Меню

Абсолютное давление физический смысл

Абсолютное давление физический смысл

T ech M ind — Сайт посвященный техническому образованию. aaaaaaaa ыывaaa Справочное пособие.

Справочное пособие.Механика жидкостей и газов.

Глава 7. Механика жидкостей и газов.

§1. Понятие давления.

В отличие от твердых тел жидкости и газы обладают свойством текучести , вследствие чего они не имеют постоянной формы , но принимают форму того сосуда, в котором находятся. Жидкости, однако, имеют определенный объем . Газы же не имеют и определенного объема , но заполняют все предоставленное им пространство.

При сжатии жидкости или газа в них возникают силы упругости, препятствующие дальнейшему сжатию. Эти силы получили название сил давления F давл .

Силы давления действуют со стороны жидкости (газа) на поверхность соприкасающихся с ними тел и направлены всегда перпендикулярно к поверхности.

Модуль силы давления F давл определяется не только свойствами самой жидкости (газа), но и зависит от площади S поверхности , на которую действует сила, – чем больше площадь поверхности, тем больше и сила давления жидкости (газа) на эту поверхность.

Для того чтобы характеризовать способность самой жидкости (газа) действовать с определенной силой на соприкасающуюся с ней поверхность, используют специальную физическую величину – давление .

Давление – это физическая величина, равная отношению модуля силы давления F давл к площади S поверхности, на которую действует эта сила .

Обозначение – p .

Единица измерения в системе СИ – Па ( паскаль ),

1 Па = 1 Н / 1м 2

В виде математической формулы это определение можно записать следующим образом:

P=F(давления)/S (31)

Давление является скалярной величиной, т. е. характеризуется только своим числовым значением .

Значение давления совпадает численно со значением силы давления F давл , действующей на единицу площади поверхности.

Физический смысл давления.

Давление характеризует способность сжатой жидкости ( газа ) действовать с определенной силой на поверхности окружающих тел.

Давление не зависит от площади поверхности окружающих тел, но является характеристикой жидкости (газа) и определяется только степенью сжатия и свойствами самой жидкости ( газа ).

Если нам известно давление p жидкости, то мы легко определим силу F давл , с которой эта жидкость (газ) действует на поверхность площадью S по следующей формуле:

Покоящаяся жидкость (газ) может быть сжата либо внешними силами , действующими на ее поверхность ( поверхностными силами ), либо силой тяжести , когда верхние слои жидкости (газа) своим весом давят на нижние слои. Таким образом, давление p будет складываться из двух составляющих: p п – давления, созданного поверхностными силами , и p в – давления, обусловленного весом самой жидкости (газа).

p = p п + p в

Для покоящейся жидкости справедлив закон Паскаля .

Давление p п , созданное поверхностными силами, передается без изменения в каждую точку покоящейся жидкости.

Для давления p в , возникающего под весом самой жидкости, справедлива следующая формула: p в = r g h , ( 33 )

где r – плотность жидкости (газа),

g = 9,8 м/с 2 –ускорение свободного падения,

§2. Движение жидкостей и газов.

В движущейся жидкости (газе) возникают силы вязкого трения , действие которых проявляется при движении жидкости (газа) на значительное расстояние или при протекании жидкости (газа) сквозь узкие отверстия и приводит к уменьшению давления жидкости (газа).

Если труба достаточно широкая и не очень длинная , силами вязкого трения можно пренебречь. В этом случае давление жидкости (газа) в трубе постоянного сечения будет везде одинаковым .

Если же труба имеет непостоянное сечение, то давление в разных участках трубы все равно будет отличаться. Дело в том, что количество жидкости (газа), протекающей через любое поперечное сечение трубы должно быть одинаковым. Чтобы узкая часть трубы смогла пропускать то же самое количество жидкости (газа), что и широкая, скорость жидкости (газа) в ней должна быть выше. Поэтому при втекании жидкости (газа) в узкую часть трубы ее скорость увеличивается. Увеличение скорости приводит к уменьшению степени сжатия жидкости (газа) и, следовательно, к уменьшению ее давления. Если же жидкость (газ) попадет после этого в широкую часть трубы, ее скорость опять уменьшится, а давление увеличится. Этот закон был сформулирован Даниилом Бернулли и носит его имя.

