Манометр на схеме: Условные обозначения приборов и средств автоматизации в схемах (ГОСТ 21.208-2013) mvif

alexxlab | 10.06.2023 | 0 | Разное

Прижинные манометры, вакуумметры, мановакуумметры : виды и классификация, устройство, схема, принцип действия

• Железнодорожные манометры, устройство, принцип действия
• МПТИ (ВПТИ, МВПТИ) – устройство и работа приборов
• МТС-711-М1, МТС-712-М1, МТ2С-711-М1, МТ2С-712-М1 – принцип действия, устройство и работа приборов

Манометры, мановакуумметры и вакуумметры данной группы относятся к приборам деформационного типа.

В качестве чувствительного элемента в них используются различные пружины, поэтому они называются пружинными в которых измеряемое избыточное, абсолютное или вакуумметрическое давление уравновешивается силами упругости пружины, степень деформации которой служит мерой давления.

Благодаря простоте и надежности конструкции пружинные приборы получили широчайшее распространение и использование в технологических процессах.

Классификация пружинных манометров, вакуумметров, мановакуумметров по виду пружин

• с трубчатой пружиной;
• с пластинчатой пружиной;
• с коробчатой пружиной.

	Устройство и принципиальная схема приборов с манометрической трубчатой пружиной Бурдона :
Трубчатые пружины представляют собой кругообразно согнутые трубки с овальным поперечным сечением. Давление измеряемой среды воздействует на внутреннюю сторону этой трубки, в результате чего овальное поперечное сечение принимает почти круглую форму. В результате искривления пружинной трубки возникают напряжения в кольцах трубки, которые разгибают пружину. Незажатый конец пружины выполняет движение, пропорциональное величине давления. Движение передается посредством стрелочного механизма на шкалу. Для измерений давления до 60 или 100 кгс/см2 применяются, как правило, согнутые с углом витка около 270°, кругообразные пружины. Для измерений давления с более высокими значениями используются пружины с несколькими лежащими друг над другом витками и одинаковым витковым диаметром (винтовая пружина) или со спиралеобразными витками, лежащими в одной плоскости (плоская спиральная пружина).

	Устройство и принципиальная схема приборов с пластинчатой пружиной :
Пластинчатые пружины представляют собой тонкие гофрированные мембраны кругообразной формы, которые зажимаются или привариваются по краю между двумя фланцами и вступают в соприкосновение с измеряемой средой только с одной стороны. Вызванный в результате такого соприкосновения прогиб пропорционален величине давления. Движение передается посредством стрелочного механизма на шкалу. Пластинчатые пружины обладают сравнительно высоким перестановочным усилием. В результате кольцеобразного крепления пластинчатые пружины менее восприимчивы к вибрациям по сравнению с трубчатыми пружинами, однако погрешность показаний при изменениях температуры у них больше. Благодаря опорам для мембран достигается повышенная стойкость к перегрузкам. Покрытия или фольга, наносимые на поверхность пластинчатых пружин обеспечивают защиту от коррозийных измеряемых сред. Широкие соединительные отверстия или открытые соединительные фланцы, а также возможности по промывке делают пластинчатые пружины, особенно пригодными при работе с высоковязкими, загрязненными или кристаллизующимися веществами.

	Устройство и принципиальная схема приборов с коробчатой пружиной :
Давление измеряемой среды воздействуют на внутреннюю сторону коробки, состоящей из двух кругообразных, гофрированных, герметично прилегающих друг к другу мембран. Возникающее под давлением поступательное движение пропорционально величине давления. Движение передается на шкалу с помощью стрелочного механизма. Манометры с коробчатой пружиной особенно пригодны для измерений давления газообразных сред. Защита от перегрузки возможна только в определенных границах. Для повышения чувствительности в манометре может устанавливаться ряд коробчатых пружин («пакет» коробчатых пружин).

Все новости

Новости

Манометр

Манометр (рис.38) – прибор измерения давления. Имеет один пневматический вход. Для подключения к определённой точке пневмосистемы применяется тройник.

Рис.38. Манометр и его условное обозначение на пневматических принципиальных схемах.

Правила выполнения лабораторной работы

Техника безопасности при выполнении работы

1. Сборку (разборку) схемы пневматической системы проводить только при закрытом главном вентиле

   , находящемся на блоке подготовки воздуха.

2. При сборке схемы для присоединения пластикового шланга следует до упора вставить его в цанговый штуцер.

3. При разборке схемы для извлечения шланга из штуцера следует нажать на зажимную цангу и аккуратно извлечь шланг. Категорически запрещается отсоединять шланг при наличии давления в системе.

4. Шланг разрезан на части разной длины. При соединении элементов следует подбирать шланги подходящей длины.

5. При необходимости разветвления потока сжатого воздуха следует использовать тройники.

6. Лёгкие, не испытывающие внешней нагрузки, элементы (распределители) крепятся при помощи стопора в паз монтажной плиты. Для удаления элемента следует нажать на голубой рычаг.

7. Элементы, испытывающие внешнюю нагрузку (цилиндры, конечные выключатели), закрепляются на монтажной плите с помощью Т-образных болтов. Закрепляются и освобождаются эти элементы с помощью голубой гайки.

8. Конечные выключатели следует располагать только с боковой стороны кулачка штока цилиндра.

9. Следует не допускать ситуацию, когда один из концов пневмошланга остаётся неподключенным. При подаче давления в систему неподключенный конец пневмошланга совершает хаотические движения под действием сжатого воздуха, что может привести к травме глаз.

