Pri nákupe vtáka, dokonca aj ako neskúsený farmár, stojí za to prejaviť osobitnú starostlivosť a opatrnosť. Pri výbere kohúta stojí za to pozrieť sa v prvom rade na stav vtáka a jeho vzhľad, pretože to je prvý ukazovateľ toho, či je vták zdravý alebo nie. Kohút by mal byť energický, sebavedome stáť na nohách a pohybovať sa bez viditeľných problémov. Ako už môže byť jasné, pri výbere kohúta by ste mali v prvom rade venovať pozornosť jeho vzhľadu. Tu je návod, ako si vybrať kohúta sami.
Ďalej, pri skúmaní kohúta sa oplatí dobre skontrolovať jeho hlavu. Je veľmi dôležité počúvať dýchanie vtáka, či má počas tohto procesu nejaké ťažkosti, či má nejaké poškodenie v nozdrách a vzduch vyžarovaný kohútom by nemal byť cítiť. Po kontrole dychu sa oplatí preskúmať hrebeň vtáka. Zdravý kohút by mal mať jasne červený hrebeň. Ak je vták zdravý, nie je strašidelné uvariť z neho akékoľvek jedlo, preto sa môžete naučiť variť kohúta z kníh.
Pri výbere kohúta pripisujú farmári veľký význam jeho opereniu, pretože perie zdravého kohúta by malo byť hladké a lesklé, bez akýchkoľvek nedostatkov. Labky kohúta by mali byť rovnako hladké, na labkách by mal byť správny počet prstov a každý z nich by mal mať pazúr. Pri skúmaní labiek kohúta musíte dobre preskúmať ostrohy. U mladých ľudí sú ostrohy takmer neviditeľné, u dospelých sú naopak veľké. Počas prípravy kohúta sú jeho labky odstránené. Pred varením by ste sa mali opýtať, ako správne uvariť kohúta.
Okrem toho je pri kúpe kohúta vhodné dbať na prítomnosť jazyka u vtáka a na to, aby jeho zobák bol zdravý, bez chýb a správne sa zatváral, bez presahov. Pri výbere a kúpe vtáka musíte pochopiť, ako rozlíšiť starého kohúta od mladého. Je logické, že mladí a dospelí kohúti sa líšia svojou postavou. Mladý kohút je menší a drobnejší, zatiaľ čo dospelý má naopak masívnejšie telo.
Je veľmi dôležité si uvedomiť, že ak sú na labke kohúty s piatimi prstami a nie štyrmi, potom to nie je odchýlka, je to len úplne iné plemeno. Perie kohútov sa líši podľa veku. U dospelých kohútov je hustejšia a má lesklý lesk, u mladých kohútov je operenie matnejšie. Kurča možno od kohúta rozlíšiť podľa hrebeňa na hlave. Tu je návod, ako určiť, či je daný vták kura alebo kohút.
Pri kúpe kohúta by ste mali venovať pozornosť jeho chrbtu a držaniu tela. Hrebeň kohúta by mal byť rovný, bez viditeľných hrbov. Chvost a perie v jeho blízkosti musia byť tiež bez chýb a v dobrom stave. Stojí za to vybrať si zdravého a dobre upraveného kohúta, ktorý sa následne bude jesť. Tí, ktorí predtým nevarili hydinové mäso, sa môžu opýtať skúsených žien v domácnosti, ako uvariť domáceho kohúta. V skutočnosti to nie je ťažké.
Muž na lyžiach aj bez nich.
Na sypkom snehu sa človeku kráča s veľkými ťažkosťami, pri každom kroku hlboko klesá. Ale keď si obuje lyže, môže chodiť takmer bez toho, aby do nich spadol. prečo? Na lyžiach alebo bez lyží pôsobí človek na sneh rovnakou silou, ako je jeho vlastná hmotnosť. Účinok tejto sily je však v oboch prípadoch odlišný, pretože plocha, na ktorú človek tlačí, je rôzna, s lyžami aj bez nich. Povrch lyže je takmer 20-krát väčší ako plocha podrážky. Preto človek v stoji na lyžiach pôsobí na každý štvorcový centimeter plochy snehu 20-krát menšou silou ako pri státí na snehu bez lyží.
Žiak, ktorý pripína noviny na tabuľu tlačidlami, pôsobí na každé tlačidlo rovnakou silou. Tlačidlo s ostrejším koncom sa však do stromčeka dostáva ľahšie.
To znamená, že výsledok pôsobenia sily závisí nielen od jej modulu, smeru a miesta pôsobenia, ale aj od plochy povrchu, na ktorý pôsobí (kolmo na ktorú pôsobí).
Tento záver potvrdzujú fyzikálne experimenty.
Skúsenosť. Výsledok tejto sily závisí od toho, aká sila pôsobí na jednotku plochy povrchu.
Klince musia byť zatĺkané do rohov malej dosky. Najprv položíme klince zatĺkané do dosky na piesok hrotmi nahor a na dosku položíme závažie. V tomto prípade sú hlavičky klincov len mierne zatlačené do piesku. Potom otočte dosku a nasaďte klince na špičku. V tomto prípade je oblasť podpory menšia a pri pôsobení rovnakej sily sa nechty dostanú hlboko do piesku.
Skúsenosť. Druhá ilustrácia.
Výsledok pôsobenia tejto sily závisí od toho, aká sila pôsobí na každú jednotku plochy.
V uvažovaných príkladoch sily pôsobili kolmo na povrch telesa. Váha osoby bola kolmá na povrch snehu; sila pôsobiaca na tlačidlo je kolmá na povrch dosky.
Hodnota rovnajúca sa pomeru sily pôsobiacej kolmo na povrch k ploche tohto povrchu sa nazýva tlak.
Na určenie tlaku je potrebné rozdeliť silu pôsobiacu kolmo na povrch plochou povrchu:
tlak = sila / plocha.
Označme množstvá zahrnuté v tomto výraze: tlak - p, sila pôsobiaca na povrch, - F a povrchová plocha S.
Potom dostaneme vzorec:
p = F/S
Je jasné, že väčšia sila pôsobiaca na rovnakú plochu vytvorí väčší tlak.
Jednotka tlaku sa berie ako tlak, ktorý vytvára silu 1 N pôsobiacu na plochu 1 m 2 kolmú na túto plochu..
Jednotka tlaku - newton na meter štvorcový(1 N/m2). Na počesť francúzskeho vedca Blaise Pascal vola sa to pascal Pa). Touto cestou,
1 Pa = 1 N/m2.
Používajú sa aj iné tlakové jednotky: hektopascal (hPa) a kilopascal (kPa).
