Решение: Определение давления по манометру
Статья к заданиюАтмосферное давление
Прочитайте текст и выполните задания.
Атмосферное давление
Атмосферное давление в горах меньше, чем на уровне моря. Если подняться на 12 м выше уровня моря, столбик ртути в барометре снизится на 1 мм (1 мм рт. ст = 133,3 Па). Атмосферное давление зависит также от температуры воздуха и его влажности (влажный воздух весит больше, чем сухой).
Воздух на Земле состоит из сложной смеси газов (см. таблицу). Вклад в атмосферное давление дает каждый газ, причём давление каждого газа (парциальное давление) пропорционально его содержанию.
Таблица. Химический состав сухого воздуха на уровне моря, %
| Компонент воздуха | Содержание в процентах |
| Азот | 78,084 |
| Кислород | 20,9476 |
| Аргон | 0,934 |
| Углекислый газ | 0,0314 |
| Неон | 0,001818 |
| Метан | 0,0002 |
| Гелий | 0,000524 |
| Криптон | 0,000114 |
| Водород | 0,00005 |
| Ксенон | 0,0000087 |
На рисунке представлены графики зависимости атмосферного давления и парциального давления кислорода от высоты относительно уровня моря.
Выделяют постоянные, переменные и случайные компоненты воздушной оболочки Земли:
а) К постоянным относятся азот и кислород
–
основные элементы земной атмосферы, которые занимают
–
99% в общем объеме. А также водород, аргон, неон, гелий, криптон, ксенон, радон.
б) Переменные составляющие
–
углекислый газ, озон, вода.
в) Случайные
–
сера, пыль, дым, соль, пыльца растений, аммиак и т. д.
Чертёж перерисован вручную — открыть оригинал из банка
На уроке учитель закрыл резиновыми пробками отверстия в предварительно открытом на воздухе сосуде и подсоединил с помощью шлангов соответственно к манометру и насосу. По рисунку определите, подкачивает ли учитель воздух в сосуд или откачивает его из сосуда. На сколько давление в сосуде отличается от атмосферного? Ответ поясните.
Манометр заполнен водой. Считайте плотность воды равной $1000\ \text{кг/м}^3$, ускорение свободного падения — $10\ \text{Н/кг}$.
Решение по шагам
3 шагаВ открытом колене манометра вода находится выше, чем в колене, соединённом с сосудом. Значит, давление воздуха в сосуде больше атмосферного: воздух давит на воду сильнее и опускает её уровень в соединённом колене.
$$p_{\text{сосуда}} > p_{\text{атм}}$$Следовательно, учитель подкачивает воздух в сосуд, а не откачивает его.
Разность уровней воды по шкале манометра равна $20\ \text{см} = 0{,}20\ \text{м}$. Разность давлений равна гидростатическому давлению столба воды.
$$\Delta p = \rho g h = 1000 \cdot 10 \cdot 0{,}20 = 2000\ \text{Па}$$Воздух подкачивают в сосуд; давление в сосуде больше атмосферного на $2000\ \text{Па}$, или $2\ \text{кПа}$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Считать, что более высокий уровень воды находится со стороны сосуда.
Перепутать сантиметры и метры при расчёте.
Использовать разность уровней $20\ \text{см}$ как $20\ \text{м}$.