Instalațiile sanitare, s-ar părea, nu oferă prea multe motive pentru a pătrunde în jungla tehnologiilor, mecanismelor, pentru a se angaja în calcule scrupuloase pentru a construi cele mai complexe scheme. Dar o astfel de viziune este o privire superficială asupra instalațiilor sanitare. Adevărata industria sanitară nu este deloc inferioară în ceea ce privește complexitatea proceselor și, ca multe alte industrii, necesită o abordare profesională. La rândul său, profesionalismul este un depozit solid de cunoștințe pe care se bazează instalațiile sanitare. Să ne afundăm (deși nu prea adânc) în fluxul de instruire în instalații sanitare pentru a ne apropia cu un pas de statutul profesional de instalator.

Baza fundamentală a hidraulicii moderne s-a format atunci când Blaise Pascal a reușit să descopere că acțiunea presiunii fluidului este invariabilă în orice direcție. Acțiunea presiunii lichidului este direcționată în unghi drept față de suprafața.

Dacă un dispozitiv de măsurare (manometru) este plasat sub un strat de lichid la o anumită adâncime și elementul său sensibil este îndreptat în direcții diferite, valorile presiunii vor rămâne neschimbate în orice poziție a manometrului.

Adică presiunea lichidului nu depinde de schimbarea direcției. Dar presiunea fluidului la fiecare nivel depinde de parametrul de adâncime. Dacă manometrul este mutat mai aproape de suprafața lichidului, citirea va scădea.

În consecință, atunci când este scufundat, citirile măsurate vor crește. Mai mult, în condiții de dublare a adâncimii, se va dubla și parametrul de presiune.

Legea lui Pascal demonstrează clar efectul presiunii apei în cele mai familiare condiții pentru viața modernă.

Prin urmare, ori de câte ori este dată viteza fluidului, o parte din presiunea sa statică inițială este utilizată pentru a organiza această viteză, care mai târziu există ca o viteză de presiune.

Volumul și debitul

Volumul de lichid care trece printr-un anumit punct la un moment dat este considerat debit volumic sau debit. Volumul debitului este de obicei exprimat în litri pe minut (L/min) și este legat de presiunea relativă a fluidului. De exemplu, 10 litri pe minut la 2,7 atm.

Debitul (viteza fluidului) este definită ca viteza medie la care fluidul trece printr-un punct dat. Exprimat de obicei în metri pe secundă (m/s) sau în metri pe minut (m/min). Debitul este un factor important în dimensionarea liniilor hidraulice.

Volumul și debitul fluidului sunt considerate în mod tradițional indicatori „corelați”. Cu aceeași cantitate de transmisie, viteza poate varia în funcție de secțiunea transversală a pasajului

Volumul și debitul sunt adesea luate în considerare simultan. Ceteris paribus (cu același volum de intrare), debitul crește pe măsură ce secțiunea sau dimensiunea conductei scade, iar debitul scade pe măsură ce secțiunea crește.

Astfel, se remarcă o încetinire a debitului în părțile largi ale conductelor, iar în locuri înguste, dimpotrivă, viteza crește. În același timp, volumul de apă care trece prin fiecare dintre aceste puncte de control rămâne neschimbat.

principiul Bernoulli

Cunoscutul principiu Bernoulli este construit pe logica că creșterea (scăderea) presiunii unui fluid fluid este întotdeauna însoțită de o scădere (creștere) a vitezei. În schimb, o creștere (scădere) a vitezei fluidului duce la o scădere (creștere) a presiunii.

Acest principiu stă la baza unui număr de fenomene de instalații sanitare familiare. Ca un exemplu banal, principiul lui Bernoulli este „vinovat” că a făcut ca perdeaua de duș să se „tragă” atunci când utilizatorul deschide apa.

Diferența de presiune în exterior și în interior provoacă o forță asupra perdelei de duș. Cu această forță, perdeaua este trasă spre interior.

Un alt exemplu bun este o sticlă cu spray de parfum, în care o zonă de presiune scăzută este creată de viteza mare a aerului. Aerul transportă lichid cu el.

