الضغط هو كمية مادية تلعب دورًا خاصًا في الطبيعة وحياة الإنسان. هذه الظاهرة ، غير المحسوسة للعين ، لا تؤثر فقط على حالة البيئة ، بل يشعر بها الجميع أيضًا. دعونا نتعرف على ماهيته وأنواعه الموجودة وكيفية إيجاد الضغط (الصيغة) في بيئات مختلفة.
ما يسمى الضغط في الفيزياء والكيمياء
يشير هذا المصطلح إلى كمية ديناميكية حرارية مهمة ، يتم التعبير عنها كنسبة قوة الضغط المتعامدة إلى مساحة السطح التي تعمل عليها. هذه الظاهرة لا تعتمد على حجم النظام الذي تعمل فيه ، لذلك فهي تشير إلى الكميات المكثفة.
في حالة توازن ، وفقًا لقانون باسكال ، يكون الضغط هو نفسه لجميع النقاط في النظام.
في الفيزياء والكيمياء ، يُشار إلى ذلك بالحرف "P" ، وهو اختصار للاسم اللاتيني للمصطلح - pressūra.
إذا كنا نتحدث عن الضغط الأسموزي للسائل (التوازن بين الضغطداخل وخارج القفص) يستخدم الحرف "P"
وحدات الضغط
وفقًا لمعايير نظام SI الدولي ، تُقاس الظاهرة الفيزيائية المدروسة بالباسكال (السيريلية - Pa ، اللاتينية - Ra).
بناءً على معادلة الضغط ، اتضح أن واحد Pa يساوي واحد N (نيوتن - وحدة قوة) مقسومًا على متر مربع واحد (وحدة مساحة).
ومع ذلك ، من الناحية العملية ، من الصعب تطبيق باسكال ، لأن هذه الوحدة صغيرة جدًا. في هذا الصدد ، بالإضافة إلى معايير SI ، يمكن قياس هذه القيمة بطريقة مختلفة.
أدناه هي أشهر نظائرها. يستخدم معظمهم على نطاق واسع في الاتحاد السوفياتي السابق.
- بارات. شريط واحد يساوي 105 باسكال.
- تورس ، أو ملليمترات من الزئبق. يتوافق Torr واحد تقريبًا مع 133.3223684 Pa.
- ملليمتر من العمود المائي.
- متر العمود المائي.
- أجواء فنية.
- الأجواء المادية. واحد atm يساوي 101.325 باسكال و 1.033233 عند.
- كيلوجرام قوة لكل سنتيمتر مربع. هناك أيضًا قوة طن وقوة الجرام. بالإضافة إلى ذلك ، هناك قوة رطل تناظرية لكل بوصة مربعة.
الصيغة العامة للضغط (فيزياء الصف السابع)
من تعريف كمية مادية معينة ، يمكنك تحديد طريقة إيجادها. يبدو أن الصورة أدناه.
فيه ، F هي القوة ، و S هي المنطقة. بمعنى آخر ، صيغة إيجاد الضغط هي قوته مقسومة على مساحة السطح التي عليهيؤثر
يمكن أيضًا كتابتها على النحو التالي: P=mg / S أو P=pVg / S. وبالتالي ، ترتبط هذه الكمية المادية بمتغيرات ديناميكية حرارية أخرى: الحجم والكتلة.
بالنسبة للضغط ، يتم تطبيق المبدأ التالي: كلما كانت المساحة المتأثرة بالقوة أصغر ، زادت قوة الضغط لديها. ومع ذلك ، إذا زادت المساحة (بنفس القوة) ، تقل القيمة المرغوبة.
صيغة الضغط الهيدروستاتيكي
الحالات التجميعية المختلفة للمواد ، توفر لوجود خصائصها التي تختلف عن بعضها البعض. بناءً على ذلك ، ستكون طرق تحديد P فيها مختلفة أيضًا.
على سبيل المثال ، تبدو صيغة ضغط الماء (الهيدروستاتيكي) كما يلي: P=pgh. كما أنها تنطبق على الغازات. ومع ذلك ، لا يمكن استخدامه لحساب الضغط الجوي ، بسبب الاختلاف في الارتفاعات وكثافة الهواء.
في هذه الصيغة ، p هي الكثافة ، و g تسارع الجاذبية ، و h هي الارتفاع. بناءً على ذلك ، كلما غرق جسم أو جسم أعمق ، زاد الضغط الواقع عليه داخل السائل (الغاز).
المتغير قيد النظر هو تكييف للمثال الكلاسيكي P=F / S.
إذا تذكرنا أن القوة تساوي مشتق الكتلة بسرعة السقوط الحر (F=mg) ، وكتلة السائل هي مشتق الحجم بالكثافة (m=pV) ، ثم يمكن كتابة معادلة الضغط كـ P=pVg / S. في هذه الحالة ، الحجم هو المساحة مضروبة في الارتفاع (V=Sh).
