Қысым – табиғатта және адам өмірінде ерекше рөл атқаратын физикалық шама. Көзге көрінбейтін бұл құбылыс қоршаған ортаның жай-күйіне әсер етіп қана қоймайды, сонымен қатар әрбір адам өте жақсы сезінеді. Оның не екенін, оның қандай түрлері бар екенін және әртүрлі ортадағы қысымды (формуланы) қалай табуға болатынын анықтайық.
Физика мен химияда қысым қалай аталады
Бұл термин перпендикуляр әсер ететін қысым күшінің оның әсер ететін бет ауданына қатынасы ретінде өрнектелетін маңызды термодинамикалық шаманы білдіреді. Бұл құбылыс ол жұмыс істейтін жүйенің көлеміне байланысты емес, сондықтан ол қарқынды мөлшерлерге қатысты.
Тепе-теңдік күйде Паскаль заңы бойынша қысым жүйенің барлық нүктелері үшін бірдей болады.
Физика мен химияда бұл «P» әрпімен белгіленеді, бұл терминнің латын атауының аббревиатурасы - pressūra.
Егер біз сұйықтықтың осмостық қысымы туралы айтатын болсақ (қысым арасындағы тепе-теңдік)тордың ішінде және сыртында) "P" әрпі қолданылады.
Қысым бірліктері
Халықаралық SI жүйесінің стандарттары бойынша қарастырылатын физикалық құбылыс паскальмен өлшенеді (кириллица - Па, латын - Ra).
Қысым формуласына сүйене отырып, бір Па бір шаршы метрге (аудан бірлігіне) бөлінген бір N (ньютон – күш бірлігі) тең екені анықталды.
Алайда іс жүзінде паскаль тілін қолдану өте қиын, себебі бұл бірлік өте кішкентай. Осыған байланысты, SI стандарттарына қоса, бұл мәнді басқа жолмен өлшеуге болады.
Төменде оның ең танымал аналогтары берілген. Олардың көпшілігі бұрынғы КСРО-да кеңінен қолданылады.
- Барлар. Бір жолақ 105 Па-ға тең.
- Торр немесе сынап бағанының миллиметрі. Шамамен бір Торр 133,3223684 Па сәйкес келеді.
- Су бағанының миллиметрі.
- Су бағанының метрлері.
- Техникалық атмосфера.
- Физикалық атмосфералар. Бір атм 101,325 Па және 1,033233 тең.
- Килограмм-күш бір шаршы сантиметрге. Сондай-ақ тонна-күш және грамм-күш бар. Бұған қоса, әр шаршы дюймге аналогтық фунт күші бар.
Қысымның жалпы формуласы (7-сынып физикасы)
Берілген физикалық шаманың анықтамасынан оны табу әдісін анықтауға болады. Төмендегі фотоға ұқсайды.
Онда F – күш, ал S – аудан. Басқаша айтқанда, қысымды табу формуласы - оның күші оның бетінің ауданына бөлінгенәсер етеді.
Оны былай да жазуға болады: P=mg / S немесе P=pVg / S. Осылайша, бұл физикалық шама басқа термодинамикалық айнымалыларға қатысты: көлем және масса.
Қысым үшін келесі принцип қолданылады: күш әсер ететін кеңістік неғұрлым аз болса, оның басу күшінің мөлшері соғұрлым көп болады. Дегенмен, аумақ ұлғайса (бірдей күшпен), қалаған мән азаяды.
Гидростатикалық қысым формуласы
Заттардың әртүрлі агрегаттық күйлері, олардың бір-бірінен ерекшеленетін қасиеттерінің болуын қамтамасыз етеді. Осыған сүйене отырып, олардағы P анықтау әдістері де әртүрлі болады.
Мысалы, су қысымының (гидростатикалық) формуласы келесідей: P=pgh. Бұл газдарға да қатысты. Дегенмен, биіктіктер мен ауа тығыздықтарының айырмашылығына байланысты оны атмосфералық қысымды есептеу үшін пайдалану мүмкін емес.
Бұл формулада p – тығыздық, g – гравитациялық үдеу, h – биіктік. Осыған сүйене отырып, зат немесе зат неғұрлым тереңірек батып кетсе, сұйықтықтың (газдың) ішінде оған түсетін қысым соғұрлым жоғары болады.
Қарастырылып отырған нұсқа P=F / S классикалық мысалдың бейімделуі.
