Spiediena definīcija un piemēri

Spiediens ķīmijā, fizikā un inženierzinātnēs

Gāze izdara spiedienu uz balonu, izraisot tā izplešanos, kad jūs to uzspridzināt. ABSODELS/Getty Images

Spiediens ir definēts kā spēka mērs, kas pielikts uz laukuma vienību. Spiediens bieži tiek izteikts vienībās Paskāls (Nu), ņūtoniem uz kvadrātmetru (N/m^divivai kg/m·s^divi), vaimārciņas uz kvadrātcollu. Citas mērvienības ietver atmosfēru (atm), torr, bāru un jūras ūdens skaitītājus (msw).

Kas ir spiediens?

• Spiediens ir spēks uz laukuma vienību.
• Parastās spiediena mērvienības ir paskals (Pa) un mārciņas uz kvadrātcollu (psi).
• Spiediens (P vai p) ir skalārs lielums.

Spiediena formula

Vienādojumos spiedienu apzīmē ar lielo burtu P vai mazo burtu p.

Spiediens iratvasināta vienība, ko parasti izsaka saskaņā ar vienādojuma vienībām:

P = F/A

kur P ir spiediens, F ir spēks un A ir laukums

Spiediens ir skalārs lielums. tas nozīmē, ka tam ir lielums, bet ne virziens. Tas var šķist mulsinoši, jo parasti ir skaidrs, ka spēkam ir virziens. Tas var palīdzēt apsvērt gāzes spiedienu balonā. Daļiņu kustības virziens gāzē nav acīmredzams. Faktiski tie pārvietojas visos virzienos tā, ka parādās neto efekts nejauši . Ja gāze ir iekļauta balonā, spiediens tiek noteikts kā daži no molekulas saduras ar balona virsmu. Neatkarīgi no tā, kur virsmas mērīsit spiedienu, tas būs vienāds.

Vienkāršs spiediena piemērs

Vienkāršu spiediena piemēru var redzēt, turot nazi pie augļa gabala. Ja turat naža plakano daļu pret augli, tas nesagriezīs virsmu. Spēks tiek izplatīts no lielas platības (zems spiediens). Ja pagriežat asmeni tā, lai griešanas mala tiktu iespiesta auglī, tāds pats spēks tiek pielikts daudz mazākam virsmas laukumam (ievērojami palielināts spiediens), tāpēc virsma tiek viegli sagriezta.

Vai spiediens var būt negatīvs?

Spiediens parasti ir pozitīva vērtība. Tomēr ir gadījumi, kas saistīti ar negatīvu spiedienu.

Piemēram, manometrs vai relatīvais spiediens var būt negatīvs. Tas parasti notiek, mērot spiedienu attiecībā pret atmosfēras spiediens .

Rodas arī negatīvs absolūtais spiediens. Piemēram, ja atvelkat aizzīmogotas šļirces virzuli (velkot vakuumu), rodas negatīvs spiediens.

Ideālas gāzes spiediens

Parastos apstākļos īstas gāzes uzvedas līdzīgi ideālās gāzes un to uzvedība ir paredzama, izmantojot ideālās gāzes likumu. Ideālās gāzes likums saista gāzes spiedienu ar tās absolūto temperatūru, tilpumu un gāzes daudzumu. Atrisinot spiedienu, ideālās gāzes likums ir šāds:

P = nRT/V

Šeit P ir absolūtais spiediens, n ir gāzes daudzums, T ir absolūtā temperatūra, V ir tilpums un R ir ideālā gāzes konstante.

Ideālās gāzes likums pieņem, ka gāzes molekulas ir plaši atdalītas. Pašām molekulām nav tilpuma, tās nesadarbojas viena ar otru un piedzīvo perfekti elastīgas sadursmes ar konteineru.

Šādos apstākļos spiediens mainās lineāri atkarībā no temperatūras un gāzes daudzuma. Spiediens mainās apgriezti atkarībā no tilpuma.

Šķidruma spiediens

Šķidrumi rada spiedienu. Pazīstams piemērs ir ūdens spiediena sajūta uz ausu bungādiņām, kad ienirt dziļā baseinā. Jo dziļāk jūs ejat, jo vairāk ūdens ir virs jums un jo lielāks spiediens.

Šķidruma spiediens ir atkarīgs no tā dziļuma, bet arī no tā blīvuma. Piemēram, ja jūs ienirt baseinā ar šķidrumu, kas ir blīvāks par ūdeni, spiediens noteiktā dziļumā būs lielāks.

Vienādojums, kas saista spiedienu nemainīga blīvuma šķidrumā ar tā blīvumu un dziļumu (augstumu), ir šāds:

p = r gh

Šeit p ir spiediens, r ir blīvums, g ir gravitācija, un h ir šķidruma kolonnas dziļums vai augstums.

Avoti

• Brigs, Laimens Dž. (1953). 'Dzīvsudraba ierobežojošais negatīvais spiediens pireksa stiklā'. Lietišķās fizikas žurnāls . 24 (4): 488–490. doi: 10.1063/1.1721307
• Džankoli, Duglass G. (2004). Fizika: principi ar lietojumprogrammām . Upper Saddle River, N.J.: Pīrsona izglītība. ISBN 978-0-13-060620-4.
• Imre, A. R; Māris, H. J.; Williams, P. R., red. (2002). Šķidrumi zem negatīva spiediena (Nato Zinātnes II sērija). Springeris. doi:10.1007/978-94-010-0498-5. ISBN 978-1-4020-0895-5.
• Naits, Rendāls D. (2007). 'Šķidruma mehānika'. Fizika zinātniekiem un inženieriem: stratēģiskā pieeja (2. izdevums). Sanfrancisko: Pīrsons Addisons Veslijs. ISBN 978-0-321-51671-8
• Maknauts, A. D.; Vilkinsons, A.; Niks, M.; Džirats, J.; Kosata, B.; Dženkinss, A. (2014). IUPAC. Ķīmiskās terminoloģijas apkopojums (2. izdevums) (“Zelta grāmata”). Oksforda: Blackwell zinātniskās publikācijas. doi:10.1351/zelta grāmata.P04819. ISBN 978-0-9678550-9-7.