Тиск – це фізична величина, яка відіграє особливу роль у природі та житті людини. Це непомітне оку явище не тільки впливає на стан навколишнього середовища, але і дуже добре відчувається усіма. Давайте розберемося, що це таке, які його види існують і як знаходити тиск (формула) в різних середовищах.

Що називається тиском у фізиці і хімії

Даним терміном іменується важлива термодинамічна величина, яка виражається у співвідношенні перпендикулярно надається сили тиску на площу поверхні, на яку вона впливає. Це явище не залежить від розміру системи, в якій діє, тому належить до інтенсивних величин.


У стані рівноваги, за законом Паскаля, тиск однаково для всіх точок системи. У фізиці та хімії воно позначається за допомогою літери «Р», що є скороченням від латинської назви терміна – pressura. Якщо мова йде про осмотическом тиску рідини (рівновага між тиском усередині і зовні клітини), використовується літера «П».

Одиниці тиску

Відповідно до стандартів Міжнародної системи СІ, розглянуте фізичне явище вимірюється в паскалях (кирилицею – Па, латиницею - Ра). Виходячи з формули тиску виходить, що один Па дорівнює одному Н (ньютон - одиниця вимірювання сили) розділеному на один квадратний метр (одиниця вимірювання площі). Однак на практиці застосовувати паскалі досить складно, оскільки ця одиниця дуже мала. У зв'язку з цим, крім стандартів системи СІ, ця величина може вимірюватися по-іншому. Нижче наведено найбільш відомі її аналоги. Більшість з них широко використовується на теренах колишнього СРСР.

Бари . Один бар дорівнює 105 Па.

Торри, або міліметри ртутного стовпа. Приблизно один торр відповідає 1333223684 Па.

Міліметри водяного стовпа.

Метри водяного стовпа.

Технічні атмосфери.

Фізичні атмосфери. Одна атм дорівнює 101325 Па і 1033233 ат.

Кілограм-сила на квадратний сантиметр. Також виділяються тонна-сила і грам-сила. Крім цього, є аналог фунт-сила на квадратний дюйм.

Загальна формула тиску (фізика 7-го класу)

З визначення даної фізичної величини можна визначити спосіб її знаходження. Виглядає він таким чином, як на фото нижче.


В ньому F – сила, а S – площа. Іншими словами, формула знаходження тиску – це його сила, розділена на площу поверхні, на яку воно впливає. Також вона може бути записана так: Р = mg /S або Р = pVg /S. Таким чином, ця фізична величина виявляється пов'язаною з іншими термодинамічними змінними: об'ємом і масою. Для тиску діє наступний принцип: чим менше простір, на яке впливає сила – тим більша кількість гнітючої сили на нього доводиться. Якщо ж площа збільшується (при тій же силі) – шукана величина зменшується.

Формула гідростатичного тиску

Різні агрегатні стани речовин, передбачають наявність у них відмінних один від одного властивостей. Виходячи з цього, способи визначення Р в них теж будуть іншими. Наприклад, формула тиску води (гідростатичного) виглядає ось так: Р = pgh. Також вона застосовна і до газів. При цьому її не можна використовувати для обчислення атмосферного тиску, з-за різниці висот і щільності повітря.
У цій формулі р – щільність, g – прискорення вільного падіння, а h – висота. Виходячи з цього, чим глибше занурюється предмет або об'єкт, тим вище тиск, який на нього тиск усередині рідини (газу). Розглянутий варіант є адаптацією класичної прикладу Р = F /S. Якщо згадати, що сила дорівнює добутку маси на швидкість вільного падіння (F= mg), а маса рідини – це похідна об'єму на густину (m = pV), то формулу тиск можна записати як P = pVg /S. При цьому обсяг – це площі, помножена на висоту (V = Sh). Якщо вставити ці дані, вийде, що площа в чисельнику і знаменнику можна скоротити і на виході вищезгадана формула: Р = pgh. Розглядаючи тиск в рідинах, варто пам'ятати, що, на відміну від твердих тіл, у них часто можливо викривлення поверхневого шару. А це, в свою чергу, сприяє утворенню додаткового тиску. Для подібних ситуацій застосовується дещо інша формула тиску: Р = Р 0 + 2QH. В даному випадку Р 0 – тиск не викривленого шару, а Q – поверхня натягу рідини. Н – це середня кривизна поверхні, яку визначають за Законом Лапласа: Н = 1/2 (1/R 1 + 1/R 2 ). Складові R 1 і R 2 – це радіуси головної кривизни.

Парціальний тиск і його формула

Хоча спосіб Р = pgh застосуємо як для рідин, так і для газів, тиск в останніх краще обчислювати дещо іншим шляхом. Справа в тому, що в природі, як правило, не дуже часто зустрічаються абсолютно чисті речовини, адже в ній переважають суміші. І це стосується не тільки рідин, але і газів. А як відомо, кожен з таких компонентів здійснює різний тиск, який називається парціальним. Визначити його досить просто. Воно дорівнює сумі тиску кожного компонента даної суміші (ідеальний газ). З цього випливає, що формула парціального тиску виглядає таким чином: Р = Р 1 + Р 2 + Р 3 і так далі, згідно з кількістю складових компонентів. Нерідкі випадки, коли необхідно визначити тиск повітря. Однак деякі помилково проводять обчислення тільки з киснем за схемою Р = pgh. Ось тільки повітря - це суміш різних газів. У ньому зустрічаються азот, аргон, кисень та інші речовини. Виходячи з ситуації, формула тиску повітря - це сума тисків всіх його складових. А значить, слід приметь вищезгадану Р = Р 1 + Р 2 + Р 3