Principiul lui Bernoulli pentru o aripă de avion: 1 - presiune joasă; 2 - presiune mare; 3 - curgere rapidă; 4 - curgere lent; 5 - aripa

Principiul lui Bernoulli arată, de asemenea, de ce ferestrele unei case tind să se spargă spontan în timpul uraganelor. În astfel de cazuri, viteza extrem de mare a aerului din exteriorul ferestrei face ca presiunea din exterior să devină mult mai mică decât presiunea din interior, unde aerul rămâne practic nemișcat.

Diferența semnificativă de forță împinge pur și simplu ferestrele spre exterior, provocând spargerea sticlei. Deci, atunci când se apropie un uragan major, ar trebui să deschideți ferestrele cât mai larg posibil pentru a egaliza presiunea în interiorul și exteriorul clădirii.

Și încă câteva exemple când funcționează principiul Bernoulli: ridicarea unui avion cu zborul ulterior datorită aripilor și mișcării „mingilor curbate” în baseball.

În ambele cazuri, se creează o diferență în viteza aerului care trece pe lângă obiectul de sus și de jos. Pentru aripile aeronavelor, diferența de viteză este creată de mișcarea flapurilor, la baseball, de prezența unei margini ondulate.

practica de instalatii sanitare la domiciliu

Lichidele și gazele transmit în toate direcțiile nu numai presiunea exterioară exercitată asupra lor, ci și presiunea care există în interiorul lor datorită greutății propriilor părți. Straturile superioare ale lichidului presează pe cele din mijloc, cele de pe cele inferioare, iar ultimele pe cele de jos.

Presiunea exercitată de un fluid în repaus se numește hidrostatic.

Obținem o formulă pentru calcularea presiunii hidrostatice a unui lichid la o adâncime arbitrară h (în vecinătatea punctului A din figura 98). Forța de presiune care acționează în acest loc din coloana verticală îngustă de lichid de deasupra poate fi exprimată în două moduri:
în primul rând, ca produs dintre presiunea de la baza acestei stâlpi și aria secțiunii sale transversale:

F = pS;

în al doilea rând, ca greutatea aceleiași coloane de lichid, adică produsul dintre masa lichidului (care poate fi găsită prin formula m = ρV, unde volumul este V = Sh) și accelerația gravitațională g:

F = mg = ρShg .

Să echivalăm ambele expresii pentru forța de presiune:

pS = ρShg .

Împărțind ambele părți ale acestei ecuații la aria S, găsim presiunea fluidului la adâncimea h:

p = rgh. (37.1)

Avem formula presiunii hidrostatice. Presiunea hidrostatică la orice adâncime în interiorul unui lichid nu depinde de forma vasului în care se află lichidul și este egală cu produsul dintre densitatea lichidului, accelerația gravitațională și adâncimea la care se consideră presiunea. .

Aceeași cantitate de apă, aflându-se în vase diferite, poate exercita o presiune diferită pe fund. Deoarece această presiune depinde de înălțimea coloanei de lichid, ea va fi mai mare în vasele înguste decât în ​​cele late. Datorită acestui fapt, chiar și o cantitate mică de apă poate crea o presiune foarte mare. În 1648, B. Pascal a demonstrat acest lucru foarte convingător. A introdus un tub îngust într-un butoi închis, umplut cu apă și, urcând la balconul de la etajul doi al casei, a turnat o cană cu apă în acest tub. Datorită grosimii mici a tubului, apa din acesta s-a ridicat la o înălțime mare, iar presiunea din butoi a crescut atât de mult încât elementele de fixare ale butoiului nu l-au putut suporta și a crăpat (Fig. 99).
Rezultatele noastre sunt valabile nu numai pentru lichide, ci și pentru gaze. Straturile lor se apasă unul pe celălalt și, prin urmare, au și presiune hidrostatică.

1. Ce presiune se numește hidrostatică? 2. De ce cantități depinde această presiune? 3. Deduceți formula pentru presiunea hidrostatică la o adâncime arbitrară. 4. Cum poți crea multă presiune cu o cantitate mică de apă? Povestește-ne despre experiența lui Pascal.
Sarcina experimentală. Luați un vas înalt și faceți trei găuri mici în peretele lui la înălțimi diferite. Închideți găurile cu plastilină și umpleți vasul cu apă. Deschideți găurile și urmăriți jeturile de apă care curge (Fig. 100). De ce se scurge apa din găuri? Ce înseamnă că presiunea apei crește odată cu adâncimea?

