee. Miksi? Mutta koska nesteeseen upotetun kehon osan tilavuus pienenee ja Arkhimedeen voima on yhtä suuri kuin nesteen paino siihen upotetun kehon osan tilavuudessa.

Kun Arkhimedeen voima tulee yhtä suureksi kuin painovoima, kappale pysähtyy ja kelluu nesteen pinnalla, osittain upotettuna siihen.

Tuloksena oleva johtopäätös on helppo varmistaa kokeellisesti.

Kaada vettä tyhjennysastiaan tyhjennysputken tasolle asti. Sen jälkeen upotetaan kelluva kappale astiaan, ennen kuin se on punnittu ilmassa. Laskeutuessaan veteen keho syrjäyttää vettä, joka vastaa siihen upotetun kehon osan tilavuutta. Tämän veden punnitsemisen jälkeen huomaamme, että sen paino (Arkimedean voima) on yhtä suuri kuin kelluvaan kappaleeseen vaikuttava painovoima tai tämän kappaleen paino ilmassa.

Kun olet tehnyt samat kokeet muiden kappaleiden kanssa, jotka kelluvat eri nesteissä - vedessä, alkoholissa, suolaliuoksessa, voit varmistaa, että jos ruumis kelluu nesteessä, niin sen syrjäyttämän nesteen paino on yhtä suuri kuin tämän kappaleen paino ilmassa.

Se on helppo todistaa jos kiinteän kiinteän aineen tiheys on suurempi kuin nesteen tiheys, niin keho uppoaa sellaiseen nesteeseen. Tässä nesteessä kelluu kappale, jonka tiheys on pienempi. Esimerkiksi raudanpala uppoaa veteen, mutta kelluu elohopeassa. Kappale, jonka tiheys on yhtä suuri kuin nesteen tiheys, sen sijaan pysyy tasapainossa nesteen sisällä.

Jää kelluu veden pinnalla, koska sen tiheys on pienempi kuin veden.

Mitä pienempi kehon tiheys on nesteen tiheyteen verrattuna, sitä pienempi osa kehosta on upotettuna nesteeseen .

Kun kehon ja nesteen tiheys on sama, keho kelluu nesteen sisällä missä tahansa syvyydessä.

Kaksi sekoittumatonta nestettä, esimerkiksi vesi ja kerosiini, sijoittuu astiaan tiheytensä mukaan: astian alaosassa - tiheämpi vesi (ρ = 1000 kg / m 3), päällä - kevyempi kerosiini (ρ = 800). kg/m3).

Vesiympäristössä asuvien elävien organismien keskimääräinen tiheys eroaa vähän veden tiheydestä, joten niiden paino on lähes täysin tasapainotettu Arkhimedeen voiman avulla. Tämän ansiosta vesieläimet eivät tarvitse niin vahvoja ja massiivisia luurankoja kuin maanpäälliset. Samasta syystä vesikasvien rungot ovat joustavia.

Kalan uimarakko muuttaa helposti tilavuuttaan. Kun kala laskeutuu lihasten avulla suureen syvyyteen ja siihen kohdistuva vedenpaine kasvaa, kupla supistuu, kalan kehon tilavuus pienenee, eikä se työnnä ylöspäin, vaan ui syvyyksissä. Siten kala voi tietyissä rajoissa säädellä sukelluksensa syvyyttä. Valaat säätelevät sukellussyvyyttään supistamalla ja laajentamalla keuhkokapasiteettiaan.

Purjelaivoja.

Joissa, järvissä, merissä ja valtamerissä kelluvat laivat on rakennettu erilaisista materiaaleista, joiden tiheys vaihtelee. Laivojen runko on yleensä valmistettu teräslevystä. Myös kaikki laivoille lujuutta antavat sisäiset kiinnikkeet on valmistettu metalleista. Laivojen rakentamiseen käytetään erilaisia materiaaleja, joilla on veteen verrattuna sekä suurempi että pienempi tiheys.