10. После того, как схема собрана, разрешается открыть главный вентиль только после проверки схемы преподавателем. Следует помнить, что сразу же после открытия главного вентиля штоки цилиндров могут прийти в движение.

11. Компрессоры включаются в сеть преподавателем до начала работы. В процессе работы компрессоры запускаются и останавливаются автоматически.

12. Студентам запрещается изменять настройки регуляторов давления в компрессоре и в блоке подготовки воздуха.

13. Каждый элемент имеет своё место в тумбочке. Если элемент больше не используется в работе, следует убрать его в тумбочку на место.

В лабораторной работе необходимо собрать и исследовать несколько пневматических систем. Для некоторых систем пневматическая принципиальная схема будет задана¹ , для других – необходимо сначала необходимо начертить схему.

1. Система управления устройством подачи деталей.

С помощью устройства подачи деталей (рис.39) алюминиевые корпуса клапанов подаются на станцию обработки. При нажатии пневмокнопки шток цилиндра одностороннего действия выдвигается и выталкивает деталь. При отпускании кнопки шток цилиндра втягивается. Следующая деталь опускается в магазин под действием силы тяжести.

Описание пневматической принципиальной схемы (рис.40).

При воздействии на кнопку 3/2-распределителя (1S) он переключается в левую позицию и соединяет питающую линию 1 с выходной линией 2. Сжатый воздух наполняет поршневую полость цилиндра одностороннего действия (1А). Шток цилиндра выдвигается и выталкивает деталь из магазина. Дроссель (1V1) осуществляет дросселирование потока воздуха, входящего в поршневую полость цилиндра, и тем самым регулирует скорость выдвижения штока. Возвратная пружина цилиндра сжимается и запасает энергию. Если продолжать удерживать кнопку распределителя (1S), то шток цилиндра остаётся в крайнем выдвинутом положении. При отпускании кнопки 3/2-распределитель (1S) переключается в правую позицию под действием пружины. Воздух выходит из поршневой полости цилиндра через клапан быстрого выхлопа (1V2). Шток цилиндра быстро втягивается.

Рис.39. Устройство подачи деталей.

Задание: Собрать систему на лабораторном стенде по заданной схеме (рис.40) и испытать её. Дроссель необходимо настроить таким образом, чтобы шток цилиндра выдвигался за 1 секунду. Построить примерные временные диаграммы давлений Р1 и Р2 при нажатии и при отпускании кнопки по показаниям манометров.

Рис.40. Система управления устройством подачи деталей. Схема пневматическая принципиальная.

2. Система управления устройством сортировки почтовых посылок.

По наклонному конвейеру почтовые посылки поступают в зону сортировки (рис.41). При нажатии пневмокнопки шток цилиндра быстро втягивается вместе с прикреплённым к нему лотком для почтовых пакетов. После того как кнопка отпущена, шток выдвигается вместе с почтовым пакетом. Время выдвижения должно составлять 1,5 секунды.

Рис.41. Устройство сортировки почтовых посылок.

Задание: Начертить принципиальную пневматическую схему системы. Собрать систему на лабораторном стенде и испытать её.

Указания к выполнению: Применить цилиндр одностороннего действия.

Применить дроссель для ограничения скорости выдвижения штока.

Подключить манометры аналогично схеме на рис. 40. Построить примерные временные диаграммы давлений Р1 и Р2 при нажатии и при отпускании кнопки по показаниям манометров.

3. Система управления устройством распределения брикетов.

С помощью устройства распределения (рис.42) брикеты с углём избирательно поступают на верхнюю или на нижнюю ленту конвейера. С помощью распределителя с переключателем устанавливается верхнее или нижнее положение качающегося лотка. Лоток приводится в движение штоком цилиндра двустороннего действия. Движение штока цилиндра вверх должно происходить в течение 2 секунд, движение вниз – за 1,5 секунды. Исходным является положение цилиндра с втянутым штоком.

Рис.42. Устройство распределения брикетов.

Описание пневматической принципиальной схемы (рис.43).

На схеме показаны: 5/2-распределитель с управлением от переключателя с фиксацией (1S), дроссели с обратным клапаном (1V1, 1V2), манометры (1Z1, 1Z2), пневмоцилиндр двустороннего действия (1A).

В исходном положении 5/2-распределитель (1S) находится в правой позиции. Сжатый воздух через линии 1 и 2 подаётся в штоковую полость цилиндра (1А). Поршневая полость цилиндра свободна от сжатого воздуха, поскольку соединена с атмосферой через линии 4 и 5 распределителя (1S). Шток цилиндра втянут. При повороте переключателя распределителя (1S) он переключается в левую позицию и фиксируется в ней. Сжатый воздух через линии 1 и 4 подаётся в поршневую полость цилиндра (1А). В штоковой полости давление падает, поскольку она соединяется с атмосферой через линии 2 и 3 распределителя (1S). Шток цилиндра выдвигается. Скорость выдвижения штока зависит от настройки дросселя (1V2). Дросселирование в данном случае происходит при выходе воздуха из штоковой полости цилиндра. Воздух, входящий в поршневую полость проходит через обратный клапан (1V1), минуя дроссель. Благодаря такому способу дросселирования, поршень цилиндра оказывается между двумя воздушными подушками, что позволяет получить самые малые скорости перемещений. Обратный поворот переключателя распределителя (1S) обеспечивает возврат штока цилиндра. Скорость обратного хода регулируется дросселем (1V1).