1 kPa = 1000 Pa;
1 hPa = 100 Pa;
1 Pa = 0,001 kPa;
1 Pa = 0,01 hPa.
Zapíšme si stav problému a vyriešme ho.
Dané : m = 45 kg, S = 300 cm2; p = ?
V jednotkách SI: S = 0,03 m 2
Riešenie:
p = F/S,
F = P,
P = g m,
P= 9,8 N 45 kg ≈ 450 N,
p\u003d 450 / 0,03 N / m 2 \u003d 15 000 Pa \u003d 15 kPa
"Odpoveď": p = 15000 Pa = 15 kPa
Spôsoby, ako znížiť a zvýšiť tlak.
Ťažký húsenkový traktor vytvára tlak na pôdu rovnajúci sa 40-50 kPa, teda iba 2-3 krát väčší ako tlak chlapca s hmotnosťou 45 kg. Hmotnosť traktora je totiž vďaka pásovému pohonu rozložená na väčšiu plochu. A utvrdili sme sa v tom čím väčšia je plocha podpery, tým menší tlak je vyvolaný rovnakou silou na túto podperu .
V závislosti od toho, či potrebujete dosiahnuť malý alebo veľký tlak, sa oblasť podpory zvyšuje alebo zmenšuje. Napríklad, aby pôda odolala tlaku postavenej budovy, plocha spodnej časti základu sa zväčší.
Pneumatiky nákladných áut a podvozky lietadiel sú oveľa širšie ako osobné autá. Obzvlášť široké pneumatiky sa vyrábajú pre autá určené na cestovanie v púšti.
Ťažké stroje, ako je traktor, tank alebo močiar, ktoré majú veľkú nosnú plochu koľají, prechádzajú bažinatým terénom, cez ktorý človek nemôže prejsť.
Na druhej strane, pri malom povrchu môže byť s malou silou vytvorený veľký tlak. Napríklad stlačením tlačidla do dosky naň pôsobíme silou asi 50 N. Pretože plocha hrotu tlačidla je približne 1 mm 2, tlak, ktorý vytvára, sa rovná:
p \u003d 50 N / 0,000001 m 2 \u003d 50 000 000 Pa \u003d 50 000 kPa.
Pre porovnanie, tento tlak je 1000-krát väčší ako tlak, ktorý vyvíja húsenkový traktor na pôdu. Takýchto príkladov by sa dalo nájsť oveľa viac.
Čepeľ rezných a prepichovacích nástrojov (nože, nožnice, frézy, pílky, ihly a pod.) je špeciálne brúsená. Nabrúsená hrana ostrej čepele má malú plochu, takže aj malá sila vytvára veľký tlak a s takýmto nástrojom sa ľahko pracuje.
Rezné a prepichovacie zariadenia sa nachádzajú aj vo voľnej prírode: sú to zuby, pazúry, zobáky, hroty atď. – všetky sú vyrobené z tvrdého materiálu, hladké a veľmi ostré.
Tlak
Je známe, že molekuly plynu sa pohybujú náhodne.
Už vieme, že plyny na rozdiel od pevných látok a kvapalín zapĺňajú celú nádobu, v ktorej sa nachádzajú. Napríklad oceľová fľaša na skladovanie plynov, duša pneumatiky auta alebo volejbalová lopta. V tomto prípade plyn vyvíja tlak na steny, dno a veko valca, komory alebo akéhokoľvek iného telesa, v ktorom sa nachádza. Tlak plynu je spôsobený inými dôvodmi, ako je tlak pevného telesa na podperu.
Je známe, že molekuly plynu sa pohybujú náhodne. Pri svojom pohybe narážajú do seba, ako aj do stien nádoby, v ktorej sa plyn nachádza. V plyne je veľa molekúl, a preto je počet ich dopadov veľmi veľký. Napríklad počet dopadov molekúl vzduchu v miestnosti na plochu 1 cm 2 za 1 s je vyjadrený ako dvadsaťtrimiestne číslo. Nárazová sila jednotlivej molekuly je síce malá, no pôsobenie všetkých molekúl na steny nádoby je výrazné – vytvára tlak plynu.
takže, tlak plynu na steny nádoby (a na teleso umiestnené v plyne) je spôsobený nárazmi molekúl plynu .
Zvážte nasledujúcu skúsenosť. Umiestnite gumenú loptičku pod zvonček vzduchovej pumpy. Obsahuje malé množstvo vzduchu a má nepravidelný tvar. Potom pumpou odsajeme vzduch spod zvona. Škrupina lopty, okolo ktorej je vzduch čoraz redší, sa postupne nafukuje a nadobúda podobu bežnej lopty.
Ako vysvetliť túto skúsenosť?
Špeciálne odolné oceľové fľaše sa používajú na skladovanie a prepravu stlačeného plynu.
V našom experimente pohybujúce sa molekuly plynu nepretržite narážajú na steny gule zvnútra aj zvonka. Keď sa vzduch odčerpá, počet molekúl v zvone okolo plášťa lopty sa zníži. Ale vo vnútri lopty sa ich počet nemení. Preto je počet dopadov molekúl na vonkajšie steny obalu menší ako počet dopadov na vnútorné steny. Balónik sa nafukuje, kým sa sila pružnosti jeho gumového plášťa nerovná tlakovej sile plynu. Škrupina lopty má tvar lopty. Toto ukazuje plyn tlačí na jeho steny rovnako vo všetkých smeroch. Inými slovami, počet molekulárnych dopadov na štvorcový centimeter plochy povrchu je rovnaký vo všetkých smeroch. Rovnaký tlak vo všetkých smeroch je charakteristický pre plyn a je dôsledkom náhodného pohybu obrovského množstva molekúl.
Pokúsme sa zmenšiť objem plynu, ale tak, aby jeho hmotnosť zostala nezmenená. To znamená, že v každom kubickom centimetri plynu bude viac molekúl, hustota plynu sa zvýši. Potom sa zvýši počet dopadov molekúl na steny, t.j. zvýši sa tlak plynu. To možno potvrdiť skúsenosťami.
Na obrázku a Je znázornená sklenená trubica, ktorej jeden koniec je pokrytý tenkou gumenou fóliou. Do rúrky je vložený piest. Pri zatlačení piestu sa objem vzduchu v trubici zmenšuje, t.j. plyn je stlačený. Gumová fólia sa vydúva smerom von, čo naznačuje, že tlak vzduchu v trubici sa zvýšil.
