Rõhk on füüsiline suurus, mis mängib looduses ja inimese elus erilist rolli. See silmale hoomamatu nähtus ei mõjuta mitte ainult keskkonnaseisundit, vaid on ka kõigile väga hästi tunnetatav. Mõelgem välja, mis see on, mis tüüpi see eksisteerib ja kuidas erinevates keskkondades survet (valemit) leida.
Mida füüsikas ja keemias nimetatakse rõhuks
See termin viitab olulisele termodünaamilisele suurusele, mida väljendatakse risti avaldatava survejõu suhtena pindalaga, millele see mõjub. See nähtus ei sõltu selle süsteemi suurusest, milles see töötab, seetõttu viitab see intensiivsetele suurustele.
Tasakaaluseisundis on Pascali seaduse kohaselt rõhk süsteemi kõikides punktides sama.
Füüsikas ja keemias tähistatakse seda tähega "P", mis on lühend termini ladinakeelsest nimetusest pressūra.
Kui me räägime vedeliku osmootsest rõhust (rõhu tasakaalustpuuris ja väljaspool), kasutatakse tähte "P".
Rõhuühikud
Rahvusvahelise SI-süsteemi standardite kohaselt mõõdetakse vaadeldavat füüsikalist nähtust paskalites (kirillitsa - Pa, ladina - Ra).
Rõhuvalemi põhjal selgub, et üks Pa võrdub ühe N (newton – jõuühik) jagatud ühe ruutmeetriga (pindala ühik).
Praktikas on aga pascalite kasutamine üsna keeruline, kuna see ühik on väga väike. Sellega seoses saab seda väärtust mõõta lisaks SI standarditele ka erineval viisil.
Allpool on selle kuulsaimad analoogid. Enamik neist on laialdaselt kasutusel endises NSV Liidus.
- Baarid. Üks riba võrdub 105 Pa.
- Torrid ehk elavhõbedamillimeetrid. Ligikaudu üks Torr vastab 133,3223684 Pa.
- Veesamba millimeetrit.
- Meetreid veesammast.
- Tehniline õhkkond.
- Füüsiline atmosfäär. Üks atm võrdub 101 325 Pa ja 1,033233 atm.
- Kilogramm-jõud ruutsentimeetri kohta. Samuti on olemas tonn-force ja gramm-force. Lisaks on ruuttolli kohta analoogne naeljõud.
Rõhu üldvalem (7. klassi füüsika)
Antud füüsikalise suuruse määratluse põhjal saate määrata selle leidmise meetodi. See näeb välja nagu alloleval fotol.
Selles on F jõud ja S on pindala. Teisisõnu, rõhu leidmise valem on selle jõud jagatud pindalaga, millel see onmõjutab.
Selle võib kirjutada ka nii: P=mg / S või P=pVg / S. Seega on see füüsikaline suurus seotud teiste termodünaamiliste muutujatega: ruumala ja mass.
Rõhu puhul kehtib järgmine põhimõte: mida väiksemat ruumi mõjutab jõud, seda suurem on selle survejõud. Kui aga pindala suureneb (sama jõuga), siis soovitud väärtus väheneb.
Hüdrostaatilise rõhu valem
Ainete erinevad agregeeritud olekud, tagavad nende üksteisest erinevate omaduste olemasolu. Sellest lähtuv alt on ka P määramise meetodid neis erinevad.
Näiteks veesurve (hüdrostaatilise) valem näeb välja selline: P=pgh. See kehtib ka gaaside kohta. Seda ei saa aga kasutada atmosfäärirõhu arvutamiseks kõrguste ja õhutiheduse erinevuse tõttu.
Selles valemis on p tihedus, g on gravitatsioonikiirendus ja h on kõrgus. Sellest lähtuv alt, mida sügavamale objekt või objekt vajub, seda suurem on rõhk sellele vedeliku (gaasi) sees.
Vaatatav variant on klassikalise näite adaptsioon P=F / S.
Kui meeles pidada, et jõud on võrdne massi tuletisega vaba langemise kiirusega (F=mg) ja vedeliku mass on ruumala tuletis tiheduse järgi (m=pV), siis saab rõhuvalemi kirjutada kujul P=pVg / S. Sel juhul on ruumala pindala korrutatud kõrgusega (V=Sh).