Рис.43. Система управления устройством распределения брикетов. Схема пневматическая принципиальная.

Задание: Собрать систему на лабораторном стенде по заданной схеме (рис.43) и испытать её. Дроссели необходимо настроить таким образом, чтобы шток цилиндра выдвигался за 2 секунды и втягивался за 1,5 секунды. Построить примерные временные диаграммы давлений Р1 и Р2 при включении и выключении распределителя 1S.

4. Система управления устройством распределения брикетов (вариант 2).

Задание: Изменить способ управления устройством распределения брикетов из предыдущего задания. Вместо переключателя с фиксацией использовать две пневмокнопки. При нажатии на одну из кнопок шток цилиндра должен выдвигаться. При отпускании кнопки шток остаётся в выдвинутом положении. При нажатии на другую кнопку шток цилиндра должен втягиваться. При отпускании кнопки шток остаётся во втянутом положении. Проверить, как будет работать система при одновременном нажатии на обе кнопки.

Начертить принципиальную пневматическую схему системы. Собрать систему на лабораторном стенде и испытать её.

5. Система управления гибочным устройством.

При одновременном нажатии кнопок двух клапанов резко выдвигается молоточек гибочного устройства (рис.44), приводимый в движение от цилиндра двустороннего действия, и загибает плоскую пластину. Если отпустить хотя бы одну кнопку, то шток цилиндра медленно возвращается в исходное положение (время возврата 2 секунды).

Рис.44. Гибочное устройство.

Описание пневматической принципиальной схемы (рис.45).

На схеме показаны: два 3/2-распределителя с кнопочным управлением (1S1, 1S2), клапан двух давлений (1V1), 5/2-распределитель с односторонним пневматическим управлением (1V2), дроссель с обратным клапаном (1V3), клапан быстрого выхлопа (1V4), манометры (1Z1, 1Z2), пневмоцилиндр двустороннего действия (1A).

В исходном положении 5/2-распределитель (1V2) находится в правой позиции, поскольку давление в управляющей линии 14 отсутствует, а с другой стороны на распределитель воздействует пружина. Шток цилиндра (1A) втянут. При одновременном нажатии двух кнопок 3/2-распределителей (1S1, 1S2) на выходе клапана двух давлений (1V1) возникает давление воздуха, которое поступает в управляющую линию 14 5/2-распределителя (1V2). Распределитель (1V2) переключается в левую позицию. Сжатый воздух проходит через линии 1 и 4 распределителя (1V2) и обратный клапан (1V3) без дросселирования в поршневую полость цилиндра. В то же время, воздух быстро выходит из штоковой полости цилиндра через клапан быстрого выхлопа (1V4). Шток цилиндра быстро выдвигается. Если отпустить хотя бы одну кнопку (1S1 или 1S2), то на распределитель (1V2) перестанет поступать пневматический сигнал, и пружина вернёт его в правую позицию. Сжатый воздух проходит через линии 1 и 2 распределителя (1V2) и клапан (1V4) в штоковую полость цилиндра. В то же время, воздух выходит из поршневой полости через дроссель (1V3) и линии 4 и 5 распределителя (1V2) в атмосферу. Регулируя степень открытия дросселя (1V3), можно установить необходимую скорость возврата штока.

Замечание: Клапан двух давлений (1V1) обеспечивает логическую функцию (И). Давление на выходе этого клапана будет только при условии наличия давления в обеих входных линиях.

Рис.45. Система управления гибочным устройством. Схема пневматическая принципиальная.

Задание: Собрать систему на лабораторном стенде по заданной схеме (рис.45) и испытать её. Дроссель необходимо настроить таким образом, чтобы шток цилиндра втягивался за 2 секунды. Построить примерные временные диаграммы давлений Р1 и Р2 при нажатии и при отпускании кнопок по показаниям манометров.

6. Система управления устройством подачи штифтов.

При помощи устройства подачи (рис. 46) цилиндрические штифты подаются на измерительное устройство. В исходном положении шток цилиндра двустороннего действия втянут. При нажатии на кнопку шток цилиндра выталкивает штифт. В крайнем выдвинутом положении шток нажимает на ролик конечного выключателя, после чего втягивается.

Рис.46. Устройство подачи штифтов.

Описание пневматической принципиальной схемы (рис.47).

На схеме показаны: 3/2-распределитель с роликовым рычагом, выполняющий функцию концевого выключателя (1S2), 3/2-распределитель с кнопочным управлением (1S1), 5/2-распределитель с двусторонним пневматическим управлением (1V1), дроссели с обратным клапаном (1V2, 1V3), пневмоцилиндр двустороннего действия (1A).

В исходном положении распределитель (1V1) находится в правой позиции. Шток цилиндра 1А втянут. При нажатии кнопки распределителя (1S1), сжатый воздух поступит в управляющую линию 14 распределителя (1V1). Распределитель (1V1) переключается в левую позицию. Сжатый воздух проходит в поршневую полость цилиндра через обратный клапан (1V2) без дросселирования и выходит из штоковой полости через дроссель (1V3) и линии 2,3 распределителя (1V1) в атмосферу. Шток выдвигается, выталкивая штифт. В крайнем выдвинутом положении шток своим кулачком нажимает на роликовый рычаг (1S2). Сжатый воздух поступает в управляющую линию 12 распределителя (1V1). Распределитель (1V1) переключается в правую позицию. Сжатый воздух проходит в штоковую полость цилиндра через обратный клапан (1V3) без дросселирования и выходит через дроссель (1V2) и линии 4,5 распределителя (1V1) в атмосферу. Шток цилиндра возвращается в крайнее втянутое положение.