Luați în considerare cum puteți calcula presiunea unui lichid pe fundul și pereții unui vas. Vom rezolva mai întâi problema cu date numerice. Rezervorul dreptunghiular este umplut cu apă (Fig. 96). Suprafața fundului rezervorului este de 16 m2, înălțimea sa este de 5 m. Să determinăm presiunea apei în partea de jos a rezervorului.

Forța cu care apa apasă pe fundul vasului este egală cu greutatea unei coloane de apă de 5 m înălțime și cu o suprafață de bază de 16 m2, cu alte cuvinte, această forță este egală cu greutatea tuturor apă în rezervor.

Pentru a afla greutatea apei, trebuie să-i cunoașteți masa. Masa apei poate fi calculată din volum și densitate. Să găsim volumul de apă din rezervor înmulțind aria fundului rezervorului cu înălțimea acestuia: V= 16 m2*5 m=80 m3. Acum să determinăm masa apei, pentru aceasta înmulțim densitatea p = 1000 kg/m3 cu volumul: m = 1000 kg/m3 * 80 m3 = 80.000 kg. Știm că pentru a determina greutatea unui corp, este necesar să-i înmulțim masa cu 9,8 N/kg, deoarece un corp care cântărește 1 kg cântărește 9,8 N.

Prin urmare, greutatea apei din rezervor este P = 9,8 N/kg * 80.000 kg ≈ 800.000 N. Cu o asemenea forță, apa apasă pe fundul rezervorului.

Împărțind greutatea apei la aria fundului rezervorului, găsim presiunea p :

p \u003d 800000 H / 16 m2 \u003d 50.000 Pa \u003d 50 kPa.

Presiunea lichidului din fundul vasului poate fi calculată folosind formula, care este mult mai simplă. Pentru a deriva această formulă, să revenim la problemă, dar să o rezolvăm doar într-un mod general.

Să notăm înălțimea coloanei de lichid din vas cu litera h și zona fundului vasului S.

Volumul coloanei de lichid V=SH.

Masa lichida t= pV sau m = pH.

Greutatea acestui lichid P=gm, sau P=gpSh.

Deoarece greutatea coloanei de lichid este egală cu forța cu care lichidul apasă pe fundul vasului, atunci, împărțind greutatea P Spre piata S, face presiune R:

p = P/S sau p = gpSh/S

p=gph.

Am obținut o formulă pentru calcularea presiunii unui lichid pe fundul unui vas. Din această formulă se poate observa că Presiunea unui lichid la fundul unui vas este direct proporțională cu densitatea și înălțimea coloanei de lichid.

Folosind această formulă, se poate calcula și presiunea pe pereți, vas, precum și presiunea din interiorul lichidului, inclusiv presiunea de jos în sus, deoarece presiunea la aceeași adâncime este aceeași în toate direcțiile.

Când se calculează presiunea folosind formula:

p=gph

este necesar să se exprime densitatea p în kilograme pe metru cub (kg / m3) și înălțimea coloanei de lichid h- în metri (m), g\u003d 9,8 N / kg, atunci presiunea va fi exprimată în pascali (Pa).

Exemplu. Determinați presiunea uleiului în fundul rezervorului dacă înălțimea coloanei de ulei este de 10 m și densitatea acesteia este de 800 kg/m3.

Întrebări. 1. De ce cantități depinde presiunea lichidului din fundul vasului? 2. Cum depinde presiunea lichidului pe fundul vasului de înălțimea coloanei de lichid? 3 . Cum depinde presiunea unui lichid pe fundul unui vas de densitatea lichidului? 4. Ce cantități trebuie să cunoașteți pentru a calcula presiunea unui lichid pe pereții unui vas? 5. Ce formulă se utilizează pentru a calcula presiunea unui lichid pe fundul și pereții unui vas?

Exerciții. 1. Determinați presiunea la o adâncime de 0,6 m în apă, kerosen, mercur. 2. Calculați presiunea apei la fundul uneia dintre cele mai adânci șanțuri marine, a cărei adâncime este de 10.900 m, densitatea apei de mare este de 1030 kg/m3. 3. Figura 97 prezintă o cameră de fotbal conectată la un tub de sticlă vertical. . Există apă în cameră și tub. Pe cameră se pune o farfurie, iar pe ea este o greutate de 5 kg. Înălțimea coloanei de apă din tub este de 1 m. Determinați zona de contact dintre scândură și cameră.