Егер күштің еркін түсу жылдамдығы бойынша массаның туындысына (F=мг) тең екенін, ал сұйықтықтың массасы тығыздық бойынша көлемнің туындысы (m=pV) болатынын есте сақтасақ, онда қысым формуласын P=pVg / S түрінде жазуға болады. Бұл жағдайда көлем биіктікке көбейтілген аудан болып табылады (V=Sh).
Егер сіз бұл деректерді енгізсеңіз, ал нумератордағы аймақ жәнебөлгішті азайтуға болады және шығыс - жоғарыдағы формула: P=pgh.
Сұйықтардағы қысымды ескере отырып, қатты заттардан айырмашылығы оларда беткі қабат жиі бұрмалануы мүмкін екенін есте ұстаған жөн. Ал бұл өз кезегінде қосымша қысымның пайда болуына ықпал етеді.
Мұндай жағдайлар үшін сәл басқаша қысым формуласы қолданылады: P=P0 + 2QH. Бұл жағдайда P0 - қисық емес қабаттың қысымы, ал Q - сұйықтықтың тартылу беті. H – Лаплас заңымен анықталатын беттің орташа қисаюы: H=½ (1/R1+ 1/R2). R1 және R2 құрамдастары негізгі қисықтық радиустары болып табылады.
Ішінара қысым және оның формуласы
P=pgh әдісі сұйықтықтар үшін де, газдар үшін де жарамды болғанымен, соңғысындағы қысымды сәл басқаша есептеген дұрыс.
Табиғатта, әдетте, абсолютті таза заттар көп кездеспейді, өйткені онда қоспалар басым. Және бұл сұйықтықтарға ғана емес, газдарға да қатысты. Өздеріңіз білетіндей, бұл құрамдастардың әрқайсысы жартылай қысым деп аталатын әртүрлі қысым көрсетеді.
Оны анықтау өте оңай. Ол қарастырылатын қоспаның әрбір компонентінің қысымының қосындысына тең (идеалды газ).
Осыдан ішінара қысым формуласы келесідей көрінеді: P=P1+ P2+ P3… және т.б., құрамдастардың санына қарай.
Ауа қысымын анықтау қажет болатын кездер жиі болады. Бірақ кейбіреулер қателесіп P=pgh схемасы бойынша тек оттегімен есептейді. Бірақ ауа әртүрлі газдардың қоспасы. Оның құрамында азот, аргон, оттегі және басқа заттар бар. Ағымдағы жағдайға сүйене отырып, ауа қысымының формуласы оның барлық құрамдас бөліктерінің қысымдарының қосындысы болып табылады. Сонымен, жоғарыда көрсетілген P1+ P2+ P3…
Ең таралған манометрлер
Қарастырылып отырған термодинамикалық шаманы жоғарыда келтірілген формулалар арқылы есептеу қиын емес екеніне қарамастан, кейде есептеуді жүргізуге уақыт болмайды. Өйткені, сіз әрқашан көптеген нюанстарды ескеруіңіз керек. Сондықтан, ыңғайлы болу үшін ғасырлар бойы адамдардың орнына мұны істеу үшін бірқатар құрылғылар жасалды.
Шын мәнінде, мұндай құрылғылардың барлығы дерлік манометрдің сорттары болып табылады (газдар мен сұйықтықтардағы қысымды анықтауға көмектеседі). Дегенмен, олар дизайны, дәлдігі және ауқымы бойынша ерекшеленеді.
- Атмосфералық қысым барометр деп аталатын манометр көмегімен өлшенеді. Вакуумды анықтау қажет болса (яғни қысым атмосфералық қысымнан төмен болса), оның басқа нұсқасы, вакуумөлшегіш қолданылады
- Адамның қан қысымын анықтау үшін сфигмоманометр қолданылады. Көпшілік үшін бұл инвазивті емес тонометр ретінде жақсы белгілі. Мұндай құрылғылардың көптеген сорттары бар: сынапты механикалықтан толық автоматты цифрға дейін. Олардың дәлдігі олар жасалған материалдарға және қай жерде өлшенетініне байланысты.
- Қоршаған ортадағы қысымның төмендеуі (сәйкесҚазақша - қысымның төмендеуі) дифференциалды манометрлер немесе дифнамометрлер (динамометрлермен шатастырмау үшін) арқылы анықталады.
Қысым түрлері
Қысымды, оны табу формуласын және оның әртүрлі заттар үшін вариациясын ескере отырып, бұл мөлшердің сорттары туралы білген жөн. Олардың бесеуі бар.
- Абсолютті.
- Барометрлік
- Артық.
- Вакуометриялық.
- Дифференциалды.
