В чем измеряется давление газа в физике

ФИЗИКА. — ФИЗИКА. 1. Предмет и структура физики Ф. наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиб. общие свойства и законы движения окружающих нас объектов материального мира. Вследствие этой общности не существует явлений природы, не имеющих физ. свойств … Физическая энциклопедия

ФИЗИКА — наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, св ва и строение материи и законы её движения. Понятия Ф. и её законы лежат в основе всего естествознания. Ф. относится к точным наукам и изучает количеств … Физическая энциклопедия

ФИЗИКА — ФИЗИКА, наука, изучающая совместно с химией общие законы превращения энергии и материи. В основе обеих наук лежат два основных закона естествознания закон сохранения массы (закон Ломоносова, Лавуазье) и закон сохранения энергии (Р. Майер, Джауль… … Большая медицинская энциклопедия

Физика звёзд — Физика звезд одна из отраслей астрофизики, изучающая физическую сторону звезд (масса, плотность, …). Содержание 1 Размеры, массы, плотность, светимость звезд 1.1 Масса звёзд … Википедия

Физика — I. Предмет и структура физики Ф. – наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы её движения. Поэтому понятия Ф. и сё законы лежат в основе всего… … Большая советская энциклопедия

Давление высокое — в широком смысле давление, превышающее атмосферное; в конкретных технических и научных задачах давление, превышающее характерное для каждой задачи значение. Столь же условно встречающееся в литературе подразделение Д. в. на высокие и… … Большая советская энциклопедия

ФИЗИКА — (от древнегреч. physis природа). Древние называли физикой любое исследование окружающего мира и явлений природы. Такое понимание термина физика сохранилось до конца 17 в. Позднее появился ряд специальных дисциплин: химия, исследующая свойства… … Энциклопедия Кольера

ФИЗИКА ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ — исследование влияния, оказываемого на вещество очень высокими давлениями, а также создание методов получения и измерения таких давлений. История развития физики высоких давлений удивительный пример необычайно быстрого прогресса в науке,… … Энциклопедия Кольера

Физика твёрдого тела — Физика твёрдого тела раздел физики конденсированного состояния, задачей которого является описание физических свойств твёрдых тел с точки зрения их атомарного строения. Интенсивно развивалась в XX веке после открытия квантовой механики.… … Википедия

Физика низких температур — Содержание 1 Методы получения 1.1 Испарение жидкостей … Википедия

Представьте себе заполненный воздухом герметичный цилиндр, с установленным сверху поршнем. Если начать давить на поршень, то объем воздуха в цилиндре начнет уменьшаться, молекулы воздуха станут сталкиваться друг с другом и с поршнем все интенсивнее, и давление сжатого воздуха на поршень возрастет.

Если поршень теперь резко отпустить, то сжатый воздух резко вытолкнет его вверх. Это произойдет потому, что при неизменной площади поршня увеличится сила, действующая на поршень со стороны сжатого воздуха. Площадь поршня осталась неизменной, а сила со стороны молекул газа увеличилась, соответственно увеличилось и давление.

Или другой пример. Стоит человек на земле, стоит обеими стопами. В таком положении человеку комфортно, он не испытывает неудобств. Но что случится, если этот человек решит постоять на одной ноге? Он согнет одну из ног в колене, и теперь будет опираться на землю только одной стопой. В таком положении человек ощутит определенный дискомфорт, ведь давление на стопу увеличилось, причем примерно в 2 раза. Почему? Потому что площадь, через которую теперь сила тяжести придавливает человека к земле, уменьшилась в 2 раза. Вот пример того, что такое давление, и как легко его можно обнаружить в обычной жизни.

Давление в физике

С точки зрения физики, давлением называют физическую величину, численно равную силе, действующей перпендикулярно поверхности на единицу площади данной поверхности. Поэтому, чтобы определить давление в некоторой точке поверхности, нормальную составляющую силы, приложенной к поверхности, делят на площадь малого элемента поверхности, на который данная сила действует. А для того чтобы определить среднее давление по всей площади, нормальную составляющую действующей на поверхность силы нужно разделить на полную площадь данной поверхности.