Sarcini. 1. Luați un vas înalt. Pe suprafața laterală a acestuia în linie dreaptă, la diferite înălțimi față de partea de jos, faceți trei găuri mici. Închideți găurile cu chibrituri și turnați apă în vas până sus. Deschideți găurile și urmăriți scurgerea apei care curge (Fig. 98). Răspundeți la întrebări: de ce curge apa din găuri? Ce înseamnă că presiunea crește odată cu adâncimea? 2. Citiți paragrafele de la sfârșitul manualului „Paradoxul hidrostatic. Experiența lui Pascal”, „Presiunea pe fundul mărilor și oceanelor. Explorarea adâncimii mării.

Presiunea este o mărime fizică care joacă un rol deosebit în natură și viața umană. Acest fenomen, insesizabil pentru ochi, nu afectează doar starea mediului, ci este și foarte bine simțit de toată lumea. Să ne dăm seama ce este, ce tipuri există și cum să găsim presiunea (formula) în diferite medii.

Ceea ce se numește presiune în fizică și chimie

Acest termen se referă la o mărime termodinamică importantă, care este exprimată ca raport dintre forța de presiune exercitată perpendicular și suprafața pe care acționează. Acest fenomen nu depinde de dimensiunea sistemului în care funcționează și, prin urmare, se referă la cantități intensive.

Într-o stare de echilibru, presiunea este aceeași pentru toate punctele din sistem.

În fizică și chimie, acest lucru este notat cu litera "P", care este o abreviere pentru numele latin al termenului - pressūra.

Dacă vorbim despre presiunea osmotică a unui lichid (echilibrul dintre presiunea din interiorul și din exteriorul celulei), se folosește litera „P”.

Unități de presiune

Conform standardelor sistemului SI internațional, fenomenul fizic luat în considerare se măsoară în pascali (în chirilic - Pa, în latină - Ra).

Pe baza formulei de presiune, se dovedește că un Pa este egal cu un N (newton - împărțit la un metru pătrat (o unitate de suprafață).

Cu toate acestea, în practică, este destul de dificil să folosiți pascali, deoarece această unitate este foarte mică. În acest sens, pe lângă standardele sistemului SI, această valoare poate fi măsurată într-un mod diferit.

Mai jos sunt cei mai faimoși analogi ai săi. Cele mai multe dintre ele sunt utilizate pe scară largă în fosta URSS.

• baruri. Un bar este egal cu 105 Pa.
• Torres, sau milimetrii de mercur. Aproximativ un Torr corespunde la 133,3223684 Pa.
• milimetri de coloană de apă.
• Metri de coloană de apă.
• atmosfere tehnice.
• atmosfere fizice. Un atm este egal cu 101.325 Pa și 1,033233 at.
• Kilogram-forță pe centimetru pătrat. Există, de asemenea, tonă-forță și gram-forță. În plus, există o liră-forță analogică pe inch pătrat.

Formula generală de presiune (fizică clasa a VII-a)

Din definirea unei mărimi fizice date, se poate determina metoda de găsire a acesteia. Arată ca în fotografia de mai jos.

În ea, F este forța, iar S este aria. Cu alte cuvinte, formula pentru găsirea presiunii este forța sa împărțită la suprafața pe care acționează.

Se mai poate scrie astfel: P = mg / S sau P = pVg / S. Astfel, această mărime fizică este legată de alte variabile termodinamice: volum și masă.

Pentru presiune se aplică următorul principiu: cu cât spațiul afectat de forță este mai mic, cu atât este mai mare forța de apăsare pe care o are. Dacă totuși aria crește (cu aceeași forță) - valoarea dorită scade.

Formula presiunii hidrostatice

Diferitele stări agregate ale substanțelor asigură prezența proprietăților lor care sunt diferite unele de altele. Pe baza acestui fapt, metodele de determinare a P în ele vor fi și ele diferite.

De exemplu, formula pentru presiunea apei (hidrostatică) arată astfel: P = pgh. Se aplică și gazelor. În același timp, nu poate fi folosită pentru calcularea presiunii atmosferice, din cauza diferenței de altitudini și densități ale aerului.