Naopak, s nárastom objemu rovnakej hmotnosti plynu počet molekúl v každom kubickom centimetri klesá. Tým sa zníži počet nárazov na steny nádoby - tlak plynu sa zníži. Keď sa piest vytiahne z trubice, objem vzduchu sa zväčší, fólia sa ohne vo vnútri nádoby. To naznačuje pokles tlaku vzduchu v trubici. Rovnaký jav by bol pozorovaný, ak by namiesto vzduchu v trubici bol akýkoľvek iný plyn.
takže, keď sa objem plynu zníži, jeho tlak sa zvýši a keď sa objem zvýši, tlak sa zníži za predpokladu, že hmotnosť a teplota plynu zostanú nezmenené.
Ako sa mení tlak plynu, keď sa zahrieva na konštantný objem? Je známe, že rýchlosť pohybu molekúl plynu sa pri zahrievaní zvyšuje. Pri rýchlejšom pohybe budú molekuly častejšie narážať na steny nádoby. Navyše každý dopad molekuly na stenu bude silnejší. V dôsledku toho budú steny nádoby vystavené väčšiemu tlaku.
v dôsledku toho Tlak plynu v uzavretej nádobe je tým väčší, čím vyššia je teplota plynu za predpokladu, že sa hmotnosť plynu a objem nezmenia.
Z týchto experimentov možno usúdiť, že tlak plynu je tým väčší, čím častejšie a silnejšie molekuly narážajú na steny nádoby .
Na skladovanie a prepravu plynov sú vysoko stlačené. Zároveň sa zvyšuje ich tlak, plyny musia byť uzavreté v špeciálnych, veľmi odolných tlakových fľašiach. Takéto valce napríklad obsahujú stlačený vzduch v ponorkách, kyslík používaný pri zváraní kovov. Samozrejme, vždy musíme pamätať na to, že plynové fľaše sa nedajú ohrievať, najmä ak sú naplnené plynom. Pretože, ako už vieme, môže dôjsť k výbuchu s veľmi nepríjemnými následkami.
Pascalov zákon.
Tlak sa prenáša do každého bodu kvapaliny alebo plynu.
Tlak piestu sa prenáša do každého bodu kvapaliny napĺňajúcej guľu.
Teraz plyn.
Na rozdiel od pevných látok sa jednotlivé vrstvy a malé častice kvapaliny a plynu môžu voči sebe voľne pohybovať vo všetkých smeroch. Stačí napríklad mierne fúknuť na hladinu vody v pohári, aby sa voda rozhýbala. Na rieke alebo jazere sa pri najmenšom vánku objavia vlnky.
Vysvetľuje to pohyblivosť častíc plynu a kvapalín tlak, ktorý na ne vzniká, sa prenáša nielen v smere sily, ale v každom bode. Pozrime sa na tento jav podrobnejšie.
Na obrázku a je znázornená nádoba obsahujúca plyn (alebo kvapalinu). Častice sú rovnomerne rozložené po celej nádobe. Nádoba je uzavretá piestom, ktorý sa môže pohybovať hore a dole.
Pôsobením určitej sily pohneme piest trochu dovnútra a stlačíme plyn (kvapalinu) priamo pod ním. Potom budú častice (molekuly) umiestnené na tomto mieste hustejšie ako predtým (obr., b). Vďaka pohyblivosti sa častice plynu budú pohybovať všetkými smermi. V dôsledku toho sa ich usporiadanie opäť stane jednotným, ale hustejším ako predtým (obr. c). Preto sa tlak plynu všade zvýši. To znamená, že dodatočný tlak sa prenáša na všetky častice plynu alebo kvapaliny. Ak sa teda tlak na plyn (kvapalina) v blízkosti samotného piestu zvýši o 1 Pa, potom vo všetkých bodoch vnútri tlak plynu alebo kvapaliny bude o rovnakú hodnotu väčší ako predtým. Tlak na steny nádoby, na dno a na piest sa zvýši o 1 Pa.
Tlak vyvíjaný na kvapalinu alebo plyn sa prenáša do akéhokoľvek bodu rovnako vo všetkých smeroch .
Toto vyhlásenie sa nazýva Pascalov zákon.
Na základe Pascalovho zákona je ľahké vysvetliť nasledujúce experimenty.
Na obrázku je dutá guľa s malými otvormi na rôznych miestach. Na guľôčku je pripevnená trubica, do ktorej je vložený piest. Ak natiahnete vodu do gule a zatlačíte piest do trubice, potom voda vytečie zo všetkých otvorov v gule. V tomto experimente piest tlačí na povrch vody v trubici. Častice vody pod piestom, kondenzujúc, prenášajú svoj tlak na ďalšie hlbšie ležiace vrstvy. Tlak piestu sa teda prenáša do každého bodu kvapaliny napĺňajúcej guľu. Výsledkom je, že časť vody je vytlačená z gule vo forme identických prúdov vytekajúcich zo všetkých otvorov.
Ak je guľa naplnená dymom, potom keď sa piest zatlačí do trubice, zo všetkých otvorov v guli začnú vychádzať rovnaké prúdy dymu. To potvrdzuje, že a plyny prenášajú na nich vytvorený tlak rovnako vo všetkých smeroch.
Tlak v kvapaline a plyne.
Pod váhou kvapaliny sa gumové dno v trubici prehne.
Kvapaliny, rovnako ako všetky telesá na Zemi, sú ovplyvnené gravitačnou silou. Preto každá vrstva kvapaliny naliata do nádoby vytvára svojou hmotnosťou tlak, ktorý sa podľa Pascalovho zákona prenáša do všetkých strán. Preto je vo vnútri kvapaliny tlak. Dá sa to overiť skúsenosťami.
Nalejte vodu do sklenenej trubice, ktorej spodný otvor je uzavretý tenkou gumovou fóliou. Pod váhou kvapaliny sa spodok trubice ohne.
Prax ukazuje, že čím vyšší je stĺpec vody nad gumenou fóliou, tým viac sa prehýba. Ale vždy, keď sa gumové dno prepadne, voda v trubici sa dostane do rovnováhy (zastaví sa), pretože okrem gravitácie pôsobí na vodu elastická sila natiahnutej gumovej fólie.
Sily pôsobiace na gumový film |
sú rovnaké na oboch stranách. |
Ilustračné.
Dno sa pohybuje od valca v dôsledku tlaku naňho v dôsledku gravitácie.
Do inej širšej nádoby s vodou spustíme rúrku s gumeným dnom, do ktorej sa nalieva voda. Uvidíme, že pri spúšťaní trubice sa gumová fólia postupne narovnáva. Úplné narovnanie fólie ukazuje, že sily pôsobiace na ňu zhora a zdola sú rovnaké. Úplné vyrovnanie fólie nastane, keď sa hladiny vody v skúmavke a nádobe zhodujú.