Измеряется давление в системе СИ в паскалях (Па). Эта единица измерения давления получила свое название в честь французского математика, физика и литератора Блеза Паскаля, автора основного закона гидростатики — Закона Паскаля, гласящего, что давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях. Впервые единица давления «паскаль» была введена в обращение во Франции в 1961 году, согласно декрету о единицах, спустя три столетия после смерти ученого.

Один паскаль равен давлению, которое вызывает сила в один ньютон, равномерно распределенная, и направленная перпендикулярно к поверхности площадью в один квадратный метр.

В паскалях измеряют не только механическое давление (механическое напряжение), но и модуль упругости, модуль Юнга, объемный модуль упругости, предел текучести, предел пропорциональности, сопротивление разрыву, сопротивление срезу, звуковое давление и осмотическое давление. Традиционно именно в паскалях выражаются важнейшие механические характеристики материалов в сопромате.

Атмосфера техническая (ат), физическая (атм), килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см2)

Кроме паскаля для измерения давления применяют и другие (внесистемные) единицы. Одной из таких единиц является «атмосфера» (ат). Давление в одну атмосферу приблизительно равно атмосферному давлению на поверхности Земли на уровне Мирового океана. На сегодняшний день под «атмосферой» понимают техническую атмосферу (ат).

Техническая атмосфера (ат) — это давление, производимое одной килограмм-силой (кгс), распределенной равномерно по площади в один квадратный сантиметр. А одна килограмм-сила, в свою очередь, равна силе тяжести, действующей на тело массой в один килограмм в условиях ускорения свободного падения, равного 9,80665 м/с2. Одна килограмм-сила равна таким образом 9,80665 ньютон, а 1 атмосфера оказывается равной точно 98066,5 Па. 1 ат = 98066,5 Па.

В атмосферах измеряют, например, давление в автомобильных шинах, например рекомендованное давление в шинах пассажирского автобуса ГАЗ-2217 равно 3 атмосферам.

Есть еще «физическая атмосфера» (атм), определяемая как давление ртутного столба, высотой 760 мм на его основание при том, что плотность ртути равна 13595,04 кг/м3, при температуре 0°C и в условиях ускорения свободного падения равного 9,80665 м/с2. Так выходит, что 1 атм = 1,033233 ат = 101 325 Па.

Что касается килограмм-силы на квадратный сантиметр (кгс/см2), то эта внесистемная единица давления с хорошей точностью равна нормальному атмосферному давлению, что бывает иногда удобно для оценок различных воздействий.

Внесистемная единица «бар» равна приблизительно одной атмосфере, но является более точной — ровно 100000 Па. В системе СГС 1 бар равен 1000000 дин/см2. Раньше название «бар» носила единица, называемая сейчас «бария», и равная 0,1 Па или в системе СГС 1 бария = 1 дин/см2. Слово «бар», «бария» и «барометр» происходят от одного и того же греческого слова «тяжесть».

Часто для измерения атмосферного давления в метеорологии используют единицу мбар (миллибар), равную 0,001 бар. А для измерения давления на планетах где атмосфера очень разряженная — мкбар (микробар), равный 0,000001 бар. На технических манометрах чаще всего шкала имеет градуировку именно в барах.

Миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.), миллиметр водяного столба (мм вод. ст.)

Внесистемная единица измерения «миллиметр ртутного столба» равна 101325/760 = 133,3223684 Па. Обозначается «мм рт.ст.», но иногда ее обозначают «торр» — в честь итальянского физика, ученика Галилея, Эванджелисты Торричелли, автора концепции атмосферного давления.

Образовалась единица в связи с удобным способом измерения атмосферного давления барометром, у которого ртутный столб пребывает в равновесии под действием атмосферного давления. Ртуть обладает высокой плотностью около 13600 кг/м3 и отличается низким давлением насыщенного пара в условиях комнатной температуры, поэтому для барометров в свое время и была выбрана именно ртуть.

На уровне моря атмосферное давление равно приблизительно 760 мм рт.ст., именно это значение и принято считать теперь нормальным атмосферным давлением, равным 101325 Па или одной физической атмосфере, 1 атм. То есть 1 миллиметр ртутного столба равен 101325/760 паскаль.