În această formulă, p este densitatea, g este accelerația gravitațională și h este înălțimea. Pe baza acestui fapt, cu cât obiectul sau obiectul se scufundă mai adânc, cu atât presiunea exercitată asupra acestuia în interiorul lichidului (gazului) este mai mare.

Varianta luată în considerare este o adaptare a exemplului clasic P = F / S.

Dacă ne amintim că forța este egală cu derivata masei prin viteza de cădere liberă (F = mg), iar masa lichidului este derivata volumului prin densitate (m = pV), atunci formula presiunii poate fi scris ca P = pVg / S. În acest caz, volumul este aria înmulțită cu înălțimea (V = Sh).

Dacă introduceți aceste date, se dovedește că aria din numărător și numitor poate fi redusă, iar rezultatul este formula de mai sus: P \u003d pgh.

Având în vedere presiunea din lichide, merită să ne amintim că, spre deosebire de solide, curbura stratului de suprafață este adesea posibilă în ele. Și aceasta, la rândul său, contribuie la formarea unei presiuni suplimentare.

Pentru astfel de situații, se utilizează o formulă de presiune ușor diferită: P \u003d P 0 + 2QH. În acest caz, P 0 este presiunea unui strat necurbat, iar Q este suprafața de tensiune a lichidului. H este curbura medie a suprafeței, care este determinată de Legea lui Laplace: H \u003d ½ (1 / R 1 + 1 / R 2). Componentele R1 și R2 sunt razele curburii principale.

Presiunea parțială și formula ei

Deși metoda P = pgh este aplicabilă atât lichidelor, cât și gazelor, este mai bine să calculați presiunea în acestea din urmă într-un mod ușor diferit.

Cert este că în natură, de regulă, substanțele absolut pure nu sunt foarte comune, deoarece în ea predomină amestecurile. Și acest lucru se aplică nu numai lichidelor, ci și gazelor. Și după cum știți, fiecare dintre aceste componente exercită o presiune diferită, numită presiune parțială.

Este destul de ușor de definit. Este egală cu suma presiunii fiecărui component al amestecului luat în considerare (gazul ideal).

Din aceasta rezultă că formula presiunii parțiale arată astfel: P \u003d P 1 + P 2 + P 3 ... și așa mai departe, în funcție de numărul de componente constitutive.

Există adesea cazuri când este necesar să se determine presiunea aerului. Cu toate acestea, unii efectuează în mod eronat calcule numai cu oxigen conform schemei P = pgh. Dar aerul este un amestec de gaze diferite. Conține azot, argon, oxigen și alte substanțe. Pe baza situației actuale, formula presiunii aerului este suma presiunilor tuturor componentelor sale. Deci, ar trebui să luați P \u003d P 1 + P 2 + P 3 menționat mai sus ...

Cele mai comune instrumente pentru măsurarea presiunii

În ciuda faptului că nu este dificil să se calculeze cantitatea termodinamică luată în considerare folosind formulele de mai sus, uneori pur și simplu nu există timp pentru a efectua calculul. La urma urmei, trebuie să țineți întotdeauna cont de numeroase nuanțe. Prin urmare, pentru comoditate, o serie de dispozitive au fost dezvoltate de-a lungul mai multor secole pentru a face acest lucru în locul oamenilor.

De fapt, aproape toate dispozitivele de acest fel sunt soiuri de manometru (ajută la determinarea presiunii în gaze și lichide). Cu toate acestea, ele diferă în ceea ce privește designul, precizia și domeniul de aplicare.

• Presiunea atmosferică este măsurată cu ajutorul unui manometru numit barometru. Dacă este necesar să se determine vidul (adică presiunea sub presiunea atmosferică), se folosește o altă versiune a acestuia, un vacuometru.
• Pentru a afla tensiunea arterială la o persoană, se folosește un tensiometru. Pentru majoritatea, este mai bine cunoscut ca un tonometru non-invaziv. Există multe varietăți de astfel de dispozitive: de la mecanice cu mercur până la digitale complet automate. Precizia lor depinde de materialele din care sunt fabricate și de locul măsurării.
• Scăderile de presiune din mediu (în engleză - căderea de presiune) se determină cu ajutorul sau difnamometrelor (a nu se confunda cu dinamometre).