Rovnaký experiment možno vykonať s trubicou, v ktorej gumová fólia uzatvára bočný otvor, ako je znázornené na obrázku a. Ponorte túto trubicu s vodou do inej nádoby s vodou, ako je znázornené na obrázku, b. Všimneme si, že fólia sa opäť narovná, akonáhle sa hladiny vody v skúmavke a nádobe vyrovnajú. To znamená, že sily pôsobiace na gumenú fóliu sú zo všetkých strán rovnaké.
Vezmite nádobu, ktorej dno môže spadnúť. Dáme do pohára s vodou. V tomto prípade bude dno pevne pritlačené k okraju nádoby a nespadne. Je stlačený silou tlaku vody, smerujúcej zdola nahor.
Do nádoby opatrne nalejeme vodu a sledujeme jej dno. Akonáhle sa hladina vody v nádobe zhoduje s hladinou vody v nádobe, odpadne z nádoby.
V okamihu odpojenia stĺpec kvapaliny v nádobe tlačí na dno a tlak sa prenáša zdola nahor na spodok stĺpca kvapaliny rovnakej výšky, ale nachádzajúceho sa v nádobe. Oba tieto tlaky sú rovnaké, ale dno sa pohybuje od valca v dôsledku pôsobenia vlastnej gravitácie naň.
Pokusy s vodou boli opísané vyššie, ale ak namiesto vody vezmeme akúkoľvek inú kvapalinu, výsledky pokusu budú rovnaké.
Experimenty to teda ukazujú vo vnútri kvapaliny je tlak a na rovnakej úrovni je rovnaký vo všetkých smeroch. Tlak sa zvyšuje s hĺbkou.
Plyny sa v tomto smere nelíšia od kvapalín, pretože majú aj hmotnosť. Musíme si však uvedomiť, že hustota plynu je stokrát menšia ako hustota kvapaliny. Hmotnosť plynu v nádobe je malá a v mnohých prípadoch je možné ignorovať jeho „hmotnostný“ tlak.
Výpočet tlaku kvapaliny na dne a stenách nádoby.
Výpočet tlaku kvapaliny na dne a stenách nádoby.
Zvážte, ako môžete vypočítať tlak kvapaliny na dne a stenách nádoby. Najprv vyriešme úlohu pre nádobu, ktorá má tvar pravouhlého rovnobežnostena.
Pevnosť F, ktorým kvapalina naliata do tejto nádoby tlačí na jej dno, sa rovná hmotnosti P kvapalina v nádobe. Hmotnosť kvapaliny sa dá určiť na základe znalosti jej hmotnosti. m. Hmotnosť, ako viete, sa dá vypočítať podľa vzorca: m = ρ V. Objem kvapaliny naliatej do nami zvolenej nádoby sa dá ľahko vypočítať. Ak je výška stĺpca kvapaliny v nádobe označená písmenom h a oblasť dna nádoby S, potom V = S h.
Tekutá hmota m = ρ V, alebo m = ρ S h .
Hmotnosť tejto kvapaliny P = g m, alebo P = g ρ S h.
Pretože hmotnosť stĺpca kvapaliny sa rovná sile, ktorou kvapalina tlačí na dno nádoby, potom sa hmotnosť vydelí P Na námestie S, dostaneme tlak kvapaliny p:
p = P/S alebo p = g ρ S h/S,
Získali sme vzorec na výpočet tlaku kvapaliny na dne nádoby. Z tohto vzorca je to vidieť tlak kvapaliny na dne nádoby závisí len od hustoty a výšky stĺpca kvapaliny.
Preto podľa odvodeného vzorca je možné vypočítať tlak kvapaliny naliatej do nádoby akúkoľvek formu(Prísne vzaté, náš výpočet je vhodný len pre nádoby, ktoré majú tvar rovného hranola a valca. Na kurzoch fyziky pre ústav sa dokázalo, že vzorec platí aj pre nádobu ľubovoľného tvaru). Okrem toho sa dá použiť na výpočet tlaku na steny nádoby. Tlak vo vnútri tekutiny, vrátane tlaku zdola nahor, sa tiež vypočíta pomocou tohto vzorca, pretože tlak v rovnakej hĺbke je rovnaký vo všetkých smeroch.
Pri výpočte tlaku pomocou vzorca p = gph potreba hustoty ρ vyjadrené v kilogramoch na meter kubický (kg / m 3) a výška stĺpca kvapaliny h- v metroch (m), g\u003d 9,8 N / kg, potom bude tlak vyjadrený v pascaloch (Pa).
Príklad. Určte tlak oleja na dne nádrže, ak je výška stĺpca oleja 10 m a jeho hustota je 800 kg/m 3 .
Zapíšme si stav problému a zapíšme si ho.
Dané :
ρ \u003d 800 kg / m 3
Riešenie :
p = 9,8 N/kg 800 kg/m 3 10 m ≈ 80 000 Pa ≈ 80 kPa.
Odpoveď : p ≈ 80 kPa.
Komunikačné nádoby.
Komunikačné nádoby.
Na obrázku sú znázornené dve nádoby navzájom spojené gumovou rúrkou. Takéto plavidlá sú tzv komunikujúce. Kanvica na napájanie, čajník, kanvica na kávu sú príklady komunikačných nádob. Zo skúsenosti vieme, že voda naliata napríklad do kanvy stojí vo výlevke aj vo vnútri vždy na rovnakej úrovni.
Komunikačné nádoby sú pre nás bežné. Môže to byť napríklad čajník, kanvica na napájanie alebo kanvica na kávu. |
Povrchy homogénnej kvapaliny sú inštalované na rovnakej úrovni v komunikujúcich nádobách akéhokoľvek tvaru. |
Kvapaliny rôznej hustoty. |
S komunikačnými nádobami je možné vykonať nasledujúci jednoduchý experiment. Na začiatku pokusu upneme gumenú hadičku do stredu a do jednej z hadičiek nalejeme vodu. Potom otvoríme svorku a voda okamžite tečie do druhej trubice, kým nie sú vodné plochy v oboch trubiciach na rovnakej úrovni. Jednu z trubíc môžete upevniť na statív a druhú zdvihnúť, spustiť alebo nakloniť v rôznych smeroch. A v tomto prípade, akonáhle sa kvapalina upokojí, jej hladiny v oboch skúmavkách sa vyrovnajú.
V komunikujúcich nádobách akéhokoľvek tvaru a prierezu sú povrchy homogénnej kvapaliny nastavené na rovnakú úroveň(za predpokladu, že tlak vzduchu nad kvapalinou je rovnaký) (obr. 109).
To možno zdôvodniť nasledovne. Kvapalina je v pokoji bez toho, aby sa pohybovala z jednej nádoby do druhej. To znamená, že tlaky v oboch nádobách sú rovnaké na akejkoľvek úrovni. Kvapalina v oboch nádobách je rovnaká, to znamená, že má rovnakú hustotu. Preto musia byť aj jeho výšky rovnaké. Keď zdvihneme jednu nádobu alebo do nej pridáme kvapalinu, tlak v nej sa zvýši a kvapalina sa presunie do inej nádoby, kým sa tlaky nevyrovnajú.