Рис.47. Система управления устройством подачи штифтов. Схема пневматическая принципиальная.

Задание: Собрать систему на лабораторном стенде по заданной схеме (рис.47) и испытать её. Дроссели необходимо настроить таким образом, чтобы шток цилиндра выдвигался и втягивался за 1 секунду.

7. Система управления устройством подачи штифтов (вариант 2).

Задание: Изменить способ управления устройством подачи штифтов. Ввести кнопку подтверждения возврата. Шток цилиндра должен втягиваться при нажатии кнопки возврата только при условии, что шток уже выдвинут (сработал конечный выключатель). Ввести дополнительную кнопку запуска. Запуск цикла может осуществляться любой из двух кнопок запуска. Вместо конечного выключателя для контроля достижения крайнего выдвинутого положения штока применить пневмогеркон.

Начертить принципиальную пневматическую схему системы. Собрать систему на лабораторном стенде и испытать её.

8. Система управления устройством подачи штифтов (вариант 3).

Задание: Изменить способ управления устройством подачи штифтов. Вместо кнопок ввести в систему переключатель с фиксацией. При включении переключателя цилиндр должен непрерывно повторять рабочий цикл – выдвижение штока, пауза 2,5 секунды, втягивание штока. Использовать два пневмогеркона для контроля крайних положений штока. Выдержку 2,5 секунды обеспечить с помощью пневматического реле времени. Время выдвижения и время втягивания установить равными 1 секунде. При выключении переключателя система должна закончить текущий цикл и после втягивания штока цилиндра новый цикл не начинать.

Начертить принципиальную пневматическую схему системы. Собрать систему на лабораторном стенде и испытать её.

9. Система управления барабаном для сварки листов.

С помощью цилиндра двустороннего действия электронагреваемая сварочная рейка прижимается к барабану и приваривает свободный конец плёнки (рис.48). Выдвижение штока цилиндра начинается после поступления сигнала от пневмокнопки. Сварочная рейка поднимается, когда достигнуто необходимое усилие прижатия. Новый цикл можно начать только после того, как шток вернулся во втянутое положение.

Рис. 48. Барабан для сварки листов.

Пневматическая принципиальная схема (рис.49).

На схеме показаны: два 3/2-распределитель с кнопочным управлением (1S1), пневмогерконы (1S2, 1S3), 5/2-распределитель с двусторонним пневматическим управлением (1V1), клапан двух давлений (1V2), регулятор давления (1V3), реле последовательности (1V4), дроссели с обратным клапаном (1V5, 1V6), манометры (1Z1, 1Z2), пневмоцилиндр двустороннего действия (1A).

Прямой ход штока начинается при выполнении двух условий: шток полностью выдвинут (определяется по срабатыванию пневмогеркона 1S2), и нажата пневмокнопка 1S1. Обратный ход штока начинается при выполнении двух условий: шток полностью выдвинут (определяется по срабатыванию пневмогеркона 1S3), и давление в поршневой полости цилиндра превысило величину уставки (определяется по срабатыванию реле давления).

Задание: Собрать систему на лабораторном стенде по заданной схеме (рис. 49) и испытать её.

Подобрать с помощью регулировочного винта максимально возможную уставку, при которой происходит гарантированное срабатывание реле давления.

Исследовать, как влияют дроссели на время нахождения штока цилиндра в выдвинутом состоянии.

Построить примерные временные диаграммы давлений Р1 и Р2 при выполнении рабочего цикла.

Рис.49. Система управления барабаном для сварки листов. Схема пневматическая принципиальная.

9. Система управления передаточной станцией.

С помощью передаточной станции (рис.50) блоки перемещаются из магазина на станцию обработки. Блоки выталкиваются из магазина цилиндром А, а затем передаются на станцию обработки цилиндром B. Система управления непрерывно повторяет рабочий цикл (рис.51) при включенном управляющем выключателе. Сначала выдвигается шток цилиндра А. При достижении конечного положения штока цилиндра A, он сразу начинает втягиваться. Шток цилиндра B начинает выдвижение после того, как шток цилиндра А вернулся в исходное положение. При достижении конечного положения штока цилиндра B, он сразу начинает втягиваться. Новый цикл начинается после паузы в 2 секунды.

Задание: Начертить пневматическую принципиальную схему системы. Собрать систему на лабораторном стенде и испытать её.

Оба цилиндра должны быть двустороннего действия. Второй цилиндр двустороннего действия взять из учебного комплекта TP-102.

Рис.50. Система управления передаточной станцией.

Рис.51. Временные диаграммы работы цилиндров в системе управления передаточной станцией.

1 В лабораторной работе использованы примеры пневматических систем и задания из сборника упражнений «Пневмоавтоматика. Основной курс TP-101». Издание Festo Didactic.

ртути, жидкость X и жидкость Y. Ни жидкость X, ни жидкость Y не смешиваются с ртутью. В какой строке сравниваются давление, оказываемое жидкостью X и жидкостью Y на ртуть, и плотность жидкости X и плотность жидкости Y?\n \n \n \n \n (A) Давление, оказываемое X и Y на ртуть – давление X больше Y. Плотности X и Y – плотность X больше Y. (B) Давление X и Y на ртуть – давление X больше Y. Плотности X и Y – плотность Y больше, чем X. (C) Давление, оказываемое X и Y на ртуть – давление X и Y одинаково. Плотности X и Y – плотность X больше, чем Y. (D) Давление, оказываемое X и Y на ртуть – давление X и Y одинаково. Плотности X и Y – плотность Y больше, чем X.