Найбільш поширені прилади для вимірювання тиску

Незважаючи на те що вирахувати розглядається термодинамічну величину за вищезазначеними формулами не складно, проводити обчислення іноді просто немає часу. Адже потрібно завжди враховувати численні нюанси. Тому для зручності за кілька століть був розроблений ряд приладів, які роблять це замість людей. Фактично майже всі апарати такого роду є різновидами манометра (допомагає визначати тиск в газах і рідинах). При цьому вони відрізняються по конструкції, точності та сфері застосування.

Атмосферний тиск вимірюється за допомогою манометра, іменованого барометром. Якщо необхідно визначити розрядження (тобто тиск нижче атмосферного) - застосовуються інша його різновид, вакуумметр.

Для того щоб дізнатися артеріальний тиск у людини, в хід йде сфігмоманометр. Більшості він відомий під ім'ям неінвазивного тонометра. Таких апаратів існує чимало різновидів: від ртутних механічних до повністю автоматичних цифрових. Їх точність залежить від матеріалів, з яких вони виготовляються і місця вимірювання.

Перепади тиску в навколишньому середовищі (по-англійськи - pressure drop) визначаються з допомогою диференційних манометрів або дифнамометров (не плутати з динамометр).

Види тиску

Розглядаючи тиск, формулу його знаходження та її варіації для різних речовин, варто дізнатися про різновиди цієї величини. Їх п'ять.

Абсолютна.

Барометричний

Надлишкове.

Вакуумметрическое.

Диференціальне.

Абсолютна

Так називається повне тиск, під яким знаходиться речовина або об'єкт, без урахування впливу інших газоподібних складових атмосфери. Вимірюється вона в паскалях і являє собою суму надлишкового та атмосферного тисків. Також він є різницею барометричного і вакуумметричного видів. Обчислюється він за формулою: Р = Р 2 + Р 3 або Р = Р 2 - Р 4 . За початок відліку для абсолютного тиску в умовах планети Земля, береться тиск усередині посудини, з якої видалено повітря (тобто класичний вакуум). Тільки такий вигляд тиску використовується в більшості термодинамічних формул.

Барометричний

Цим терміном іменується тиск атмосфери (тяжкості) на всі предмети та об'єкти, знаходять у ній, включаючи безпосередньо поверхню Землі. Більшості воно також відоме під ім'ям атмосферного. Його зараховують до термодинамічними параметрами, а його величина змінюється щодо місця і часу вимірювання, а також погодних умов і знаходження над/нижче рівня моря . Величина барометричного тиску дорівнює модулю сили атмосфери на одиницю площі по нормалі до неї. У стабільній атмосфері величина даного фізичного явища дорівнює вазі стовпа повітря на основу з площею, рівною одиниці. Норма атмосферний тиск - 101325 Па (760 мм рт. ст. при 0 градусів Цельсія). При цьому чим вище об'єкт виявляється від поверхні Землі, тим нижчим стає тиск на нього повітря. Через кожен 8 км воно знижується на 100 Па. Завдяки цій властивості в горах вода в чайниках закиває набагато швидше, ніж вдома на плиті. Справа в тому, що тиск впливає на температуру кипіння: із його зниженням остання зменшується. І навпаки. На цій властивості побудована робота таких кухонних приладів , як скороварка і автоклав. Підвищення тиску всередині їх сприяють формуванню в посудинах більш високих температур, ніж у звичайних баняках на плиті. Використовується для обчислення атмосферного тиску формула барометричної висоти. Виглядає вона таким чином, як на фото нижче. Р – це шукана величина на висоті, Р 0 – щільність повітря біля поверхні, g – прискорення вільного падіння, h – висота над Землею, м – молярна маса газу, т – температура системи, r – універсальна газова постійна 83144598 Дж/(моль х К), а ті – це число Эйклера, рівне 271828. Часто в наведеній вище формулі тиску атмосферного замість R використовується К – постійна Больцмана. Через її твір на число Авогадро нерідко виражається універсальна газова постійна. Вона більш зручна для розрахунків, коли число частинок задано в молях. При проведенні обчислень завжди варто брати до уваги можливість зміни температури повітря через зміни метеорологічної ситуації або при наборі висоти над рівнем моря, а також географічну широту.

Надмірне і вакуумметрическое

Різницю між атмосферним і виміряним тиском навколишнього середовища називають надлишковим тиском. В залежності від результату, змінюється назва величини. Якщо вона позитивна, її називають манометричним тиском. Якщо ж отриманий результат зі знаком мінус – його іменують вакуумметрическим. Варто пам'ятати, що він не може бути більше барометричного.

Диференціальне

Дана величина є різницею тисків у різних точках вимірювання. Як правило, її використовують для визначення падіння тиску на будь-якому обладнанні. Особливо це актуально в нафтовидобувній промисловості. Розібравшись з тим, що за термодинамічна величина називається тиском і з допомогою яких формул її знаходять, можна зробити висновок, що це явище досить важливо, а тому знання про нього ніколи не будуть зайвими.