Давление. Разность давлений. Измерение давления и разности давлений.
Одно из основных свойств газа – оказывать на стенки содержащего его сосуда давление, т. е. действовать на стенку с силой F, отнесенной к единице площади поверхности стенки S, нормальной к этой силе:
.
Единицы давления.Всистеме СИ за единицу давления принимается давление, при котором на 1 м2 поверхности нормально к ней действует сила в 1 Н. Такую единицу давления принято называть паскалем (сокращенно Па):
1 Па = 1 Н/м2.
Ввиду малости этой единицы рекомендуется для пользования единица в 105 раз большая, которой присвоено название бар:
1 бар = 105 Па.
В технике широко применяется единица давления, называемая технической атмосферой (сокращенно ат), равная 1 кгс/см2. Эта единица лишь на 2% отличается от бара;
1 ат= 1 кгс/см2 = 9,8 Па 0,98 бар.
Используется физическая атмосфера (сокращенно атм), равная давлению столба ртути высотой 760 мм. Считая плотность ртути равной 13,6 г/см3 (13,6·103 кг/м3) и ускорение свободного падения равным 9,81 м/с2, получаем:
1 атм= 1,013 дин/см2 = 1,013·105 Па ( 1,01 бар)=
=10,2 м. водяного столба
В области низких давлений применяется единица давления тор (миллиметр ртутного столба):
1 тор = атм = 133,3 Па 1,00 мм.рт.ст.
При решении задач необходимо помнить, что из приведенных здесь единиц давления системой (система СИ) являются только Па.
Измерение давлений. Диапазон давлений, в котором на практике исследуют физические явления, чрезвычайно широк. При этом наибольшие давления достигают значений атм ( Па), наименьшие - мм рт. ст. ( Па). Понятно, что не может быть прибора, который одинаково точно измерял бы как высокие, так и низкие давления. Именно поэтому существует большое разнообразие измерителей давлений (манометров, барометров, специальных датчиков давления) как по принципам их действия, так и по конструктивным особенностям. Обычно выделяют вакуумметры – приборы, предназначенные для измерения давления ниже атмосферного, стационарные манометры для измерения высоких давлений (до 1000 атм), манометры для измерения сверхвысоких давлений (свыше 1000 атм) и манометры для измерения давлений, близких к атмосферному (барометры). Существует специальная литература по технике измерения давлений.
Простейшими манометрами для измерения разности давлений, как больших, так и меньших атмосферного, является жидкостные открытые манометры. Одно из колен U-образной трубки соединяется с объемом, в котором измеряется разность давлений. Если разность уровней ртути в манометре будет , то давление в сосуде определяется соотношением, , где Ро — атмосферное давление (измеряется барометром), — плотность жидкости в манометре, g — ускорение свободного падения.
(
Знаки:
минус (-), если уровень в правом колене, соединенном с исследуемом объемом, выше;
плюс (+), если уровень выше в левом колене, образующимся с атмосферой.
о мениске:
- вогнутый для ртути;
- выпуклый для воды и растворов на ее основе.