Последняя обновленная дата: 09 -й март 2023

•

Общее представление: 252,9K

•

Просмотры сегодня: 2,34K

Ответ

Проверено

, мы должны использовать закон Паскаля для давления внутри жидкости, содержащейся в сосуде. Используя это, мы можем найти требуемые соотношения между давлениями, действующими на ртуть, и плотностями двух жидкостей.

Используемая формула: Формула, используемая при решении этого вопроса, представлена ​​цифрой 9.0023  $\Rightarrow P = {P_o} + \rho gh $ , где $P$ — давление столба жидкости плотностью $\rho$ в точке, расположенной на глубине $h$, а ${P_0 } $ — атмосферное давление.

Полный пошаговый ответ
Пусть $ {h_X} $ и $ {h_Y} $ – высоты столбцов жидкости X и Y соответственно. Также пусть ${\rho _X}$ и ${\rho _Y}$ — соответствующие плотности. Для давления, оказываемого на ртуть, мы рассматриваем две точки A и B, как показано на рисунке ниже.

Из закона Паскаля мы знаем, что давления жидкости в точках, находящихся на одном уровне, равны. Таким образом, мы имеем
 $\Rightarrow {P_A} = {P_B} $
Следовательно, давление, оказываемое жидкостями X и Y на ртуть, одинаково. Теперь мы знаем, что давление столба жидкости можно записать как
 $\Rightarrow P = {P_o} + \rho gh $
Итак, из
 $ \Rightarrow {P_o} + {\rho _Y}g{h_Y} = {P_o} + {\rho _X}g{h_X} $
Вычитая ${P_0}$ с обеих сторон, получаем
 $\Rightarrow {\rho _Y}g{h_Y} = {\rho _X}g{h_X} $
Деление на $ g $ с обеих сторон
 $\Rightarrow {\rho _Y}{h_Y} = {\rho _X} {h_X} $
Разделив на $ {\rho _X}{h_Y} $ обе стороны, мы получим
 $\Rightarrow \dfrac{{{\rho _Y}}}{{{\rho _X}}} = \dfrac{ {{h_X}}}{{{h_Y}}} $ ………………………. (i)
Из рисунка на приведенном выше рисунке ясно видно, что $ {h_X} > {h_Y} $ . Итак, у нас есть
 $\Rightarrow \dfrac{{{h_X}}}{{{h_Y}}} > 1 $
Из (i) мы получаем
 $\Rightarrow \dfrac{{{\rho _Y}}}{{ {\rho _X}}} > 1 $
Или
 $\Rightarrow {\rho _Y} > {\rho _X} $
Значит, плотность жидкости Y больше плотности жидкости X.
Следовательно, правильный ответ — вариант D.

Примечание
Мы не должны пытаться сравнивать плотности, используя контраст цветов на диаграмме, приведенной в вопросе. Диаграмму можно представить в любом случае, но окончательное сравнение будет основываться только на аналитических расчетах.

9.1 Давление газа | Химия

Глава 9 Конспекты лекций

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Дать определение свойству давления
• Определение и преобразование единиц измерения давления
• Описать работу обычных приборов для измерения давления газа
• Рассчитать давление по данным манометра

Атмосфера Земли оказывает давление, как и любой другой газ. Хотя обычно мы не замечаем атмосферного давления, мы чувствительны к изменениям давления — например, когда ваши уши «хлопают» во время взлета и посадки во время полета или когда вы ныряете под воду. Давление газа обусловлено силой, действующей на молекулы газа, сталкивающиеся с поверхностями предметов (рис. 1). Хотя сила каждого столкновения очень мала, любая поверхность значительной площади испытывает большое количество столкновений за короткое время, что может привести к высокому давлению. Фактически, нормальное давление воздуха достаточно велико, чтобы раздавить металлический контейнер, если его не уравновешивает равное давление внутри контейнера.

Рисунок 1. Атмосфера над нами оказывает большое давление на объекты на поверхности земли, примерно равное весу шара для боулинга, дающего площадь размером с ноготь большого пальца человека.

Яркая иллюстрация атмосферного давления представлена ​​в этом коротком видеоролике, в котором показано, как железнодорожная цистерна взрывается при снижении внутреннего давления.

Демонстрация этого явления в меньшем масштабе кратко объясняется в следующем видео:

Атмосферное давление обусловлено весом столба молекул воздуха в атмосфере над объектом, например, автоцистерной. На уровне моря это давление примерно такое же, как у взрослого африканского слона, стоящего на коврике у двери, или у типичного шара для боулинга, лежащего на ногте большого пальца. Это может показаться огромным количеством, и это так, но жизнь на Земле развивалась под таким атмосферным давлением. Если вы на самом деле держите шар для боулинга на ногте большого пальца, испытанное давление равно 9. 0093 дважды давление обычное, а ощущение неприятное.

В общем, давление определяется как сила, действующая на заданную площадь: [latex]P=\frac{F}{A}.[/latex] Обратите внимание, что давление прямо пропорционально силе и обратно пропорционально площади . Таким образом, давление можно увеличить либо за счет увеличения силы, либо за счет уменьшения площади, на которую она воздействует; давление можно уменьшить, уменьшив силу или увеличив площадь.