Miten laivat kelluvat, ottavat kyytiin ja kuljettavat suuria kuormia?

Kokeilu kelluvalla kappaleella (§ 50) osoitti, että ruumis syrjäyttää vedenalaisella osallaan niin paljon vettä, että tämä vesi on painoltaan yhtä suuri kuin kehon paino ilmassa. Tämä pätee myös kaikkiin laivoihin.

Aluksen vedenalaisen osan syrjäyttämän veden paino on yhtä suuri kuin aluksen paino ilmassa lastin kanssa tai painovoima, joka vaikuttaa alukseen lastineen.

Syvyys, johon alus on upotettu veteen, kutsutaan luonnos . Suurin sallittu syväys on merkitty aluksen runkoon punaisella viivalla nimeltä vesiviiva (Hollannin kielestä. vettä- vesi).

Veden painoa, jonka alus syrjäyttää sen ollessa upotettuna vesiviivaan ja joka on yhtä suuri kuin lastin kanssa alukseen vaikuttava painovoima, kutsutaan aluksen siirtymäksi..

Tällä hetkellä öljyn kuljetukseen rakennetaan aluksia, joiden uppouma on 5 10 6 kN ja enemmän, eli joiden massa on 500 000 tonnia (5 10 5 t) ja enemmän yhdessä lastin kanssa.

Jos vähennämme uppoumasta itse laivan painon, saamme tämän aluksen kantokyvyn. Kantavuus osoittaa aluksen kuljettaman lastin painon.

Laivanrakennus oli olemassa muinaisessa Egyptissä, Foinikiassa (foinikialaisten uskotaan olleen yksi parhaista laivanrakentajista), muinaisessa Kiinassa.

Venäjällä laivanrakennus syntyi 1600- ja 1700-luvun vaihteessa. Pääasiassa rakennettiin sotalaivoja, mutta Venäjällä rakennettiin ensimmäinen jäänmurtaja, polttomoottorilla varustetut alukset ja ydinjäänmurtaja Arktika.

Ilmailu.

Piirustus, joka kuvaa Montgolfier-veljesten ilmapalloa vuonna 1783: "Katso ja tarkat mitat ilmapallosta, joka oli ensimmäinen." 1786

Muinaisista ajoista lähtien ihmiset ovat haaveilleet voivansa lentää pilvien yläpuolella, uida ilmameressä purjehtiessaan merellä. Ilmailulle

Aluksi käytettiin ilmapalloja, jotka täytettiin joko lämmitetyllä ilmalla tai vedyllä tai heliumilla.

Ilmapallon nousemiseksi ilmaan on välttämätöntä, että Arkhimedeen voima (noste) F A, joka vaikutti palloon, oli enemmän kuin painovoima F raskas, ts. F A > F raskas

Pallon noustessa siihen vaikuttava Archimedean voima pienenee ( F A = gρV), koska yläilmakehän tiheys on pienempi kuin maan pinnan tiheys. Korkeammalle nousemiseksi pallosta pudotetaan erityinen painolasti (paino), joka keventää palloa. Lopulta pallo saavuttaa suurimman nostokorkeutensa. Pallon laskemiseksi osa kaasusta vapautetaan sen kuoresta erityisellä venttiilillä.

Vaakasuunnassa ilmapallo liikkuu vain tuulen vaikutuksesta, joten sitä kutsutaan ilmapallo (kreikasta ilmaa- ilmaa, stato-seisten). Ei niin kauan sitten valtavia ilmapalloja käytettiin tutkimaan ilmakehän ylempiä kerroksia, stratosfääriä - stratostaatit .

Ennen kuin he oppivat rakentamaan suuria lentokoneita matkustajien ja rahdin kuljettamiseen ilmateitse, käytettiin ohjattuja ilmapalloja - ilmalaivoja. Niillä on pitkänomainen muoto, rungon alle on ripustettu gondoli moottorilla, joka käyttää potkuria.