إذا أدخلت هذه البيانات ، اتضح أن المنطقة في البسط ويمكن اختزال المقام والمخرج - الصيغة أعلاه: P=pgh.
بالنظر إلى الضغط في السوائل ، يجدر بنا أن نتذكر أنه على عكس المواد الصلبة ، غالبًا ما تتشوه الطبقة السطحية فيها. وهذا بدوره يساهم في تكوين ضغط إضافي.
لمثل هذه الحالات ، يتم استخدام صيغة ضغط مختلفة قليلاً: P=P0+ 2QH. في هذه الحالة ، P0هو ضغط الطبقة غير المنحنية ، و Q هو سطح التوتر السائل. H هو متوسط انحناء السطح ، والذي يحدده قانون لابلاس: H=½ (1 / R1+ 1 / R2). المكونات R1و R2هي نصف قطر الانحناء الرئيسي.
الضغط الجزئي وصيغته
على الرغم من أن طريقة P=pgh قابلة للتطبيق على كل من السوائل والغازات ، فمن الأفضل حساب الضغط في الأخير بطريقة مختلفة قليلاً.
الحقيقة هي أنه في الطبيعة ، كقاعدة عامة ، المواد النقية تمامًا ليست شائعة جدًا ، لأن الخلائط تسود فيها. وهذا لا ينطبق فقط على السوائل ، ولكن أيضًا على الغازات. وكما تعلم فإن كل مكون من هذه المكونات يمارس ضغطًا مختلفًا يسمى الضغط الجزئي.
من السهل جدًا اكتشافها. يساوي مجموع ضغط كل مكون من مكونات الخليط قيد الدراسة (الغاز المثالي).
من هذا يتبين أن صيغة الضغط الجزئي تبدو كما يلي: P=P1+ P2+ P 3 … وهكذا ، وفقًا لعدد المكونات.
غالبًا ما تكون هناك أوقات يكون فيها من الضروري تحديد ضغط الهواء.ومع ذلك ، يقوم البعض بإجراء حسابات عن طريق الخطأ باستخدام الأكسجين فقط وفقًا للمخطط P=pgh. لكن الهواء خليط من غازات مختلفة. يحتوي على النيتروجين والأرجون والأكسجين ومواد أخرى. بناءً على الوضع الحالي ، فإن معادلة ضغط الهواء هي مجموع ضغوط جميع مكوناته. لذلك ، يجب أن تأخذ ما سبق P=P1+ P2+ P3 …
أكثر مقاييس الضغط شيوعًا
على الرغم من حقيقة أنه ليس من الصعب حساب الكمية الديناميكية الحرارية قيد الدراسة باستخدام الصيغ المذكورة أعلاه ، في بعض الأحيان لا يوجد وقت لإجراء الحساب. بعد كل شيء ، يجب أن تأخذ دائمًا في الاعتبار العديد من الفروق الدقيقة. لذلك ، للراحة ، تم تطوير عدد من الأجهزة عبر القرون للقيام بذلك بدلاً من الأشخاص.
في الواقع ، جميع الأجهزة من هذا النوع تقريبًا هي أنواع مختلفة من أجهزة قياس الضغط (تساعد في تحديد الضغط في الغازات والسوائل). ومع ذلك ، فهي تختلف في التصميم والدقة والنطاق.
- يقاس الضغط الجوي باستخدام مقياس ضغط يسمى بارومتر. إذا كان من الضروري تحديد الفراغ (أي الضغط أقل من الضغط الجوي) ، يتم استخدام نسخة أخرى منه ، مقياس الفراغ.
- من أجل معرفة ضغط دم الشخص ، يتم استخدام مقياس ضغط الدم. بالنسبة لمعظم الناس ، يُعرف باسم مقياس توتر العين غير الغازي. هناك العديد من أنواع هذه الأجهزة: من الميكانيكية الزئبقية إلى الرقمية الأوتوماتيكية بالكامل. تعتمد دقتها على المواد التي صنعت منها ومكان قياسها.
- ينخفض الضغط في البيئة (وفقًا لـاللغة الإنجليزية - انخفاض الضغط) يتم تحديدها باستخدام مقاييس الضغط التفاضلي أو مقاييس اختلاف الوزن (يجب عدم الخلط بينه وبين مقاييس الدينامومتر).
أنواع الضغط
بالنظر إلى الضغط وصيغة إيجاده وتنوعاته للمواد المختلفة ، يجدر التعرف على أنواع هذه الكمية. هناك خمسة منهم.
- مطلق.
- بارومتري
- فائض
- فراغ.