Ak sa do jednej z komunikačných nádob naleje kvapalina jednej hustoty a do druhej sa naleje iná hustota, potom v rovnováhe hladiny týchto kvapalín nebudú rovnaké. A to je pochopiteľné. Vieme, že tlak kvapaliny na dne nádoby je priamo úmerný výške stĺpca a hustote kvapaliny. A v tomto prípade budú hustoty kvapalín odlišné.
Pri rovnakých tlakoch bude výška stĺpca kvapaliny s vyššou hustotou menšia ako výška stĺpca kvapaliny s nižšou hustotou (obr.).
Skúsenosť. Ako určiť hmotnosť vzduchu.
Hmotnosť vzduchu. Atmosférický tlak.
existencia atmosférického tlaku.
Atmosférický tlak je vyšší ako tlak riedeného vzduchu v nádobe.
Gravitačná sila pôsobí na vzduch, ako aj na akékoľvek teleso nachádzajúce sa na Zemi, a preto má vzduch váhu. Hmotnosť vzduchu sa dá ľahko vypočítať, ak poznáte jeho hmotnosť.
Ukážeme na skúsenosti, ako vypočítať hmotnosť vzduchu. Aby ste to urobili, vezmite silnú sklenenú guľu s korkom a gumovou trubicou so svorkou. Pumpou z nej odčerpáme vzduch, hadičku upneme svorkou a vyrovnáme na váhe. Potom otvorte svorku na gumenej trubici a vpustite do nej vzduch. V tomto prípade dôjde k narušeniu rovnováhy váh. Ak ho chcete obnoviť, budete musieť na druhú misku váh položiť závažia, ktorých hmotnosť sa bude rovnať hmotnosti vzduchu v objeme lopty.
Experimenty ukázali, že pri teplote 0 ° C a normálnom atmosférickom tlaku je hmotnosť vzduchu s objemom 1 m 3 1,29 kg. Hmotnosť tohto vzduchu sa dá ľahko vypočítať:
P = g m, P = 9,8 N/kg 1,29 kg ≈ 13 N.
Vzduchový obal, ktorý obklopuje Zem, sa nazýva atmosféru (z gréčtiny. atmosféru para, vzduch a guľa- lopta).
Atmosféra, ako ukazujú pozorovania preletu umelých družíc Zeme, siaha do výšky niekoľko tisíc kilometrov.
Pôsobením gravitácie horné vrstvy atmosféry podobne ako oceánska voda stláčajú spodné vrstvy. Vzduchová vrstva susediaca priamo so Zemou je najviac stlačená a podľa Pascalovho zákona prenáša na ňu vytvorený tlak všetkými smermi.
Výsledkom je, že zemský povrch a telesá na ňom umiestnené sú vystavené tlaku celej hrúbky vzduchu, alebo, ako sa v takýchto prípadoch zvyčajne hovorí, Atmosférický tlak .
Existenciu atmosférického tlaku možno vysvetliť mnohými javmi, s ktorými sa v živote stretávame. Uvažujme o niektorých z nich.
Na obrázku je znázornená sklenená trubica, vo vnútri ktorej je piest, ktorý tesne prilieha k stenám trubice. Koniec trubice sa ponorí do vody. Ak zdvihnete piest, voda za ním stúpne.
Tento jav sa využíva vo vodných čerpadlách a niektorých ďalších zariadeniach.
Na obrázku je znázornená valcovitá nádoba. Uzatvára sa korkom, do ktorého je vložená rúrka s kohútikom. Vzduch sa z nádoby odčerpáva čerpadlom. Koniec trubice sa potom umiestni do vody. Ak teraz otvoríte kohútik, voda strieka do vnútra nádoby vo fontáne. Voda vstupuje do nádoby, pretože atmosférický tlak je väčší ako tlak riedeného vzduchu v nádobe.
Prečo existuje vzduchový obal Zeme.
Ako všetky telesá, aj molekuly plynov, ktoré tvoria vzduchový obal Zeme, sú priťahované k Zemi.
Ale prečo potom všetky nespadnú na povrch Zeme? Ako sa zachováva vzduchový obal Zeme, jej atmosféra? Aby sme to pochopili, musíme vziať do úvahy, že molekuly plynov sú v nepretržitom a náhodnom pohybe. Potom však vyvstáva ďalšia otázka: prečo tieto molekuly neodletia do svetového priestoru, teda do vesmíru.
Aby molekula úplne opustila Zem, musí mať, podobne ako kozmická loď alebo raketa, veľmi vysokú rýchlosť (najmenej 11,2 km/s). Tento tzv druhá úniková rýchlosť. Rýchlosť väčšiny molekúl vo vzduchovom obale Zeme je oveľa menšia ako táto kozmická rýchlosť. Preto je väčšina z nich pripútaná k Zemi gravitáciou, len zanedbateľné množstvo molekúl letí mimo Zem do vesmíru.
Náhodný pohyb molekúl a vplyv gravitácie na ne má za následok, že molekuly plynu „plávajú“ v priestore blízko Zeme a vytvárajú vzduchový obal alebo nám známu atmosféru.
Merania ukazujú, že hustota vzduchu s nadmorskou výškou rýchlo klesá. Takže vo výške 5,5 km nad Zemou je hustota vzduchu 2-krát menšia ako jeho hustota na povrchu Zeme, vo výške 11 km - 4-krát menšia atď. Čím vyššia, tým je vzduch vzácnejší. A napokon v najvrchnejších vrstvách (stovky a tisícky kilometrov nad Zemou) sa atmosféra postupne mení na priestor bez vzduchu. Vzdušný obal Zeme nemá jasnú hranicu.
Presne povedané, v dôsledku pôsobenia gravitácie nie je hustota plynu v žiadnej uzavretej nádobe rovnaká v celom objeme nádoby. Na dne nádoby je hustota plynu väčšia ako v jeho horných častiach, a preto tlak v nádobe nie je rovnaký. V spodnej časti nádoby je väčšia ako v hornej časti. Pre plyn obsiahnutý v nádobe je však tento rozdiel v hustote a tlaku taký malý, že ho možno v mnohých prípadoch úplne ignorovať, stačí si to uvedomiť. Ale pre atmosféru siahajúcu cez niekoľko tisíc kilometrov je rozdiel značný.
Meranie atmosférického tlaku. Torricelliho skúsenosť.