Абсолют
Бұл атмосфераның басқа газтәрізді құрамдастарының әсерін есепке алмаған зат немесе зат орналасқан жалпы қысымның атауы.
Ол паскальмен өлшенеді және артық және атмосфералық қысымның қосындысы болып табылады. Бұл сонымен қатар барометрлік және вакуумдық түрлер арасындағы айырмашылық.
Ол P=P2 + P3 немесе P=P2 формуласымен есептеледі. - R4.
Жер планетасының жағдайындағы абсолютті қысымның анықтамалық нүктесі үшін ауа шығарылатын контейнер ішіндегі қысым (яғни классикалық вакуум) алынады.
Термодинамикалық формулалардың көпшілігінде тек осы қысым түрі қолданылады.
Барометрлік
Бұл термин атмосфераның барлық заттар мен онда табылған объектілерге, соның ішінде Жердің бетіне түсіретін қысымын (тартылысын) білдіреді. Оны көпшілік атмосфералық деп те біледі.
Ол термодинамикалық параметр ретінде жіктеледі және оның мәні өлшеу орны мен уақытына, сондай-ақ ауа райы жағдайларына және теңіз деңгейінен жоғары/төмен болуына байланысты өзгереді.
Барометрлік қысым мәніатмосфераның оған нормаль бойымен бірлік ауданындағы күшінің модуліне тең.
Тұрақты атмосферада бұл физикалық құбылыстың шамасы алаңы 1-ге тең негіздегі ауа бағанының салмағына тең.
Нормалық барометрлік қысым - 101 325 Па (0 градус Цельсийде 760 мм рт.ст.). Сонымен қатар, объект Жер бетінен неғұрлым жоғары болса, оған түсетін ауа қысымы соғұрлым төмен болады. Әр 8 км сайын ол 100 Па азаяды.
Таулардағы осы қасиетінің арқасында шәйнектердегі су пештегі үйдегіге қарағанда тезірек қайнайды. Өйткені қысым қайнау температурасына әсер етеді: оның төмендеуімен соңғысы төмендейді. Және керісінше. Қысымды пеш пен автоклав сияқты ас үй құрылғыларының жұмысы осы мүлікке салынған. Олардың ішіндегі қысымның жоғарылауы пештегі кәдімгі табаларға қарағанда ыдыс-аяқта жоғары температураның пайда болуына ықпал етеді.
Барометрлік биіктік формуласы атмосфералық қысымды есептеу үшін пайдаланылады. Төмендегі фотоға ұқсайды.
P – биіктіктегі қажетті мән, P0 – бетке жақын ауа тығыздығы, g – еркін түсу үдеуі, h – Жерден биіктік, m газдың молярлық массасы, t – жүйенің температурасы, r – 8,3144598 Дж⁄(моль x К) әмбебап газ тұрақтысы және e – 2,71828-ге тең эвклер саны.
Жоғарыдағы атмосфералық қысым формуласында жиі R орнына K пайдаланылады. Больцман тұрақтысы болып табылады. Әмбебап газ тұрақтысы көбінесе оның туындысы түрінде Авогадро санымен өрнектеледі. Бөлшектердің саны мольмен берілгенде, бұл есептеулер үшін ыңғайлырақ.
Есептеулерді жүргізген кезде метеорологиялық жағдайдың өзгеруіне байланысты немесе теңіз деңгейінен жоғары көтерілу кезінде, сондай-ақ географиялық ендікпен байланысты ауа температурасының өзгеру мүмкіндігін әрқашан ескеру қажет.
Гаж және вакуум өлшегіш
Атмосфералық қысым мен өлшенген қоршаған орта қысымы арасындағы айырмашылық артық қысым деп аталады. Нәтижеге байланысты мәннің атауы өзгереді.
Оң болса, ол манометрлік қысым деп аталады.
Алынған нәтиже минус белгісімен болса, оны вакуум деп атайды. Ол барометрден артық болмауы керек екенін есте ұстаған жөн.
Дифференциал
Бұл мән әртүрлі өлшеу нүктелеріндегі қысым айырмашылығы болып табылады. Әдетте, ол кез келген жабдықтағы қысымның төмендеуін анықтау үшін қолданылады. Бұл әсіресе мұнай өнеркәсібіне қатысты.
Қандай термодинамикалық шаманың қысым деп аталатынын және оның қандай формулалармен табылатынын анықтай отырып, бұл құбылыс өте маңызды, сондықтан ол туралы білім ешқашан артық болмайды деген қорытындыға келуге болады.