В миллиметрах ртутного столба измеряют давление в медицине, в метеорологии, в авиационной навигации. В медицине кровное давление измеряют в мм рт.ст, в вакуумной технике приборы для измерения давления градуируются в мм рт.ст, наряду с барами. Иногда даже просто пишут 25 мкм, подразумевая микроны ртутного столба, если речь идет о вакуумировании, а измерения давления осуществляют вакуумметрами.

В некоторых случаях используют миллиметры водяного столба, и тогда 13,59 мм вод.ст = 1мм рт.ст. Иногда это более целесообразно и удобно. Миллиметр водяного столба, как и миллиметр ртутного столба — внесистемная единица, равная в свою очередь гидростатическому давлению 1 мм столба воды, которое этот столб оказывает на плоское основание при температуре воды столба 4°С.

Международная система единиц (СИ)

Давлением P называется физическая величина силы F, действующая на единицу поверхности площади S, направленная перпендикулярно этой поверхности.
т.е. P = F / S.

В международной системе единиц (СИ) давление измеряется в Паскалях:
Па — русское обозначение.
Pa — международное.
1 Па = 1 Ньютон / 1 кв. метр (1 Н/м²)

Для практических измерений в КИП и А, 1 Па часто оказывается слишком маленькой величиной давления, и для оперирования реальными данными применяются умножающие приставки — (кило, Мега), умножающие значения в 1тыс. и 1млн. раз соответственно.
1 МПа = 1000 кПа = 1000000 Па
Также, шкалы приборов для измерения давления могут быть непосредственно градуированы в величинах Ньютон / метр, или их производных:
Килоньютон, Меганьютон / м², см², мм².

Тогда получаем следующее соответствие:
1 МПа = 1 МН/м² = 1 Н/мм² = 100 Н/см² = 1000 кН/м² = 1000 кПа = 1000000 Н/м² = 1000000 Па

В России и Европе также широкое применение для измерения давления находят единицы бар (bar) и кгс/м² (kgf/m²), а также их производные (mbar, кгс/см²).
1 бар — это внесистемная единица, равная 100000 Па.
1 кгс/см² — это единица измерения давления в системе МКГСС, и широко применяется в промышленных измерениях давления.
1 кгс/см² = 10000 кгс/м² = 0.980665 бар = 98066.5 Па

Атмосфера

Атмосфера — это внесистемная единица измерения давления приблизительно равная атмосферному давлению Земли на уровне Мирового океана.
Существует два понятия атмосферы для измерения давления:

• Физическая (атм) — равна давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0° C. 1 атм = 101325 Па
• Техническая (ат) — равна давлению, производимому силой в 1 кгс на площадь 1 см². 1 ат = 98066,5 Па = 1 кгс/см²

В России для использования в измерениях допущена только техническая атмосфера, и срок ее действия ограничен по некоторым данным 2016 годом.

Водяной столб

Метр водяного столба — внесистемная единица измерения давления, применяемая в ряде производств.
Физически он равен давлению столба воды высотой в 1 м при температуре около 4° C и стандартном для калибровки ускорении свободного падения — 9,80665 м/сек².
м вод. ст. — русское обозначение.
mH₂O — международное.

Производными единицами являются см вод. ст. и мм вод. ст.
1 м вод. ст. = 100 см вод. ст. = 1000 мм вод. ст.
Соотносится к другим единицам измерения давления соответствующим образом:
1 м вод. ст. = 1000 кгс/м² = 0.0980665 бар = 9.80665 Па = 73.55592400691 мм рт. ст.

Ртутный столб

Миллиметр ртутного столба — внесистемная единица измерения давления, равная 133.3223684 Па. Синоним — Торр (Torr).
мм рт. ст. — русское обозначение.
mmHg. — международное.
Использование в России — не ограничено, но не рекомендовано. Применяется в ряде областей техники.
Соотношение к водному столбу: 1 мм рт. ст. = 13.595098063 мм вод. ст.

Единицы США и Британии

В США и Британии применяются также другие единицы измерения давления.