Atmosférický tlak nie je možné vypočítať pomocou vzorca na výpočet tlaku v stĺpci kvapaliny (§ 38). Na takýto výpočet potrebujete poznať výšku atmosféry a hustotu vzduchu. Atmosféra však nemá jednoznačnú hranicu a hustota vzduchu v rôznych výškach je odlišná. Atmosférický tlak však možno merať pomocou experimentu, ktorý v 17. storočí navrhol taliansky vedec. Evangelista Torricelli študent Galilea.
Torricelliho experiment je nasledovný: sklenená trubica dlhá asi 1 m, na jednom konci utesnená, je naplnená ortuťou. Potom sa druhý koniec trubice pevne uzavrie, prevráti sa a spustí sa do pohára s ortuťou, kde sa tento koniec trubice otvorí pod hladinou ortuti. Ako v každom kvapalnom experimente, časť ortuti sa naleje do pohára a časť zostane v skúmavke. Výška stĺpca ortuti, ktorý zostáva v trubici, je približne 760 mm. Nad ortuťou vo vnútri trubice nie je vzduch, je tu priestor bez vzduchu, takže žiadny plyn nevyvíja tlak zhora na ortuťový stĺpec vo vnútri trubice a neovplyvňuje merania.
Torricelli, ktorý navrhol vyššie opísanú skúsenosť, tiež podal svoje vysvetlenie. Atmosféra tlačí na povrch ortuti v pohári. Ortuť je v rovnováhe. To znamená, že tlak v trubici je aa 1 (pozri obrázok) sa rovná atmosférickému tlaku. Pri zmene atmosférického tlaku sa mení aj výška ortuťového stĺpca v trubici. So zvyšujúcim sa tlakom sa kolóna predlžuje. Keď tlak klesá, výška stĺpca ortuti klesá.
Tlak v trubici na úrovni aa1 je vytvorený hmotnosťou ortuťového stĺpca v trubici, keďže nad ortuťou v hornej časti trubice nie je vzduch. Z toho teda vyplýva atmosférický tlak sa rovná tlaku ortuťového stĺpca v trubici , t.j.
p atm = p ortuť.
Čím väčší je atmosférický tlak, tým vyšší je stĺpec ortuti v Torricelliho experimente. Preto sa v praxi dá atmosférický tlak merať výškou stĺpca ortuti (v milimetroch alebo centimetroch). Ak je napríklad atmosférický tlak 780 mm Hg. čl. (hovoria „milimetre ortuti“), to znamená, že vzduch vytvára rovnaký tlak, aký vytvára vertikálny stĺpec ortuti vysoký 780 mm.
Preto sa v tomto prípade za jednotku atmosférického tlaku berie 1 milimeter ortuti (1 mm Hg). Poďme nájsť vzťah medzi touto jednotkou a jednotkou, ktorá je nám známa - pascal(Pa).
Tlak ortuťového stĺpca ρ ortuti s výškou 1 mm je:
p = g ρ h, p\u003d 9,8 N / kg 13 600 kg / m 3 0,001 m ≈ 133,3 Pa.
Takže 1 mm Hg. čl. = 133,3 Pa.
V súčasnosti sa atmosférický tlak zvyčajne meria v hektopascaloch (1 hPa = 100 Pa). Napríklad správy o počasí môžu oznámiť, že tlak je 1013 hPa, čo je rovnaké ako 760 mmHg. čl.
Pri každodennom pozorovaní výšky ortuťového stĺpca v trubici Torricelli zistil, že táto výška sa mení, to znamená, že atmosférický tlak nie je konštantný, môže sa zvyšovať a znižovať. Torricelli si tiež všimol, že atmosférický tlak súvisí so zmenami počasia.
Ak k ortuťovej trubici použitej v Torricelliho experimente pripojíte vertikálnu stupnicu, získate najjednoduchšie zariadenie - ortuťový barometer (z gréčtiny. baros- ťažkosť, metero- opatrenie). Používa sa na meranie atmosférického tlaku.
Barometer - aneroid.
V praxi sa na meranie atmosférického tlaku používa kovový barometer, tzv aneroid (preložené z gréčtiny - aneroid). Barometer sa tak nazýva, pretože neobsahuje ortuť.
Vzhľad aneroidu je znázornený na obrázku. Jeho hlavnou časťou je kovová krabica 1 s vlnitým (vlnitým) povrchom (pozri ďalší obr.). Z tohto boxu sa odčerpáva vzduch a aby atmosférický tlak box nerozdrvil, jeho kryt 2 je vytiahnutý pružinou. Keď sa atmosférický tlak zvyšuje, veko sa ohýba smerom nadol a napína pružinu. Keď tlak klesne, pružina narovná kryt. Ukazovateľ šípky 4 je pripevnený k pružine pomocou prevodového mechanizmu 3, ktorý sa pri zmene tlaku pohybuje doprava alebo doľava. Pod šípkou je upevnená stupnica, ktorej dieliky sú označené podľa údajov ortuťového barometra. Takže číslo 750, proti ktorému stojí aneroidná ihla (pozri obr.), ukazuje, že v danom momente ortuťového barometra je výška ortuťového stĺpca 750 mm.
Preto je atmosférický tlak 750 mm Hg. čl. alebo ≈ 1000 hPa.
Hodnota atmosférického tlaku je veľmi dôležitá pre predpoveď počasia na najbližšie dni, keďže zmeny atmosférického tlaku sú spojené so zmenami počasia. Barometer je nevyhnutným nástrojom pre meteorologické pozorovania.
Atmosférický tlak v rôznych nadmorských výškach.
V kvapaline tlak, ako vieme, závisí od hustoty kvapaliny a výšky jej stĺpca. Vďaka nízkej stlačiteľnosti je hustota kvapaliny v rôznych hĺbkach takmer rovnaká. Preto pri výpočte tlaku považujeme jeho hustotu za konštantnú a berieme do úvahy len zmenu výšky.
S plynmi je situácia zložitejšia. Plyny sú vysoko stlačiteľné. A čím viac je plyn stlačený, tým väčšia je jeho hustota a tým väčší tlak vytvára. Veď tlak plynu vzniká dopadom jeho molekúl na povrch telesa.
Vrstvy vzduchu pri povrchu Zeme sú stlačené všetkými nad nimi ležiacimi vrstvami vzduchu. Ale čím vyššia je vrstva vzduchu z povrchu, tým slabšie je stlačený, tým nižšia je jeho hustota. Tým menší tlak teda vytvára. Ak sa napríklad balón zdvihne nad povrch Zeme, tlak vzduchu na balón sa zníži. Deje sa tak nielen preto, že sa zmenšuje výška vzduchového stĺpca nad ním, ale aj preto, že sa znižuje hustota vzduchu. V hornej časti je menšia ako v spodnej časti. Závislosť tlaku vzduchu od nadmorskej výšky je preto komplikovanejšia ako závislosť kvapalín.