Давайте применим эту концепцию, чтобы определить, кто с большей вероятностью провалится под тонкий лед на рис. 2 — слон или фигурист? Большой африканский слон может весить 7 тонн, опираясь на четыре фута, каждый из которых имеет диаметр около 1,5 фута (площадь следа 250 на 9 м).{2}[/latex]

Несмотря на то, что слон более чем в сто раз тяжелее фигуриста, он оказывает меньше половины давления и, следовательно, с меньшей вероятностью упадет на тонкий лед. С другой стороны, если фигуристка снимает коньки и стоит босиком (или в обычной обуви) на льду, большая площадь, на которую приходится ее вес, значительно снижает оказываемое давление:

[латекс]\текст{давление на человеческий фут} = 120 \ frac {\ text {lb}} {\ text {фигурист}} \ times \ frac {\ text {1 фигурист}}} {\ text {2 фута}} \ times \ frac {\ text {1 фут}} {30 {\ текст {дюйм}} ^ {2}} = 2 {\ текст {фунт/дюйм}} ^ {2} [/латекс]

Рисунок 2. Хотя (а) вес слона велик, создавая очень большую силу на землю, (б) фигуристка оказывает гораздо большее давление на лед из-за малой площади поверхности ее коньков. (кредит a: модификация работы Гвидо да Роззе; кредит b: модификация работы Рёске Яги)

Единицей давления в системе СИ является паскаль (Па) , где 1 Па = 1 Н/м ² , где N — ньютон, единица силы, определяемая как 1 кг м/с ² . Один паскаль — это небольшое давление; во многих случаях удобнее использовать единицы измерения килопаскаль (1 кПа = 1000 Па) или бар (1 бар = 100 000 Па). В Соединенных Штатах давление часто измеряется в фунтах силы на площади в один квадратный дюйм — фунтов на квадратный дюйм (psi) — например, в автомобильных шинах. Давление также можно измерить с помощью единицы атмосферы (атм) , которая первоначально представляла собой среднее атмосферное давление на уровне моря приблизительно на широте Парижа (45°). В Таблице 1 представлена ​​некоторая информация об этих и некоторых других распространенных единицах измерения давления

The next unit name is bar, and it is abbreviated as bar or b. The definition or relation to other unit is 1 bar equals 100,000 P a exactly and commonly used in meteorology. The next unit name is millibar, and it is abbreviated as m b a r or m b. The definition or relation to other unit is 1000 m b a r equals one bar. The next unit name is inches of mercury, and it is abbreviated as i n period, H g. The definition or relation to other unit is one i n period H g equals 3386 P a and is used by the aviation industry and also some weather reports. The next unit is torr. The definition or relation to other unit is 1 torr equals 1 over 760 a t m and named after Evangelista Torricelli, inventor of the barometer. The last unit name is millimeters of mercury, and it is abbreviated as m m H g. The definition or relation to other unit is 1 m m H g is approximately 1 torr.”>.

Таблица 1. Единицы давления
Наименование и сокращение блока	Определение или связь с другим блоком
паскаль (Па)	1 Па = 1 Н/м 2 рекомендуемая единица IUPAC
килопаскаль (кПа)	1 кПа = 1000 Па
фунтов на квадратный дюйм (psi)	давление воздуха на уровне моря составляет ~14,7 фунтов на квадратный дюйм
атмосфера (атм)	1 атм = 101 325 Па атмосферное давление на уровне моря ~1 атм
бар (бар или б)	1 бар = 100 000 Па (точно) обычно используется в метеорологии
миллибар (мбар или мб)	1000 мбар = 1 бар
дюймов ртутного столба (дюйм рт. ст.)	1 дюйм ртутного столба = 3386 Па используется в авиационной промышленности, а также в некоторых прогнозах погоды
торр	[латекс]\текст{1 торр}=\фракция{\текст{1}}{\текст{760}}\текст{атм}[/латекс] назван в честь Евангелисты Торричелли, изобретателя барометра
миллиметры ртутного столба (мм рт. ст.)	1 мм рт.ст. ~1 торр

Пример 1: Преобразование единиц давления

Национальная метеорологическая служба США сообщает о давлении как в дюймах ртутного столба, так и в миллибарах. Преобразуйте давление 29,2 дюйма ртутного столба в:

1. торр
2. атм
3. кПа
4. мбар

Показать ответ

Проверьте свои знания

Типичное атмосферное давление в Канзас-Сити составляет 740 торр. Чему равно это давление в атмосферах, миллиметрах ртутного столба, килопаскалях и барах?

Показать ответ

Мы можем измерить атмосферное давление, силу, оказываемую атмосферой на земную поверхность, с помощью барометра (рис. 3). Барометр представляет собой стеклянную трубку, которая закрыта с одного конца и заполнена нелетучей жидкостью, такой как ртуть, а затем перевернута и погружена в сосуд с этой жидкостью. Атмосфера давит на жидкость вне трубки, столб жидкости давит внутри трубки, а давление на поверхности жидкости внутри и снаружи трубки одинаково. Таким образом, высота жидкости в трубке пропорциональна давлению атмосферы.

Рис. 3. В барометре высота h столба жидкости используется для измерения атмосферного давления. Использование очень плотной жидкой ртути (слева) позволяет создавать барометры разумного размера, тогда как использование воды (справа) потребует барометра высотой более 30 футов.