Читайте также:  Цефтриаксон повышает ли давление

Чем больше скорость жидкости (газа), текущей в трубе, тем меньше ее давление .

Для регулирования давления жидкости (газа), протекающей по трубе используют дроссели (от немецкого слова drosseln – душить, сокращать).

Дроссель – это узкое отверстие, при протекании через которое давление жидкости (газа) уменьшается .

Уменьшение давления происходит из?за действия сил вязкого трения и будет тем больше, чем меньше размер отверстия и чем выше скорость жидкости (газа).

Силы вязкого трения препятствуют жидкости (газу) беспрепятственно проходить через дроссель, что приводит к снижению скорости и, как следствие этого, – к увеличению давления жидкости (газа) перед входом в дроссель.

Поскольку дроссель влияет на скорость протекания жидкости (газа), его можно использовать для регулирования расхода жидкости (газа).

Расход – это количество жидкости (газа), протекающей по трубе за единицу времени . (Единица измерения в системе СИ – м 3 /с)

Технологическая лаборатория:

Источник

Абсолютное давление

Абсолютное давление ─ это истинное давление сплошных масс (жидкостей, паров и газов), отсчитываемое от абсолютного нуля давления ─ абсолютного вакуума. Абсолютный нуль давления макроскопических объёмов вещества практически недостижим, так как любое твёрдое тело образует пары, да и космическое пространство также не представляет собой абсолютную пустоту, лишённую вещества, поскольку содержит водород в количестве нескольких молекул на кубический сантиметр.

Различают также избыточное или манометрическое (приборное) давление и давление окружающей среды (в земных условиях ─ атмосферное давление). Избыточное давление представляет собой разность абсолютного давления и давления окружающей среды. Эта разность может быть как положительной, так и отрицательной. В последнем случае её называют разрежением или вакуумом, а избыточное давление -остаточным. Измерение абсолютного давления в земных условиях связано с определёнными трудностями. Практически измеряют атмосферное давление приборами барометрического типа, избыточное давление — приборами манометрического типа, а абсолютное давление вычисляют по формуле:

Pa = Po — Pm,

где: Pa ─ абсолютное давление, Po ─ атмосферное (барометрическое) давление, Pm ─ избыточное (манометрическое давление). (В приближённых технических расчётах вместо реального атмосферного давления используют его величину, измеренную на уровне моря).

В уравнения термодинамики, газовых законов, входят только абсолютные давления ( Pa ). Избыточное давление не является также параметром термодинамической системы.

Измерение давления

Не смотря на то, что все параметры давления измеряются манометрами, Тем не менее для измерения каждого из этих параметров, применяются разные приборы.
1. Для измерения абсолютного давления используются манометры абсолютного давления, например, Testo 511
2. Для измерения атмосферного давления — барометры, такие как: Testo 622 или Бамм-1
3. Для измерения манометрического давления самые популярные это общетехнические манометры и манометры testo 570

Интернет-магазин контрольно-измерительных приборов и освещения » Мир приборов «

Ознакомьтесь с нашим ассортиментом в каталоге

Решения для жизни и работы!

Представленная информация на сайте носит справочный характер и не является публичной офертой.
Технические параметры (спецификация) и комплект поставки товара могут быть изменены производителем без предварительного уведомления.

г. Санкт-Петербург , Комендантский пр., д. 4 к. 2,
стр. А, офис 0В2 , 197227
График работы с 9:30 до 19:00

Источник

Абсолютное и избыточное давление

Давление, отсчитываемое от абсолютного нуля, называется абсолютным давлением и обозначается pабс. Абсолютный нуль давления означает полное отсутствие сжимающих напряжений.

В открытых сосудах или водоемах давление на поверхности равно атмосферному pатм. Разность между абсолютным давлением pабс и атмосферным pатм называется избыточным давлением

Читайте также:  Давление в верхней части черепа

Когда давление в какой-либо точке, расположенной в объеме жидкости, больше атмосферного, т. е. , то избыточное давление положительно и его называют манометрическим.