Tipuri de presiune

Având în vedere presiunea, formula pentru găsirea acesteia și variațiile sale pentru diferite substanțe, merită să înveți despre varietățile acestei cantități. Sunt cinci.

• Absolut.
• barometrică
• Exces.
• Vid.
• Diferenţial.

Absolut

Acesta este denumirea presiunii totale sub care se află o substanță sau un obiect, fără a ține cont de influența altor componente gazoase ale atmosferei.

Se măsoară în pascali și este suma excesului și a presiunii atmosferice. Este, de asemenea, diferența dintre tipurile barometrice și cele cu vid.

Se calculează prin formula P = P 2 + P 3 sau P = P 2 - P 4.

Pentru punctul de referință pentru presiunea absolută în condițiile planetei Pământ, se ia presiunea din interiorul recipientului din care este îndepărtat aerul (adică vidul clasic).

Doar acest tip de presiune este folosit în majoritatea formulelor termodinamice.

barometrică

Acest termen se referă la presiunea atmosferei (gravitația) asupra tuturor obiectelor și obiectelor găsite în ea, inclusiv suprafața Pământului însuși. Majoritatea oamenilor îl cunosc și sub denumirea de atmosferică.

Se face referire la el și valoarea sa variază în funcție de locul și momentul măsurării, precum și de condițiile meteorologice și de situația deasupra/sub nivelul mării.

Valoarea presiunii barometrice este egală cu modulul forței atmosferei pe unitatea de suprafață de-a lungul normalei acesteia.

Într-o atmosferă stabilă, magnitudinea acestui fenomen fizic este egală cu greutatea unei coloane de aer pe o bază cu o suprafață egală cu unu.

Norma de presiune barometrică este de 101.325 Pa (760 mm Hg la 0 grade Celsius). Mai mult, cu cât obiectul este mai sus de suprafața Pământului, cu atât presiunea aerului asupra acestuia devine mai mică. La fiecare 8 km scade cu 100 Pa.

Datorită acestei proprietăți, la munte, apa din ibric fierbe mult mai repede decât acasă pe aragaz. Cert este că presiunea afectează punctul de fierbere: odată cu scăderea acestuia, acesta din urmă scade. Si invers. Lucrarea unor astfel de aparate de bucătărie precum oala sub presiune și o autoclavă este construită pe această proprietate. Creșterea presiunii în interiorul lor contribuie la formarea unor temperaturi mai ridicate în vase decât în ​​tigăile obișnuite de pe aragaz.

Formula de altitudine barometrică este utilizată pentru a calcula presiunea atmosferică. Arată ca în fotografia de mai jos.

P este valoarea dorită la înălțime, P 0 este densitatea aerului de lângă suprafață, g este accelerația de cădere liberă, h este înălțimea deasupra Pământului, m este masa molară a gazului, t este temperatura sistemului , r este constanta universală a gazului 8,3144598 J⁄ ( mol x K), iar e este numărul Eclair, egal cu 2,71828.

Adesea, în formula de mai sus pentru presiunea atmosferică, în loc de R, se folosește K - constanta lui Boltzmann. Constanta universală a gazului este adesea exprimată în termeni de produs prin numărul Avogadro. Este mai convenabil pentru calcule când numărul de particule este dat în moli.

Atunci când faceți calcule, merită întotdeauna să țineți cont de posibilitatea unor modificări ale temperaturii aerului din cauza unei modificări a situației meteorologice sau la urcarea deasupra nivelului mării, precum și a latitudinii geografice.

Manometru și vid

Diferența dintre presiunea atmosferică și cea măsurată a mediului se numește suprapresiune. În funcție de rezultat, numele valorii se schimbă.

Dacă este pozitivă, se numește presiune manometrică.

Dacă rezultatul obținut este cu semnul minus, se numește vacuometru. Merită să ne amintim că nu poate fi mai mult decât barometrică.

diferenţial

Această valoare este diferența de presiune în diferite puncte de măsurare. De regulă, este utilizat pentru a determina căderea de presiune pe orice echipament. Acest lucru este valabil mai ales în industria petrolului.

După ce ne-am dat seama ce fel de mărime termodinamică se numește presiune și cu ajutorul ce formule se găsește, putem concluziona că acest fenomen este foarte important și, prin urmare, cunoștințele despre el nu vor fi niciodată de prisos.