Если жидкостью является вода, нормальное атмосферное давление будет поддерживать столб воды высотой более 10 метров, что довольно неудобно для изготовления (и считывания) барометра. Поскольку ртуть (Hg) примерно в 13,6 раза плотнее воды, ртутный барометр должен быть только в [латекс]\frac{1}{13,6}[/латекс] высотой с водяной барометр — более подходящего размера. Стандартное атмосферное давление 1 атм на уровне моря (101 325 Па) соответствует ртутному столбу высотой около 760 мм (290,92 дюйма) в высоту. Первоначально предполагалось, что торр будет единицей, равной одному миллиметру ртутного столба, но больше не соответствует точно. Давление, создаваемое жидкостью под действием силы тяжести, известно как гидростатическое давление , p :

[латекс]p=h\rho g[/латекс]

, где h — высота жидкости, ρ — плотность жидкости, а g — ускорение свободного падения.

Пример 2: расчет барометрического давления

Приведите расчет, подтверждающий утверждение о том, что атмосферное давление на уровне моря соответствует давлению столба ртути высотой около 760 мм. Плотность ртути = 13,6 г/см ³ .

Показать ответ

Проверьте свои знания

Рассчитайте высоту столба воды при температуре 25 °C, что соответствует нормальному атмосферному давлению. Плотность воды при этой температуре составляет 1,0 г/см 90 101 3 90 102 .

Показать ответ

Манометр — это устройство, похожее на барометр, которое можно использовать для измерения давления газа, находящегося в контейнере. Манометр с закрытым концом представляет собой U-образную трубку с одним закрытым плечом, другое плечо, которое соединяется с измеряемым газом, и нелетучей жидкостью (обычно ртутью) между ними. Как и в барометре, расстояние между уровнями жидкости в двух ответвлениях трубки ( ч на диаграмме) пропорционально давлению газа в сосуде. Манометр с открытым концом (рис. 4) аналогичен манометру с закрытым концом, но одно его плечо открыто в атмосферу. В этом случае расстояние между уровнями жидкости соответствует разнице давлений между газом в сосуде и атмосферой.

Рис. 4. Манометр можно использовать для измерения давления газа. (Разница) высоты между уровнями жидкости (h) является мерой давления. Ртуть обычно используется из-за ее большой плотности.

Пример 3: расчет давления с помощью манометра с закрытым концом

Давление пробы газа измеряется с помощью манометра с закрытым концом, как показано ниже.

Жидкость в манометре – ртуть. Определить давление газа в:

1. торр
2. Па
3. бар

Показать ответ

Проверьте свои знания

Давление образца газа измеряется манометром с закрытым концом. Жидкость в манометре – ртуть.

Определить давление газа в:

1. торр
2. Па
3. бар

Показать ответ

Пример 4: Расчет давления с помощью манометра с открытым концом

Давление пробы газа измеряется на уровне моря ртутным манометром с открытым концом, как показано ниже.

Определить давление газа в:

1. мм рт.ст.
2. атм
3. кПа

Показать ответ

Проверьте свои знания

Давление образца газа измеряется на уровне моря ртутным манометром с открытым концом, как показано ниже.

Определить давление газа в:

1. мм рт.ст.
2. атм
3. кПа

Показать ответ

Упражнения

1. Давление пробы газа измеряется на уровне моря манометром с закрытым концом. Жидкость в манометре – ртуть.
   
   Определить давление газа в:
   1. торр
   2. Па
   3. бар
2. Давление пробы газа измеряется открытым манометром, частично показанным справа. Жидкость в манометре – ртуть.
   
   При условии, что атмосферное давление равно 29,92 дюйма ртутного столба, определить давление газа в:
   1. торр
   2. Па
   3. бар
3. Давление образца газа измеряется на уровне моря ртутным манометром с открытым концом.
   
   Приняв атмосферное давление равным 760,0 мм рт. ст., определить давление газа в:
   1. мм рт.ст.
   2. атм
   3. кПа
4. Давление образца газа измеряется на уровне моря ртутным манометром с открытым концом.
   
   Принимая атмосферное давление равным 760 мм ртутного столба, определить давление газа в:
   1. мм рт.ст.
   2. атм
   3. кПа

Показать выбранный ответ

Измерение артериального давления

Артериальное давление измеряется с помощью устройства, называемого сфигмоманометром (греч. sphygmos = «пульс»). Он состоит из надувной манжеты для ограничения кровотока, манометра для измерения давления и метода определения момента начала кровотока и момента, когда он становится затрудненным (рис. 5). С момента своего изобретения в 1881 году он был незаменимым медицинским устройством. Существует много типов сфигмоманометров: ручные, для которых требуется стетоскоп и которые используются медицинскими работниками; ртутные, используемые, когда требуется наибольшая точность; менее точные механические; и цифровые, которые можно использовать с небольшой подготовкой, но которые имеют ограничения. При использовании сфигмоманометра манжету надевают на плечо и надувают до полной блокировки кровотока, затем медленно отпускают. Когда сердце бьется, кровь, проталкиваемая по артериям, вызывает повышение давления. Это повышение давления, при котором начинается кровоток, является систолическое давление — пиковое давление в сердечном цикле. Когда давление в манжете равно артериальному систолическому давлению, кровь течет мимо манжеты, создавая слышимые звуки, которые можно услышать с помощью стетоскопа. За этим следует снижение давления, поскольку желудочки сердца готовятся к следующему сокращению. По мере того как давление в манжете продолжает снижаться, в конце концов звук перестает быть слышимым; это диастолическое давление — самое низкое давление (фаза покоя) в сердечном цикле. Единицы измерения артериального давления сфигмоманометра выражены в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.).

