Измерение давления
Измерение давления начинается с выбора прибора: барометр используют для атмосферного давления, а манометр — для давления газа или жидкости в сосуде и системе. Чтобы решить расчётную задачу, нужно определить физическую величину, выбрать единицы, правильно прочитать шкалу и применить формулу.
Какие приборы измеряют давление
Давление показывает, с какой силой частицы газа или жидкости действуют на единицу площади поверхности. В зависимости от объекта измерения применяют разные приборы.
| Прибор | Что измеряет | Где применяют |
|---|---|---|
| Барометр | Атмосферное давление | Метеорологические наблюдения, прогноз погоды |
| Манометр | Давление газа или жидкости в сосуде или трубопроводе | Баллоны, насосы, котлы, шины автомобиля |
| Ртутный барометр | Атмосферное давление по высоте столба ртути | Демонстрации и точные измерения |
| Жидкостный манометр | Разность давлений по разности Деңгейлер жидкости | Лабораторные опыты |
Барометр — прибор для измерения атмосферного давления. Манометр — прибор для измерения давления газа или жидкости, обычно относительно атмосферного давления или давления в другой части системы.
Главное отличие можно сформулировать так: барометр показывает, насколько сильно атмосфера давит на поверхность, а манометр сравнивает давление внутри системы с выбранным давлением, часто с атмосферным. Поэтому давление в автомобильной шине проверяют манометром, а давление воздуха перед дождём — барометром.
В условии говорится о погоде, высоте ртутного столба в барометре или давлении воздуха — выбирайте барометр. Если речь идёт о сосуде, баллоне, шине, насосе или трубопроводе — выбирайте манометр.
Единицы и основные формулы
В СИ давление измеряют в паскалях: \(1\ \text{Па}=1\ \text{Н}/\text{м}^2\). В задачах также встречаются килопаскали, гектопаскали, миллиметры ртутного столба и атмосферы. Подробнее единицы собраны на странице единицы давления.
Здесь \(p\) — давление, \(F\) — сила давления, действующая перпендикулярно поверхности, \(S\) — площадь поверхности. Из этой формулы можно получить силу и площадь:
При переходе от кПа к Па число умножают на \(1000\): \(1\ \text{кПа}=1000\ \text{Па}\). При переходе от МПа к Па умножают на \(1\,000\,000\). Площадь обязательно переводят в квадратные метры: \(1\ \text{см}^2=0{,}0001\ \text{м}^2\).
Для жидкости давление зависит от плотности жидкости, ускорения свободного падения и глубины. Это гидростатическое давление:
Полное давление на глубине может включать атмосферное давление: \(p_{\text{полн}}=p_{\text{атм}}+\rho gh\). Если в условии спрашивают давление жидкости относительно поверхности или разность давлений, часто используют только \(\rho gh\).
У жидкостного манометра давление находят по разности уровней жидкости в коленах. Чем больше разность высот, тем больше разность давлений. Если одно колено открыто в атмосферу, прибор показывает давление газа относительно атмосферного.
Как читать шкалу прибора
Перед чтением показания определите цену деления. Для этого найдите два подписанных соседних значения, вычислите их разность и разделите её на число промежутков между штрихами. Например, между отметками 100 и 120 кПа расположено 10 промежутков, значит цена одного деления равна \(2\ \text{кПа}\).
- Посмотрите, какие величины и единицы указаны на шкала бойынша.
- Определите ближайшие подписанные значения слева и справа от стрелки или деңгейі жидкости.
- Посчитайте промежутки между ними, а не только штрихи.
- Найдите цену бір деления.
- Отсчитайте деления до указателя и запишите ответ с единицей измерения.
Не путайте число штрихов с числом промежутков. Не забывайте единицы измерения. Если шкала имеет несколько рядов чисел, сначала определите, какой ряд относится к нужной единице. У жидкостного манометра сравнивают уровни жидкости, а не длину трубки.
На шкале между 40 и 60 кПа находятся 4 равных промежутка. Какова цена бір деления?
Шешім расчётных тапсырма
В задачах на давление удобно использовать один алгоритм. Сначала выпишите известные величины и переведите их в СИ. Затем выберите формулу по смыслу условия. После подстановки проверьте единицу ответа и его физический смысл.
- Определите, что измеряется: давление, сила, площадь или давление жидкости.
- Запишите данные и переведите кПа, см² и другие единицы в СИ.
- Выберите формулу \(p=F/S\) немесе \(p=\rho gh\).
- Выразите неизвестную величину, если она не стоит слева.
- Подставьте числа, выполните вычисления и запишите ответ.
Манометр показывает давление \(250\ \text{кПа}\). Площадь поршня равна \(20\ \text{см}^2\). Какова сила давления на поршень?
Жауабы: сила давления на поршень равна \(500\ \text{Н}\). Если в есепке дана масса груза, сначала находят силу тяжести \(F=mg\), а затем используют \(p=F/S\). Если требуется давление жидкости, проверяют, дана ли глубина от свободной поверхности и нужно ли добавлять атмосферное давление.
Связь с другими явлениями
Давление газа связано с движением его частиц и температурой: при нагревании в закрытом сосуде давление может увеличиваться. Это связано с темой внутренняя энергия. Давление жидкости объясняет плавание тел и работу гидравлической машины. Для атмосферного давления полезно повторить страницу атмосферное давление.
Барометр — атмосфера. Манометр — давление в системе. Басты бет расчётная формула — \(p=F/S\). Для жидкости — \(p=\rho gh\). В любой есепке единицы должны быть согласованы.
Быстрая проверка
Проверьте готовность к тапсырма
Главное
- Барометр измеряет атмосферное давление, манометр — давление газа или жидкости в системе.
- Цену деления находят делением разности соседних подписанных значений на число промежутков.
- Основная формула: \(p=F/S\); для жидкости используют \(p=\rho gh\).
- Перед вычислениями переводите давление, площадь и другие величины в единицы СИ.
- В ответе всегда указывайте единицу измерения и проверяйте физический смысл результата.