- التفاضلية.
مطلق
هذا هو اسم الضغط الكلي الذي تقع تحته مادة أو جسم ، دون الأخذ بعين الاعتبار تأثير المكونات الغازية الأخرى للغلاف الجوي.
يقاس بالباسكال وهو مجموع الضغط الجوي الزائد. إنه أيضًا الفرق بين النوعين البارومتري والفراغي.
يتم حسابه بواسطة الصيغة P=P2+ P3أو P=P2 - R4.
بالنسبة للنقطة المرجعية للضغط المطلق في ظروف كوكب الأرض ، يتم أخذ الضغط داخل الحاوية التي يتم إزالة الهواء منها (أي الفراغ الكلاسيكي).
فقط هذا النوع من الضغط يستخدم في معظم الصيغ الديناميكية الحرارية.
بارومتري
يشير هذا المصطلح إلى ضغط الغلاف الجوي (الجاذبية) على جميع الأشياء والأشياء الموجودة فيه ، بما في ذلك سطح الأرض نفسها. ومن المعروف أيضًا أنه الغلاف الجوي.
يُصنف على أنه متغير ديناميكي حراري ، وتختلف قيمته اعتمادًا على مكان ووقت القياس ، وكذلك ظروف الطقس وكونه أعلى / أقل من مستوى سطح البحر.
قيمة الضغط الجوييساوي معامل قوة الغلاف الجوي على مساحة واحدة على طول الخط العمودي لها.
في جو مستقر ، حجم هذه الظاهرة الفيزيائية يساوي وزن عمود من الهواء على قاعدة بمساحة تساوي واحدًا.
الضغط الجوي المعياري - 101325 باسكال (760 ملم زئبق عند 0 درجة مئوية). علاوة على ذلك ، كلما زاد ارتفاع الجسم عن سطح الأرض ، انخفض ضغط الهواء عليه. كل 8 كم ينخفض بمقدار 100 باسكال
بفضل هذه الخاصية في الجبال ، يغلي الماء في الغلايات أسرع بكثير من الماء في المنزل على الموقد. الحقيقة هي أن الضغط يؤثر على نقطة الغليان: مع انخفاضه ، يتناقص الأخير. والعكس صحيح. تم بناء عمل أدوات المطبخ مثل قدر الضغط والأوتوكلاف في هذه المنشأة. تساهم زيادة الضغط بداخلها في تكوين درجات حرارة أعلى في الأطباق مقارنة بالمقالي العادية الموجودة على الموقد.
تُستخدم صيغة الارتفاع البارومتري لحساب الضغط الجوي. يبدو أن الصورة أدناه.
P هي القيمة المطلوبة عند الارتفاع ، P0هي كثافة الهواء بالقرب من السطح ، g هي تسارع السقوط الحر ، h هي الارتفاع فوق الأرض ، m هي الكتلة المولية للغاز ، t هي درجة حرارة النظام ، r هو ثابت الغاز العام 8.3144598 J⁄ (mol x K) و e هو رقم Euclair يساوي 2.71828.
في كثير من الأحيان ، في معادلة الضغط الجوي أعلاه ، بدلاً من R ، يتم استخدام Kهو ثابت بولتزمان. غالبًا ما يتم التعبير عن ثابت الغاز العالمي من حيث منتجها بواسطة رقم Avogadro. يكون أكثر ملاءمة للحسابات عندما يتم إعطاء عدد الجسيمات في الخلد.
عند إجراء الحسابات ، يجب دائمًا مراعاة احتمالية حدوث تغيرات في درجة حرارة الهواء بسبب تغير حالة الأرصاد الجوية أو عند الصعود فوق مستوى سطح البحر ، وكذلك خط العرض الجغرافي.
Gage ومقياس الفراغ
الفرق بين الضغط الجوي والضغط المحيط المُقاس يسمى الضغط الزائد. اعتمادًا على النتيجة ، يتغير اسم القيمة.
إذا كانت موجبة تسمى قياس الضغط.
إذا كانت النتيجة التي تم الحصول عليها بعلامة ناقص ، فإنها تسمى فراغ. يجدر بنا أن نتذكر أنه لا يمكن أن يكون أكثر من بارومتري.
التفاضل
هذه القيمة هي فرق الضغط عند نقاط قياس مختلفة. كقاعدة عامة ، يتم استخدامه لتحديد انخفاض الضغط على أي جهاز. هذا صحيح بشكل خاص في صناعة النفط.
بعد معرفة نوع الكمية الديناميكية الحرارية التي تسمى الضغط ومع الصيغ التي تم العثور عليها ، يمكننا أن نستنتج أن هذه الظاهرة مهمة جدًا ، وبالتالي لن تكون المعرفة عنها غير ضرورية أبدًا.