Если давление в какой-либо точке оказывается ниже атмосферного, т. е. , то избыточное давление отрицательно. В этом случае его называют разрежениемили вакуумметрическим давлением. За величину разрежения или вакуума принимается недостаток до атмосферного давления:

Максимальный вакуум возможен, если абсолютное давление станет равным давлению насыщенного пара, т. е. pабс = pн.п. Тогда

В случае если давлением насыщенного пара можно пренебречь, имеем

Единицей измерения давления в СИ является паскаль (1 Па = 1 Н/м 2 ), в технической системе – техническая атмосфера (1 ат = 1 кГ/см 2 = 98,1 кПа). При решении технических задач атмосферное давление принимается равным 1 ат = 98,1 кПа.

Манометрическое (избыточное) и вакуумметрическое (разрежение) давление часто измеряются с помощью стеклянных, открытых сверху трубок – пьезометров, присоединяемых к месту измерения давления (рис. 2.5).

Пьезометры измеряют давление в единицах высоты подъема жидкости в трубке. Пусть трубка пьезометра присоединена к резервуару на глубине h1. Высота подъема жидкости в трубке пьезометра определяется давлением жидкости в точке присоединения. Давление в резервуаре на глубине h1 определится из основного закона гидростатики в форме (2.5)

,

где – абсолютное давление в точке присоединения пьезометра;

– абсолютное давление на свободной поверхности жидкости.

Давление в трубке пьезометра (открытой сверху) на глубине h равно

.

Из условия равенства давлений в точке присоединения со стороны резервуара и в пьезометрической трубке получаем

. (2.6)

Если абсолютное давление на свободной поверхности жидкости больше атмосферного (p > pатм) (рис. 2.5.а), то избыточное давление будет манометрическим, и высота подъема жидкости в трубке пьезометра h > h1. В этом случае высоту подъема жидкости в трубке пьезометра называют манометрической или пьезометрической высотой.

Манометрическое давление в этом случае определится как

.

Если абсолютное давление на свободной поверхности в резервуаре будет меньше атмосферного (рис. 2.5.б), то в соответствии с формулой (2.6) высота подъема жидкости в трубке пьезометра h будет меньше глубины h1. Величину, на которую опустится уровень жидкости в пьезометре относительно свободной поверхности жидкости в резервуаре, называют вакуумметрической высотой hвак (рис. 2.5.б).

Рассмотрим еще один интересный опыт. К жидкости, находящейся в закрытом резервуаре, на одинаковой глубине присоединены две вертикальные стеклянные трубки: открытая сверху (пьезометр) и запаянная сверху (рис. 2.6). Будем считать, что в запаянной трубке создано полное разряжение, т. е. давление на поверхности жидкости в запаянной трубке равно нулю. (Строго говоря, давление над свободной поверхностью жидкости в запаянной трубке равно давлению насыщенных паров, но ввиду его малости при обычных температурах, этим давлением можно пренебречь).

В соответствии с формулой (2.6) жидкость в запаянной трубке поднимется на высоту, соответствующую абсолютному давлению на глубине h 1:

.

А жидкость в пьезометре, как показано ранее, поднимется на высоту, соответствующую избыточному давлению на глубине h 1.

Вернемся к основному уравнению гидростатики (2.4). Величина H, равная

, (2.7)

где z – расстояние по вертикали от рассматриваемой точки до некоторой плоскости сравнения, называется гидростатическим напором в некоторой точке объема жидкости относительно плоскости сравнения.

Если в выражении (2.7) давление равно избыточному (p = pизб), то величина

(2.8)

называется пьезометрическим напором.

Как следует из формул (2.7), (2.8), напор измеряется в метрах.

Согласно основному уравнению гидростатики (2.4) как гидростатический, так и пьезометрический напоры в покоящейся жидкости относительно произвольно выбранной плоскости сравнения являются постоянными величинами. Для всех точек объема покоящейся жидкости гидростатический напор одинаков. То же самое можно сказать и про пьезометрический напор.