Kui sisestate need andmed, selgub, et ala lugejas janimetajat saab vähendada ja väljund - ül altoodud valem: P=pgh.
Arvestades rõhku vedelikes, tasub meeles pidada, et erinev alt tahketest ainetest võib neis pinnakiht sageli moonduda. Ja see omakorda aitab kaasa täiendava surve tekkele.
Selliste olukordade puhul kasutatakse veidi erinevat rõhuvalemit: P=P0 + 2QH. Sel juhul on P0 mittekõvera kihi rõhk ja Q on vedeliku pingepind. H on pinna keskmine kumerus, mis määratakse Laplace'i seadusega: H=½ (1/R1+ 1/R2). Komponendid R1 ja R2 on põhikõverusraadiused.
Osaline rõhk ja selle valem
Kuigi meetod P=pgh on rakendatav nii vedelike kui ka gaaside puhul, on parem viimaste rõhk arvutada veidi teistmoodi.
Fakt on see, et looduses ei ole absoluutselt puhtad ained reeglina kuigi levinud, sest selles on ülekaalus segud. Ja see kehtib mitte ainult vedelike, vaid ka gaaside kohta. Ja nagu teate, avaldavad kõik need komponendid erinevat survet, mida nimetatakse osaliseks rõhuks.
Seda on üsna lihtne märgata. See on võrdne vaadeldava segu iga komponendi rõhu summaga (ideaalne gaas).
Sellest järeldub, et osarõhu valem näeb välja selline: P=P1+ P2+ P3… ja nii edasi, vastav alt komponentide arvule.
Sageli on olukordi, kus on vaja määrata õhurõhk. Kuid mõned teevad ekslikult arvutusi ainult hapnikuga vastav alt skeemile P=pgh. Kuid õhk on erinevate gaaside segu. See sisaldab lämmastikku, argooni, hapnikku ja muid aineid. Praeguse olukorra põhjal on õhurõhu valem kõigi selle komponentide rõhkude summa. Seega peaksite võtma ül altoodud P=P1+ P2+ P3…
Enimlevinud manomeetrid
Vaatamata asjaolule, et vaadeldava termodünaamilise suuruse arvutamine ül altoodud valemite abil ei ole keeruline, pole mõnikord lihts alt aega arvutuse tegemiseks. Lõppude lõpuks peate alati arvestama paljude nüanssidega. Seetõttu on mugavuse huvides sajandite jooksul välja töötatud mitmeid seadmeid, mis teevad seda inimeste asemel.
Tegelikult on peaaegu kõik seda tüüpi seadmed manomeetri eritüübid (aitab määrata gaaside ja vedelike rõhku). Need erinevad aga disaini, täpsuse ja ulatuse poolest.
- Atmosfäärirõhku mõõdetakse manomeetriga, mida nimetatakse baromeetriks. Kui on vaja määrata vaakum (st rõhk on alla atmosfäärirõhu), kasutatakse selle teist versiooni, vaakummõõturit.
- Inimese vererõhu väljaselgitamiseks kasutatakse sfügmomanomeetrit. Enamiku jaoks on see paremini tuntud kui mitteinvasiivne tonomeeter. Selliseid seadmeid on palju: elavhõbeda mehaanilisest kuni täisautomaatsete digitaalseteni. Nende täpsus sõltub materjalidest, millest need on valmistatud ja kus neid mõõdetakse.
- Rõhulangused keskkonnas (vastav altinglise keeles - rõhulang) määratakse diferentsiaalrõhumõõturite või difnamomeetrite abil (mitte segi ajada dünamomeetritega).
Rõhu tüübid
Arvestades survet, selle leidmise valemit ja selle variatsioone erinevate ainete puhul, tasub õppida tundma selle koguse sorte. Neid on viis.
- Absoluutne.
- Baromeetriline
- Liigne.
- Vakuomeetriline.
- Diferentsiaal.
Absoluutne
See on üldrõhu nimi, mille all aine või objekt asub, arvestamata atmosfääri muude gaasiliste komponentide mõju.
