Приложения для измерения давления в точке (соединенные сосуды, U-образная трубка и ртутный барометр)
Атмосферное давление — это вес столба воздуха над поверхностью Земли на единицу. По мере того, как мы поднимаемся, высота этого столба уменьшается, а также уменьшается давление. В барабанной перепонке внешнее давление должно уравновешиваться внутренним давлением. давление. Когда внешнее давление уменьшается, мы чувствуем напряжение в барабанной перепонке.
Поскольку внутреннее давление выталкивает ее наружу, это можно компенсировать, регулируя количество воздуха в евстахиевой трубе путем глотания и жевания резинки, чтобы уменьшить давление на барабанную перепонку.
Приложения по давлению
Существует множество приложений для измерения давления в точке внутри жидкости, например, соединенные сосуды, U-образная трубка, ртутный барометр и манометр .
Подключенные сосуды
Емкость состоит из множества сосудов разной геометрической формы, соединенных вместе у основания . Давление во всех точках в одной горизонтальной плоскости в однородной жидкости одинаково. Уровень жидкости во всех частях одинаков, независимо от ее геометрической формы на одной. условие, что их основания находятся в горизонтальной плоскости.
U-образная трубка
Структура: он состоит из U-образной трубки, где давление во всех точках в одной и той же горизонтальной плоскости в однородной жидкости одинаково. Он используется для сравнения плотности двух жидкостей. Он используется для определения плотности жидкости с помощью зная плотность другой жидкости, она используется для определения относительной плотности жидкости, которая не смешивается с водой (несмешивающаяся жидкость).
Определение плотности нефти, зная плотность в воде с использованием й х U-образной трубки:
Налейте подходящее количество воды в U-образную трубку, чтобы уровень воды был одинаковым с обеих сторон. Аккуратно налейте масло с одной из сторон, чтобы образовалась разделяющая поверхность между маслом и водой, поскольку они являются несмешивающимися жидкостями. Измерьте высоту воды (h w ) и масла (h o ) над разделяющей поверхностью, когда они находятся в равновесии.
Плотность масла можно определить следующим образом:
P 1 = P 2
P a + h o g ρ o = P a + h w g ρ w
h o ρ o = h w ρ w
ρ o / ρ w = h w / h o
Где: (ρ o / ρ w ) — относительная плотность нефти.
Плотность масла можно определить с помощью соотношения, зная плотность воды:
ρ o = h w ρ w ÷ h o
Высота жидкости в трубке обратно пропорциональна ее плотности h 1 / ρ. Радиус трубки или площадь поперечного сечения двух ответвлений не влияет на высоту двух жидкостей в ответвлениях, мы Можно применить следующее соотношение h o ρ o = h w ρ w в U-образных трубках с разным диаметром.
В случае двух смешивающихся жидкостей они могут быть разделены третьей жидкостью, которая не смешивается с каждой из них, как ртуть, которая может разделяться между водой и спиртом.
В случае весов в U-образной трубке:
Баланс двух жидкостей, h 1 ρ 1 = h 2 ρ 2
Баланс между более чем двумя жидкостями, h 1 ρ 1 = h 2 ρ 2 + h 3 ρ 3
Если радиус трубки не влияет на высоту жидкости по бокам трубки.
Ртутный барометр
Ученый по имени Торричелли изобрел ртутный барометр для измерения атмосферного давления . Стеклянная трубка длиной 1 метр, открытая с одного конца, полностью заполнена ртутью, а затем перевернута в резервуаре с ртутью.
Уровень ртути снижается до определенного предела, который измеряется на расстоянии 0,76 м от поверхности ртути в резервуаре. Пространство над столбиком ртути в трубке является вакуумом и называется вакуумом Торричелли, вакуум Торричелли — это пространство над ртутью внутри резервуара. трубка ртутного барометра, которую откачивают, за исключением небольшого количества паров ртути.
Давление во всех точках в одной и той же горизонтальной плоскости в однородной жидкости одинаково, атмосферное давление эквивалентно весу ртутной колонны, высота которой составляет 0,76 м, а площадь поперечного сечения 1 м² при 0 ° C и уровень моря .
Атмосферное давление (P a ) — это вес столба воздуха, основанием которого является единица площади, а его высота простирается от уровня моря до верха атмосферы, или это давление воздуха на уровне моря, которое эквивалентно давлению из-за к массе ртутного столба высотой 0,76 м и площадью основания 1 м² при 0 ° С.
Когда атмосферное давление = 1,013 × 10 5 Н / м², это означает, что вес столба воздуха, основанием которого является единица площади, а его высота простирается от уровня моря до верха атмосферы = 1,013 × 10 5 Н.
Ртуть используется в качестве барометрического вещества, потому что плотность ртути высока, поэтому ее высота становится подходящей для длины трубки барометра, где: (h 1 / ρ), Также нет давления в вакууме Торричелли, потому что в нормальных условиях нет паров ртути. температура.
Воду нельзя использовать вместо ртути в барометре, потому что плотность воды намного меньше, чем у ртути , поэтому, еслииспользуется вода, длина трубки барометра должна быть больше 10 метров.
Высота ртути в барометре не зависит от площади поперечного сечения барометрической трубки. Исходя из соотношения (P = ρgh), высота ртути в барометре зависит только от плотности ртути, а не от площади поперечного сечения барометра. трубка .
Показания ртутного барометра зависят от атмосферного давления, действующего на поверхность ртути в ртутном резервуаре, которое изменяется при изменении температуры и высоты над уровнем моря.
Показания ртутного барометра не зависят от длины трубки, объема вакуума Торричелли, длины погруженной части трубки под поверхность ртути, вакуум Торричелли исчезает в барометрической трубке при вертикальной высоте трубки. от уровня ртути меньше или равно 76 см.
Использование ртутного барометра
Определение атмосферного давления .
Определение высоты горы или здания.
Определение плотности воздуха.
Определение атмосферного давления
Атмосферное давление = Давление в точке (A)
P a = P A = ρgh
Где: ρ — плотность ртути, равная 13595 кг / м³, g — ускорение свободного падения, равное 9,81 м / с², h — высота ртути в барометрической трубке и равна 0,76 м, P a = 13595 × 9,8 × 0,76 = 1,013 × 10 5 Н / м²
Определение высоты горы или определение плотности воздуха
При измерении высоты ртутного столба барометром у подножия горы (h 1 ), затем у вершины этой горы (h 2 ), тогда разница в давлении, измеренная барометром, равна разнице атмосферного давления .
ΔP (ртуть) = ΔP (воздух)
ρ Hg g (h 1 −h 2 ) = ρ воздух g гора
Зная плотность воздуха, можно определить высоту горы и наоборот.
Факторы, влияющие на атмосферное давление
- Высота точки над уровнем моря (обратная пропорциональность), где атмосферное давление уменьшается, когда мы поднимаемся вертикально над уровнем моря из-за уменьшения столба воздуха, который вызывает давление .
- Температура (обратная пропорциональность).
- Ускорение за счет силы тяжести (прямая пропорциональность), его эффект проявляется на больших высотах.
- Плотность атмосферного воздуха ( Атмосферное давление увеличивается за счет увеличения плотности воздуха).
Единицы измерения атмосферного давления
Атмосферное давление может быть измерено в различных единицах, таких как см ртутного столба, атм, бар, паскаль, торр.
Давление в требуемой единице = (величина, которую нужно преобразовать × Атмосферное давление в требуемой единице) / Атмосферное давление в исходной единице