2.2. Давление. Единицы давления
Давление – физическая величина, равная отношению силы, равномерно распределенной по поверхности тела, к площади этой поверхности, расположенной перпендикулярно силе:
.
(2.3)
Единица давления в СИ – паскаль (1 Па = 1 Н/м2).
В технике используют кратные и дольные единицы давления:
килопаскаль (кПа);
мегапаскаль (МПа).
Кроме того, используются внесистемные единицы, наиболее употребляемые из которых:
бар (1 бар = 105 Па);
техническая атмосфера (1 ат = 1 кгс/см2 = 9,8067·104 Па);
физическая атмосфера (1 атм = 101325 Па);
миллиметры водяного столба (1 мм вод. ст. = 9,8067 Па);
миллиметры ртутного столба (1 мм рт. ст. = 133 Па).
2.3. Избыточное и вакуумметрическое давление
Допустим, что имеется сосуд, к которому присоединена U-образная трубка с какой-нибудь жидкостью (рис 2.1).
При открытом сосуде
давление внутри него будет, очевидно,
равно давлению окружающей среды, или
атмосферному давлению (
),
и в этом случае жидкость в обоих коленах
U-образной трубки
будет находиться на одном уровне по
закону сообщающихся сосудов.
Е
сли
абсолютное давление в сосуде увеличить,
то часть жидкости из левого колена
трубки вытеснится
в правое, вследствие чего образуется
разность уровней. Теперь абсолютное
давление в сосуде будет уравновешиваться
давлением атмосферного воздуха (
)
и избыточным давлением (
),
создаваемым столбом жидкости высотой
(
).
Поэтому можно записать:
,
(2.4)
откуда
.
(2.5)
В термодинамических уравнениях всегда используют значение абсолютного давления в сосуде, так как именно оно является параметром состояния тела. Избыточное давление не является параметром состояния, так как его значение зависит от давления окружающей среды. Избыточное давление измеряется манометром, и поэтому часто еще называется манометрическим.
Т
еперь
понизим абсолютное давление в сосуде
так, чтобы оно стало меньше атмосферного
(рис. 2.2). Тогда часть жидкости перейдет
из правого колена в левое. Давление
будет уравновешиваться абсолютным
давлением изнутри (
)
и давлением (
),
создаваемым столбом жидкости
,
и поэтому
(2.6)
или
,
(2.7)
где – разность давления окружающей среды и абсолютного давления в сосуде, которое измеряется вакуумметром и называется вакуумметрическим.
При измерении давления высотой ртутного столба следует иметь в виду, что показания прибора зависят не только от давления измеряемой среды, но и от температуры ртути, так как с изменением температуры изменяется и ее объем.
Например, при температуре выше 0 oС высота столба ртути будет больше, чем при том же давлении и температуре ртути 0 oС. При температуре ниже 0 oС наблюдается обратное соотношение. Это следует учитывать при измерении давления ртутным манометром путем введения поправок, которые приведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Температура столба ртути, oС |
Поправка в мм на 1 м рт. ст. |
Температура столба ртути, oС |
Поправка в мм на 1 м рт. ст. |
0 |
0 |
20 |
3,45 |
5 |
0,87 |
25 |
4,31 |
10 |
1,73 |
30 |
5,17 |
15 |
2,59 |
|
|