Seda mõõdetakse paskalites ning see on ülerõhu ja atmosfäärirõhu summa. See on ka erinevus baromeetriliste ja vaakumtüüpide vahel.
See arvutatakse valemiga P=P2 + P3 või P=P2 – R4.
Planeedi Maa tingimustes absoluutrõhu võrdluspunktiks võetakse rõhk mahutis, millest õhk eemaldatakse (st klassikaline vaakum).
Ainult seda tüüpi rõhku kasutatakse enamikus termodünaamilistes valemites.
Baromeetriline
See termin viitab atmosfääri rõhule (gravitatsioonile) kõikidele selles leiduvatele objektidele ja objektidele, sealhulgas Maa pinnale. Enamikule on see tuntud ka kui atmosfääriline.
See on klassifitseeritud termodünaamilisteks parameetriteks ning selle väärtus varieerub olenev alt mõõtmiskohast ja -ajast, samuti ilmastikutingimustest ja merepinnast kõrgemal/allapoole.
Baromeetrilise rõhu väärtusvõrdne atmosfääri jõu mooduliga ühtsusalal piki selle normaalset.
Stabiilses atmosfääris on selle füüsikalise nähtuse suurus võrdne õhusamba kaaluga alusel, mille pindala on 1.
Normaalne õhurõhk – 101 325 Pa (760 mm Hg 0 kraadi Celsiuse järgi). Veelgi enam, mida kõrgemal on objekt Maa pinnast, seda madalamaks muutub õhurõhk sellele. Iga 8 km järel väheneb see 100 Pa võrra.
Tänu sellele mägedes asuvale kinnisvarale keeb vesi veekeetjates palju kiiremini kui kodus pliidil. Fakt on see, et rõhk mõjutab keemistemperatuuri: selle langusega viimane väheneb. Ja vastupidi. Antud kinnistule on ehitatud selliste köögiseadmete töö nagu kiirkeetja ja autoklaav. Rõhu tõus nende sees aitab kaasa kõrgemate temperatuuride tekkele nõudes kui tavalistel pliidil asetatud pannidel.
Atmosfäärirõhu arvutamiseks kasutatakse baromeetrilise kõrguse valemit. See näeb välja nagu alloleval fotol.
P on soovitud väärtus kõrgusel, P0 on õhu tihedus pinna lähedal, g on vabalangemise kiirendus, h on kõrgus Maa kohal, m on gaasi molaarmass, t on süsteemi temperatuur, r on universaalne gaasikonstant 8,3144598 J⁄(mol x K) ja e on Euclairi arv, mis on võrdne 2,71828.
Tihti kasutatakse ül altoodud atmosfäärirõhu valemis R asemel Kon Boltzmanni konstant. Universaalset gaasikonstanti väljendatakse sageli selle tootena Avogadro numbriga. Arvutamiseks on mugavam, kui osakeste arv on antud moolides.
Arvutuste tegemisel tuleks alati arvestada õhutemperatuuri muutumise võimalusega meteoroloogilise olukorra muutumisest või merepinnast kõrgemale tõusmisel, samuti geograafilise laiuskraadiga.
Mõõdik ja vaakummõõtur
Atmosfäärirõhu ja mõõdetud välisrõhu erinevust nimetatakse ülerõhuks. Olenev alt tulemusest muutub väärtuse nimi.
Kui see on positiivne, nimetatakse seda manomeetriliseks rõhuks.
Kui saadud tulemus on miinusmärgiga, nimetatakse seda vaakumiks. Tasub meeles pidada, et see ei saa olla rohkem kui baromeetriline.
Diferentsiaal
See väärtus on rõhuerinevus erinevates mõõtmispunktides. Reeglina kasutatakse seda mis tahes seadmete rõhulanguse määramiseks. See kehtib eriti naftatööstuse kohta.
Olles välja mõelnud, millist termodünaamilist suurust nimetatakse rõhuks ja milliste valemitega see leitakse, võime järeldada, et see nähtus on väga oluline ja seetõttu ei lähe teadmised selle kohta kunagi üleliigseks.