Ilmapallo ei vain nouse itsestään, vaan se voi myös nostaa jonkin verran lastia: hyttiä, ihmisiä, instrumentteja. Siksi, jotta voidaan selvittää, millaista kuormaa ilmapallo voi nostaa, on se määritettävä. nostovoima.

Lennättäköön esimerkiksi heliumilla täytetty ilmapallo, jonka tilavuus on 40 m 3. Pallon kuoren täyttävän heliumin massa on yhtä suuri:
m Ge \u003d ρ Ge V \u003d 0,1890 kg / m 3 40 m 3 \u003d 7,2 kg,
ja sen paino on:
P Ge = g m Ge; P Ge \u003d 9,8 N / kg 7,2 kg \u003d 71 N.
Tähän palloon ilmassa vaikuttava kelluva voima (arkimedeolainen) on yhtä suuri kuin 40 m 3 tilavuuden omaavan ilman paino, ts.
F A \u003d g ρ ilma V; F A \u003d 9,8 N / kg 1,3 kg / m 3 40 m 3 \u003d 520 N.

Tämä tarkoittaa, että tämä pallo pystyy nostamaan kuorman, jonka paino on 520 N - 71 N = 449 N. Tämä on sen nostovoima.

Saman tilavuuden, mutta vedyllä täytetty ilmapallo pystyy nostamaan 479 N:n kuorman. Tämä tarkoittaa, että sen nostovoima on suurempi kuin heliumilla täytetyn ilmapallon. Mutta silti heliumia käytetään useammin, koska se ei pala ja on siksi turvallisempaa. Vety on palava kaasu.

Kuumalla ilmalla täytettyä ilmapalloa on paljon helpompi nostaa ja laskea. Tätä varten poltin sijaitsee pallon alaosassa olevan reiän alla. Kaasupolttimen avulla voit säätää pallon sisällä olevan ilman lämpötilaa, mikä tarkoittaa sen tiheyttä ja kelluvuutta. Jotta pallo nousisi korkeammalle, riittää lämmittää siinä oleva ilma voimakkaammin, mikä lisää polttimen liekkiä. Kun polttimen liekki laskee, pallon ilman lämpötila laskee ja pallo laskeutuu.

On mahdollista valita sellainen pallon lämpötila, jossa pallon ja ohjaamon paino on yhtä suuri kuin kelluvuus. Sitten pallo roikkuu ilmassa, ja siitä on helppo tehdä havaintoja.

Tieteen kehittyessä ilmailutekniikassa tapahtui myös merkittäviä muutoksia. Tuli mahdolliseksi käyttää uusia kuoria ilmapalloille, joista tuli kestäviä, pakkasenkestäviä ja kevyitä.

Saavutukset radiotekniikan, elektroniikan ja automaation alalla mahdollistivat miehittämättömien ilmapallojen suunnittelun. Näitä ilmapalloja käytetään ilmavirtojen tutkimiseen, maantieteelliseen ja biolääketieteelliseen tutkimukseen ilmakehän alemmissa kerroksissa.

Ohje

löytö paine ihanteellinen kaasua Keskimääräisen nopeuden, yhden molekyylin massan ja pitoisuuden arvojen läsnä ollessa kaavan P=⅓nm0v2 mukaisesti, jossa n on pitoisuus (grammoina tai mooleina litrassa), m0 on yhden molekyylin massa.

Laskea paine jos tiedät lämpötilan kaasua ja sen pitoisuus käyttämällä kaavaa P=nkT, jossa k on Boltzmannin vakio (k=1,38 10-23 mol K-1), T on lämpötila absoluuttisella Kelvin-asteikolla.

löytö paine kahdesta ekvivalentista Mendeleev-Claiperon-yhtälön versiosta riippuen tunnetuista arvoista: P=mRT/MV tai P=νRT/V, jossa R on yleiskaasuvakio (R=8,31 J/mol K), ν - in moolit, V - tilavuus kaasua m3:ssa.