Это связано с тем, что длины выражаются в футах и дюймах, а вес в фунтах, британских и американских тоннах.
Примеры некоторых из них:

• Дюйм водного столба
  Обозначение: inH₂O = 249.08891 Па.
• Фут водного столба
  Обозначение: ftH₂O = 2989.006692 Па.
• Дюйм ртутного столба
  Обозначение: inHg = 3386.38815789474 Па.
• Фунт на квадратный дюйм
  Обозначение: psi = 6894.757293178 Па.
• 1000 фунтов на квадратный дюйм
  Обозначение: ksi = 6894757.2931783 Па.
• Фунт на квадратный фут
  Обозначение: psf = 47.8802589803 Па.
• Американская (короткая) тонна на квадратный дюйм
  Обозначение: tsi = 13789514.58633672267344 Па.
• Американская (короткая) тонна на квадратный фут
  Обозначение: tsf = 95760.51796067168523226 Па.
• Британская (длинная) тонна на квадратный дюйм
  Обозначение: br.tsi = 15444256.3366971 Па.
• Британская (длинная) тонна на квадратный фут
  Обозначение: br.tsf = 107251.780115952 Па.

Приборы для измерения давления

Для измерения давления применяются манометры, дифманометры (разность давлений), вакуумметры (измерение разряжения).

В уроке 24 «Давление газа» из курса «Химия для чайников» рассмотрим устройство и принцип действия ртутного барометра, а также дадим определение давлению и рассмотрим его единицы измерения. Не пройдите мимо вводного урока в главу «Законы газового состояния», если вы его еще не читали.

Ртутный барометр

Если стеклянную трубку, закрытую с одного конца, наполнить ртутью (Hg), а затем перевернуть открытым концом в сосуд с ртутью, как показано на рисунке 3-1 (а), уровень ртути в трубке будет опускаться до тех пор, пока высота ртутного столбика над поверхностью ртути в сосуде не достигнет приблизительно 760 миллиметров (мм).

Давление, оказываемое на поверхность ртути в сосуде весом ртутного столбика в трубке, в точности уравновешивается давлением окружающей атмосферы. Вследствие равенства этих давлений, действующих в противоположных направлениях, ртуть больше не выливается из трубки. Подобное устройство называется ртутным барометром. Его изобрел и впервые протестировал итальянский математик и физик Эванджелиста Торричелли для измерения атмосферного давления. Торричелли показал, что высота столбика ртути в барометрической трубке НЕ зависит от формы и размеров трубки, а потому, определяется не весом ртутного столбика, а давлением у его основания. Атмосферное давление на уровне моря поддерживает столбик ртути высотой 760 мм (в среднем). Поскольку в старину для измерения давления пользовались именно ртутными барометрами, то в качестве единицы измерения давления применялся «миллиметр ртутного столба«.

Единицы измерения давления

Давление определяется как сила, действующая на единицу площади (P = F/A), и поэтому в системе СИ единицей давления является паскаль (Па), определяемый как сила в 1 ньютон, действующая на площадь в 1 квадратный метр (Н/м 2 ). Для тех, кто плохо учил физику, напоминаю, что ньютон представляет собой силу, которая придает телу массой 1 кг ускорение 1 м/c 2 .

Пример 1. Плотность жидкой ртути равна 13,596 г/см 3 . Чему будет равен 1 мм ртутного столба (1 мм Hg) в паскалях?

Представим себе разлитый на столе слой ртути площадью 1 м 2 и толщиной 1 мм. Переведем сначала все размеры этого слоя в сантиметры; тогда его объем выразится как:

• 0,100 см × 100 см × 100 см = 1000 см 3

Плотность жидкой ртути равна 13,596 г/см 3 , т.е масса 1 кубического сантиметра ртути составляет 13,596 г, а зная это, нетрудно установить, что масса слоя равна:

• 1000 см 3 × 13,596 г/см 3 = 13 596 г =13,596 кг

Вес этого слоя можно найти как произведение его массы на ускорение силы тяжести, которое равно g = 9,8 м/c 2 ; таким образом, сила, с которой рассматриваемый слой ртути давит на стол, равна:

• F = m·g = 13,596 кг × 9,806 м/c 2 = 133,32 кг·м·с 2 = 133,32 Н

Поскольку площадь слоя ртути равна равна 1 м 2 , оказываемое им на стол давление определяется как :

• P = F/A = 133,32 Н / 1 м 2 = 133,32 Н/м 2 = 133,32 паскаля (Па)

Пример 2. Стандартное давление на уровне моря считается равным точно 760 мм Hg. Выразите это давление в паскалях.