Рис. 5. (a) Медицинский техник готовится измерить артериальное давление пациента с помощью сфигмоманометра. (b) В типичном сфигмоманометре используется резиновая груша с клапаном для надувания манжеты и манометр с диафрагмой для измерения давления. (кредит a: модификация работы старшего сержанта Джеффри Аллена)

Метеорология, климатология и наука об атмосфере

На протяжении веков люди наблюдали за облаками, ветрами и осадками, пытаясь различить закономерности и сделать прогнозы: когда они лучше всего сажать и собирать урожай; безопасно ли отправляться в морское путешествие; и многое другое. Сейчас мы сталкиваемся со сложными проблемами, связанными с погодой и атмосферой, которые окажут серьезное влияние на нашу цивилизацию и экосистему. Несколько различных научных дисциплин используют химические принципы, чтобы помочь нам лучше понять погоду, атмосферу и климат. Это метеорология, климатология и наука об атмосфере. Метеорология изучает атмосферу, атмосферные явления и влияние атмосферы на погоду на Земле. Метеорологи стремятся понять и предсказать погоду в краткосрочной перспективе, что может спасти жизни и принести пользу экономике. Прогнозы погоды (рис. 6) являются результатом тысяч измерений атмосферного давления, температуры и т. п., которые компилируются, моделируются и анализируются в метеорологических центрах по всему миру.

Рисунок 6. Метеорологи используют карты погоды для описания и предсказания погоды. Области высокого (H) и низкого (L) давления оказывают большое влияние на погодные условия. Серые линии представляют места постоянного давления, известные как изобары. (кредит: модификация работы Национального управления океанических и атмосферных исследований)

С точки зрения погоды, системы низкого давления возникают, когда атмосферное давление на поверхности земли ниже, чем в окружающей среде: влажный воздух поднимается и конденсируется, образуя облака. Движение влаги и воздуха в пределах различных погодных фронтов провоцирует большинство погодных явлений.

Атмосфера — это газовый слой, окружающий планету. Атмосфера Земли, толщина которой составляет примерно 100–125 км, состоит примерно из 78,1% азота и 21,0% кислорода, и ее можно разделить на области, показанные на рисунке 7: экзосфера (наиболее удаленная от Земли,> 700 км над уровнем моря) , термосфера (80–700 км), мезосфера (50–80 км), стратосфера (второй нижний уровень нашей атмосферы, 12–50 км над уровнем моря) и тропосфера (до 12 км над уровнем моря, примерно 80% земной атмосферы по массе и слой, в котором происходит большинство погодных явлений). По мере того, как вы поднимаетесь выше в тропосфере, плотность воздуха и температура уменьшаются.

Рис. 7. Атмосфера Земли состоит из пяти слоев: тропосферы, стратосферы, мезосферы, термосферы и экзосферы.

Климатология – это изучение климата, усредненных погодных условий за длительные периоды времени с использованием атмосферных данных. Однако климатологи изучают модели и эффекты, которые происходят в течение десятилетий, столетий и тысячелетий, а не более короткие временные рамки часов, дней и недель, как метеорологи. Наука об атмосфере — еще более широкая область, объединяющая метеорологию, климатологию и другие научные дисциплины, изучающие атмосферу.

Ключевые понятия и резюме

Газы оказывают давление, которое представляет собой силу на единицу площади. Давление газа может быть выражено в единицах СИ паскаль или килопаскаль, а также во многих других единицах, включая торр, атмосферу и бар. Атмосферное давление измеряется с помощью барометра; другие давления газа могут быть измерены с использованием одного из нескольких типов манометров.

Ключевые уравнения

• [латекс]P=\frac{F}{A}[/латекс]
• р = л.с.г

Упражнения

1. Почему острые ножи более эффективны, чем тупые (Подсказка: подумайте об определении давления)?
2. Почему для некоторых небольших мостов установлены ограничения по весу, которые зависят от количества колес или осей транспортного средства, пересекающего их?
3. Почему лучше кататься или ползти на животе, чем идти по тонко замерзшему пруду?
4. Типичное атмосферное давление в Реддинге, штат Калифорния, составляет около 750 мм рт. Вычислите это давление в атм и кПа.
5. Типичное атмосферное давление в Денвере, штат Колорадо, составляет 615 мм рт. Чему равно это давление в атмосферах и килопаскалях?
6. Типичное атмосферное давление в Канзас-Сити составляет 740 торр. Чему равно это давление в атмосферах, миллиметрах ртутного столба и килопаскалях?
Канадские манометры
7. имеют маркировку в килопаскалях. Какое показание на таком манометре соответствует 32 фунтам на квадратный дюйм?
8. Во время высадки «Викинга» на Марс атмосферное давление было определено в среднем около 6,50 мбар (1 бар = 0,987 атм). Каково это давление в торр и кПа?
9. Давление атмосферы на поверхность планеты Венера составляет около 88,8 атм. Сравните это давление в фунтах на квадратный дюйм с нормальным давлением на земле на уровне моря в фунтах на квадратный дюйм.
10. В каталоге медицинской лаборатории давление в баллоне с газом указано как 14,82 МПа. Каково давление этого газа в атмосферах и торр?
11. Рассмотрите этот сценарий и ответьте на следующие вопросы: В середине августа на северо-востоке США в местной газете появилась следующая информация: атмосферное давление на уровне моря 290,97 дюйма, 1013,9 мбар.
    1. Каким было давление в кПа?
    2. Давление у побережья на северо-востоке США обычно составляет около 30,0 дюймов ртутного столба. Во время урагана давление может упасть примерно до 28,0 дюймов ртутного столба.