Jos ongelman ehto määrittelee molekyylien keskiarvon kaasua ja sen keskittyminen, etsi paine käyttämällä kaavaa P=⅔nEk, jossa Ek on J:n liike-energia.

löytö paine kaasulakeista - isokorinen (V=vakio) ja isoterminen (T=vakio), jos on annettu paine jossakin osavaltiossa. Isokoorisessa prosessissa paineiden suhde kahdessa tilassa on yhtä suuri kuin suhde: P1/P2=T1/T2. Toisessa tapauksessa, jos lämpötila pysyy vakiona, paineen tulo kaasua tilavuudellaan ensimmäisessä tilassa on sama kuin sama tuote toisessa tilassa: P1·V1=P2·V2. Ilmaise tuntematon määrä.

Laskettaessa höyryn osapainetta, jos lämpötila ja ilma on annettu tilassa, ilmaise paine kaavasta φ / 100 \u003d P1 / P2, jossa φ / 100 - suhteellinen kosteus, P1 - osittainen paine vesihöyry, P2 - vesihöyryn maksimiarvo tietyssä lämpötilassa. Käytä laskennassa taulukoita maksimihöyrynpaineesta (maksimi osapaine) vs. lämpötila Celsius-asteina.

Hyödyllinen neuvo

Käytä aneroidi- tai elohopeabarometriä saadaksesi tarkemman lukeman, jos sinun on laskettava kaasun paine kokeen tai laboratorion aikana. Käytä tavanomaista tai elektronista painemittaria kaasun paineen mittaamiseen astiassa tai sylinterissä.

Lähteet:

Kyllästetyn vesihöyryn paine ja tiheys lämpötilasta riippuen - taulukko
kaasun paineen kaava

Kestääkö ämpäri, jos kaada siihen vettä? Ja jos kaada raskaampaa nestettä sinne? Tähän kysymykseen vastaamiseksi on tarpeen laskea paine, joka kohdistaa nestettä astian seinämiin. Tämä on hyvin usein tarpeen tuotannossa - esimerkiksi säiliöiden tai säiliöiden valmistuksessa. Säiliöiden vahvuuden laskeminen on erityisen tärkeää vaarallisten nesteiden osalta.

Tarvitset

Alus
Neste, jonka tiheys tunnetaan
Pascalin lain tuntemus
Hydrometri tai pyknometri
mittalasi
Korjaustaulukko ilmassa punnitsemiseen
Viivotin

Ohje

Lähteet:

Nesteen paineen laskeminen astian pohjassa ja seinissä

Pienelläkin vaivalla voit luoda merkittävän paine. Tätä varten tarvitaan vain keskittyminen pienelle alueelle. Päinvastoin, jos merkittävä voima jakautuu tasaisesti suurelle alueelle, paine osoittautuvat suhteellisen pieniksi. Saadaksesi selville tarkalleen kuinka, sinun on suoritettava laskelma.

Ohje

Jos tehtävä ei näytä voimaa, vaan kuorman massaa, laske voima seuraavalla kaavalla: F \u003d mg, missä F on voima (N), m on massa (kg), g on vapaa pudotuskiihtyvyys, joka on 9,80665 m / s².

Jos olosuhteissa, alueen sijasta sen alueen geometriset parametrit, jolla paine, laske ensin tämän alueen pinta-ala. Esimerkiksi suorakulmiolle: S=ab, missä S on pinta-ala (m²), a on pituus (m), b on leveys (m) Ympyrälle: S=πR², missä S on pinta-ala ( m²), π on luku "pi", 3,1415926535 (mitaton arvo), R - säde (m).

Saada selville paine, jaa voima pinta-alalla: P=F/S, missä P on paine(Pa), F - voima (n), S - pinta-ala (m²).

Vientiin tarkoitettujen tavaroiden saateasiakirjoja laadittaessa saattaa olla tarpeen ilmaista paine paunaa neliötuumaa kohden (PSI - paunaa neliötuumaa kohti). Noudata tässä tapauksessa seuraavaa suhdetta: 1 PSI = 6894,75729 Pa.