Это значит, что если к резервуару с покоящейся жидкостью подключить на разной высоте пьезометры, то уровни жидкости во всех пьезометрах установятся на одинаковой высоте в одной горизонтальной плоскости, называемой пьезометрической.

Читайте также:  Насосы высокого давления воздух

Поверхности уровня

Во многих практических задачах бывает важно определить вид и уравнение поверхности уровня.

Поверхностью уровня или поверхностью равного давления называется такая поверхность в жидкости, давление во всех точках которой одно и то же, т. е. на такой поверхности dp = 0.

Так как давление является некоторой функцией координат, т. е. p = f(x,y,z), то уравнение поверхности равного давления будет:

p = f(x, y, z) = C = const. (2.9)

Придавая константе C разные значения, будем получать различные поверхности уровня. Уравнение (2.9) есть уравнение семейства поверхностей уровня.

Свободная поверхность – это поверхность раздела капельной жидкости с газом, в частности, с воздухом. Обычно про свободную поверхность говорят только для несжимаемых (капельных) жидкостей. Понятно, что свободная поверхность является и поверхностью равного давления, величина которого равна давлению в газе (на поверхности раздела).

По аналогии с поверхностью уровня вводят понятие поверхности равного потенциала илиэквипотенциальной поверхности – это поверхность, во всех точках которой силовая функция имеет одно и то же значение. Т. е. на такой поверхности

.

Тогда уравнение семейства эквипотенциальных поверхностей будет иметь вид

где постоянная C принимает различные значения для разных поверхностей.

Из интегральной формы уравнений Эйлера (уравнения (2.3)) следует, что

Из этого соотношения можно сделать вывод, что поверхности равного давления и поверхности равного потенциала совпадают, потому что при dp =dU = 0.

Важнейшее свойство поверхностей равного давления и равного потенциала состоит в следующем: объемная сила, действующая на частицу жидкости, находящуюся в любой точке, направлена по нормали к поверхности уровня, проходящей через эту точку.

Докажем это свойство.

Пусть частица жидкости из точки с координатами переместилась по эквипотенциальной поверхности в точку с координатами . Работа объемных сил на этом перемещении будет равна

.

Но, поскольку частица жидкости перемещалась по эквипотенциаль-ной поверхности, dU = 0. Значит работа объемных сил, действующих на частицу, равна нулю. Силы не равны нулю, перемещение не равно нулю, тогда работа может быть равна нулю только при условии, что силы перпендикулярны перемещению. То есть объемные силы нормальны к поверхности уровня.

Обратим внимание на то, что в основном уравнении гидростатики, записанном для случая, когда на жидкость действует только один вид объемных сил – силы тяжести (см. уравнение (2.5))

,

величина p – не обязательно давление на поверхности жидкости. Это может быть давление в любой точке, в которой оно нам известно. Тогда h – это разность глубин (по направлению вертикально вниз) между точкой, в которой давление известно, и точкой, в которой мы хотим его определить. Таким образом, с помощью этого уравнения можно определить значение давления p в любой точке через известное давление в известной точке – p.

Заметим, что величина не зависит от p. Тогда из уравнения (2.5) следует вывод: насколько изменится давление p, настолько же изменится и давление в любой точке объема жидкости p. Поскольку точки, в которых фиксируем p и p, выбраны произвольно, это означает, что давление, создаваемое в любой точке покоящейся жидкости, передается ко всем точкам занимаемого объема жидкости без изменения величины.

Как известно, в этом и состоит закон Паскаля.

По уравнению (2.5) можно определить форму поверхностей уровня покоящейся жидкости. Для этого надо положить p = const. Из уравнения следует, что это выполнимо лишь при h = const. Значит, что при действии на жидкость из объемных сил только сил тяжести, поверхности уровня представляют собой горизонтальные плоскости.

Такой же горизонтальной плоскостью будет и свободная поверхность покоящейся жидкости.

Источник

Adblock
detector