Pozorovania ukazujú, že atmosférický tlak v oblastiach ležiacich na hladine mora je v priemere 760 mm Hg. čl.
Atmosférický tlak rovný tlaku ortuťového stĺpca vysokého 760 mm pri teplote 0 °C sa nazýva normálny atmosférický tlak..
normálny atmosférický tlak rovná sa 101 300 Pa = 1013 hPa.
Čím vyššia nadmorská výška, tým nižší tlak.
Pri malých stúpaniach v priemere na každých 12 m stúpania tlak klesá o 1 mm Hg. čl. (alebo 1,33 hPa).
Vzhľadom na závislosť tlaku od nadmorskej výšky je možné určiť nadmorskú výšku zmenou hodnôt barometra. Nazývajú sa aneroidy, ktoré majú stupnicu, na ktorej môžete priamo merať výšku nad morom výškomery . Používajú sa v letectve a pri lezení po horách.
Tlakomery.
Už vieme, že barometre sa používajú na meranie atmosférického tlaku. Na meranie tlakov vyšších alebo nižších ako je atmosférický tlak, tlakomery (z gréčtiny. manos- vzácny, nenápadný metero- opatrenie). Tlakomery sú kvapalina a kov.
|
|
Najprv zvážte zariadenie a činnosť otvorený kvapalinový manometer. Skladá sa z dvojnohej sklenenej trubice, do ktorej sa naleje trochu tekutiny. Kvapalina je inštalovaná v oboch kolenách na rovnakej úrovni, pretože na jej povrch v kolenách nádoby pôsobí iba atmosférický tlak.
Aby sme pochopili, ako taký tlakomer funguje, môže byť spojený s gumenou hadicou s okrúhlou plochou krabicou, ktorej jedna strana je pokrytá gumovou fóliou. Ak stlačíte prst na fóliu, hladina kvapaliny v kolene manometra pripojenom v krabici sa zníži a v druhom kolene sa zvýši. čo to vysvetľuje?
Zatlačením na fóliu sa zvýši tlak vzduchu v boxe. Podľa Pascalovho zákona sa toto zvýšenie tlaku prenáša na kvapalinu v tom kolene tlakomeru, ktorý je pripevnený na skrinke. Preto bude tlak na kvapalinu v tomto kolene väčší ako v druhom, kde na kvapalinu pôsobí iba atmosférický tlak. Pod silou tohto nadmerného tlaku sa kvapalina začne pohybovať. V kolene so stlačeným vzduchom bude kvapalina klesať, v druhom stúpa. Kvapalina sa dostane do rovnováhy (zastaví sa), keď sa pretlak stlačeného vzduchu vyrovná tlakom, ktorý vytvára stĺpec prebytočnej kvapaliny v druhej vetve manometra.
Čím silnejší je tlak na fóliu, tým vyšší je stĺpec prebytočnej kvapaliny, tým väčší je jej tlak. v dôsledku toho zmena tlaku sa dá posúdiť podľa výšky tohto prebytočného stĺpca.
Obrázok ukazuje, ako takýto tlakomer dokáže merať tlak vo vnútri kvapaliny. Čím hlbšie je trubica ponorená do kvapaliny, tým väčší je rozdiel vo výškach kvapalinových stĺpcov v kolenách manometra., tak teda a kvapalina vytvára väčší tlak.
Ak nainštalujete skrinku zariadenia do určitej hĺbky vo vnútri kvapaliny a otočíte ju fóliou nahor, nabok a nadol, hodnoty tlakomeru sa nezmenia. Tak to má byť, lebo na rovnakej úrovni vo vnútri kvapaliny je tlak rovnaký vo všetkých smeroch.
Obrázok ukazuje kovový manometer . Hlavnou časťou takéhoto tlakomeru je kovová rúrka ohnutá do potrubia 1 , ktorého jeden koniec je uzavretý. Druhý koniec rúrky s kohútikom 4 komunikuje s nádobou, v ktorej sa meria tlak. Keď tlak stúpa, trubica sa ohýba. Pohyb jeho uzavretého konca pomocou páky 5 a ozubené kolesá 3 prihral strelcovi 2 pohybom po stupnici prístroja. Keď sa tlak zníži, trubica sa vďaka svojej elasticite vráti do predchádzajúcej polohy a šípka sa vráti na nulový dielik stupnice.
Piestové kvapalinové čerpadlo.
V experimente, ktorý sme uvažovali skôr (§ 40), sa zistilo, že voda v sklenenej trubici pod pôsobením atmosférického tlaku stúpala za piest. Táto akcia je založená piestčerpadlá.
Čerpadlo je schematicky znázornené na obrázku. Skladá sa z valca, vo vnútri ktorého ide hore a dole, tesne prilieha k stenám nádoby, piestu 1 . Ventily sú inštalované v spodnej časti valca a v samotnom pieste. 2 otváranie len nahor. Keď sa piest pohybuje nahor, voda pôsobením atmosférického tlaku vstupuje do potrubia, zdvihne spodný ventil a pohybuje sa za piestom.
Keď sa piest pohybuje nadol, voda pod piestom tlačí na spodný ventil a ten sa uzavrie. Súčasne sa pod tlakom vody otvorí ventil vo vnútri piestu a voda prúdi do priestoru nad piestom. Pri ďalšom pohybe piestu nahor stúpa v mieste s ním aj voda nad ním, ktorá sa vylieva do výstupného potrubia. Zároveň za piestom stúpa nová porcia vody, ktorá pri následnom spustení piestu bude nad ním a celý tento postup sa za chodu čerpadla stále opakuje.
Hydraulický lis.
Pascalov zákon vám umožňuje vysvetliť akciu hydraulický stroj (z gréčtiny. hydraulika- voda). Sú to stroje, ktorých činnosť je založená na zákonoch pohybu a rovnováhy kvapalín.
Hlavnou časťou hydraulického stroja sú dva valce rôznych priemerov, vybavené piestami a spojovacou rúrkou. Priestor pod piestami a trubicou je vyplnený kvapalinou (zvyčajne minerálnym olejom). Výšky kvapalinových stĺpcov v oboch valcoch sú rovnaké, pokiaľ na piesty nepôsobia žiadne sily.
Predpokladajme teraz, že sily F 1 a F 2 - sily pôsobiace na piesty, S 1 a S 2 - plochy piestov. Tlak pod prvým (malým) piestom je p 1 = F 1 / S 1 a pod druhým (veľkým) p 2 = F 2 / S 2. Podľa Pascalovho zákona sa tlak kvapaliny v pokoji prenáša rovnako vo všetkých smeroch, t.j. p 1 = p 2 alebo F 1 / S 1 = F 2 / S 2, odkiaľ:
F 2 / F 1 = S 2 / S 1 .