Из примера 1 мы уже знаем, что давление 1 мм Hg эквивалентно 133,32 Па. Следовательно:

• 760 мм Hg × 133,32 Па/мм = 101 323 Па

Паскаль — слишком маленькая единица для измерения давлений газов, подобно тому как кубический метр — слишком неудобная единица для измерения объемов жидкостей в лабораторных условиях. Поэтому обычно давление газов измеряют в стандртных атмосферах:

• 1 атмосфера (атм) = 101 325 Па = 760 мм Hg

Пример 3. В горах, высота которых составляет около 2500 м над уровнем моря, атмосферное давление приблизительно равно 3/4 давления на уровне моря. Выразите это давление в стандартных атмофсерах, паскалях и миллиметрах ртутного столба.

Ответ: давление равно 0,750 атм, 76 000 Па или 570 мм Hg

Надеюсь урок 24 «Давление газа» помог создать некоторое представление о понятии давления и его единицах измерения. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии. Если вопросов нет, то переходите к следующему уроку.

Единицы измерений, переводные таблицы и формулы

Units, Conversion Tables, and Formulas

Единицы измерения давления / Pressure

kgf/cm² или kp/cm², at,

PSI или psi (фунт/кв. дюйм),

фунт-сила на квадратный дюйм

миллиметр ртутного столба

миллиметр водяного столба

(pounds/square inch или lbf/in²),

pound-force per square inch

Паскаль (Па, Pa) – единица измерения давления в Международной системе единиц измерения (система СИ). Единица названа в честь французского физика и математика Блеза Паскаля.

Паскаль равен давлению, вызываемому силой, равной одному ньютону (Н), равномерно распределённой по нормальной к ней поверхности площадью один квадратный метр:

1 паскаль (Па) ≡ 1 Н/м²

Кратные единицы образуют с помощью стандартных приставок СИ:

1 МПа (1 мегапаскаль) = 1000 кПа (1000 килопаскалей)

Атмосфера (физическая, техническая)

Атмосфера — внесистемная единица измерения давления, приблизительно равная атмосферному давлению на поверхности Земли на уровне Мирового океана.

Существуют две примерно равные друг другу единицы с таким названием:

Физическая, нормальная или стандартная атмосфера (атм, atm) — в точности равна 101 325 Па или 760 миллиметрам ртутного столба.

Техническая атмосфера (ат, at, кгс/см²) — равна давлению, производимому силой 1 кгс, направленной перпендикулярно и равномерно распределённой по плоской поверхности площадью 1 см² (98 066,5 Па).

1 техническая атмосфера = 1 кгс/см² («килограмм-сила на сантиметр квадратный»). // 1 кгс = 9,80665 ньютонов (точно) ≈ 10 Н; 1 Н ≈ 0,10197162 кгс ≈ 0,1 кгс

На английском языке килограмм-сила обозначается как kgf (kilogram-force) или kp (kilopond) – килопонд, от латинского pondus, означающего вес.

Заметьте разницу: не pound (по-английски «фунт»), а pondus .

На практике приближенно принимают: 1 МПа = 10 атмосфер, 1 атмосфера = 0,1 МПа.

Бар (от греческого βάρος — тяжесть) — внесистемная единица измерения давления, примерно равная одной атмосфере. Один бар равен 105 Н/м² (или 0,1 МПа).

Соотношения между единицами давления

1 МПа = 10 бар = 10,19716 кгс/см² = 145,0377 PSI = 9,869233 (физ. атм.) =7500,7 мм рт.ст.

1 бар = 0,1 МПа = 1,019716 кгс/см² = 14,50377 PSI = 0,986923 (физ. атм.) =750,07 мм рт.ст.

1 ат (техническая атмосфера) = 1 кгс/см² (1 kp/cm², 1 kilopond/cm²) = 0,0980665 МПа = 0,98066 бар = 14,223

1 атм (физическая атмосфера) = 760 мм рт.ст.= 0,101325 МПа = 1,01325 бар = 1,0333 кгс/см²

1 мм ртутного столба = 133,32 Па =13,5951 мм водяного столба