Preto sila F 2 o toľko viac sily F 1 , Koľkokrát väčšia je plocha veľkého piesta ako plocha malého piesta?. Napríklad, ak je plocha veľkého piestu 500 cm 2 a malého 5 cm 2 a na malý piest pôsobí sila 100 N, potom na piest bude pôsobiť sila 100-krát väčšia. väčší piest, to znamená 10 000 N.
Pomocou hydraulického stroja je teda možné vyrovnávať veľkú silu malou silou.
Postoj F 1 / F 2 znázorňuje prírastok sily. Napríklad vo vyššie uvedenom príklade je zosilnenie sily 10 000 N / 100 N = 100.
Hydraulický stroj používaný na lisovanie (stláčanie) je tzv hydraulický lis .
Hydraulické lisy sa používajú tam, kde je potrebný veľký výkon. Napríklad na lisovanie oleja zo semien v lisovniach oleja, na lisovanie preglejky, kartónu, sena. Oceliarne používajú hydraulické lisy na výrobu hriadeľov oceľových strojov, železničných kolies a mnohých ďalších produktov. Moderné hydraulické lisy dokážu vyvinúť silu desiatok a stoviek miliónov newtonov.
Zariadenie hydraulického lisu je schematicky znázornené na obrázku. Lisované teleso 1 (A) je umiestnené na plošine spojenej s veľkým piestom 2 (B). Malý piest 3 (D) vytvára veľký tlak na kvapalinu. Tento tlak sa prenáša do každého bodu tekutiny plniacej valce. Preto rovnaký tlak pôsobí aj na druhý, veľký piest. Ale keďže plocha 2. (veľkého) piestu je väčšia ako plocha malého piestu, potom sila pôsobiaca naň bude väčšia ako sila pôsobiaca na piest 3 (D). Pod touto silou sa piest 2 (B) zdvihne. Keď sa piest 2 (B) zdvihne, telo (A) sa opiera o pevnú hornú plošinu a je stlačené. Tlakomer 4 (M) meria tlak kvapaliny. Poistný ventil 5 (P) sa automaticky otvorí, keď tlak kvapaliny prekročí povolenú hodnotu.
Z malého valca do veľkého sa kvapalina čerpá opakovanými pohybmi malého piesta 3 (D). Toto sa vykonáva nasledujúcim spôsobom. Pri zdvihnutí malého piestu (D) sa otvorí ventil 6 (K) a kvapalina sa nasaje do priestoru pod piestom. Keď sa malý piest spustí pod pôsobením tlaku kvapaliny, ventil 6 (K) sa zatvorí a ventil 7 (K") sa otvorí a kvapalina prejde do veľkej nádoby.
Pôsobenie vody a plynu na telo v nich ponorené.
Pod vodou ľahko zdvihneme kameň, ktorý sa len ťažko zdvihne do vzduchu. Ak korok ponoríte pod vodu a uvoľníte ho z rúk, bude plávať. Ako možno tieto javy vysvetliť?
Vieme (§ 38), že kvapalina tlačí na dno a steny nádoby. A ak je do kvapaliny umiestnené nejaké pevné teleso, bude tiež vystavené tlaku, ako sú steny nádoby.
Zvážte sily, ktoré pôsobia zo strany kvapaliny na teleso v nej ponorené. Pre uľahčenie uvažovania volíme teleso, ktoré má tvar rovnobežnostena so základňami rovnobežnými s povrchom kvapaliny (obr.). Sily pôsobiace na bočné steny tela sú v pároch rovnaké a navzájom sa vyrovnávajú. Pod vplyvom týchto síl je telo stlačené. Ale sily pôsobiace na hornú a dolnú stranu tela nie sú rovnaké. Na hornú plochu tlačte zhora silou F 1 stĺpec tekutiny vysoký h jeden . Na úrovni spodnej strany tlak vytvára stĺpec kvapaliny s výškou h 2. Tento tlak, ako vieme (§ 37), sa prenáša vo vnútri kvapaliny všetkými smermi. Preto na spodnej strane tela zdola nahor silou F 2 stlačí stĺpec kvapaliny vysoko h 2. ale h 2 ďalšie h 1, teda modul sily F 2 ďalšie výkonové moduly F jeden . Preto je teleso z kvapaliny vytláčané silou F vyt, rovný rozdielu síl F 2 - F 1, t.j.
|
|
Ale S·h = V, kde V je objem kvádra a ρ W ·V = m W je hmotnosť tekutiny v objeme kvádra. v dôsledku toho F vyt \u003d g m dobre \u003d P dobre, t.j. vztlaková sila sa rovná hmotnosti kvapaliny v objeme telesa v nej ponoreného(Vztlaková sila sa rovná hmotnosti kvapaliny rovnakého objemu, ako je objem telesa v nej ponoreného). Existenciu sily, ktorá vytláča teleso z kvapaliny, je ľahké odhaliť experimentálne. Na obrázku a znázorňuje teleso zavesené na pružine so šípkou na konci. Šípka označuje napnutie pružiny na statíve. Keď je telo vypustené do vody, pružina sa stiahne (obr. b). Rovnaká kontrakcia pružiny sa dosiahne, ak budete pôsobiť na telo zdola nahor nejakou silou, napríklad ho stlačíte rukou (zdvihnete). Skúsenosti to teda potvrdzujú sila pôsobiaca na teleso v tekutine vytláča teleso z tekutiny. Pre plyny, ako vieme, platí aj Pascalov zákon. Preto telesá v plyne sú vystavené sile, ktorá ich vytláča z plynu. Pod vplyvom tejto sily sa balóny zdvihnú. Existenciu sily vytláčajúcej teleso z plynu možno pozorovať aj experimentálne. Na skrátenú panvicu zavesíme sklenenú guľu alebo veľkú banku uzavretú korkom. Misky váh sú vyrovnané. Potom sa pod banku (alebo guľu) umiestni široká nádoba tak, aby obklopovala celú banku. Nádoba je naplnená oxidom uhličitým, ktorého hustota je väčšia ako hustota vzduchu (preto oxid uhličitý klesá a napĺňa nádobu, čím z nej vytláča vzduch). V tomto prípade je narušená rovnováha váh. Pohár so zavesenou bankou stúpa hore (obr.). Banka ponorená do oxidu uhličitého má väčšiu vztlakovú silu ako tá, ktorá na ňu pôsobí vo vzduchu. Sila, ktorá vytláča teleso z kvapaliny alebo plynu, smeruje opačne ako sila gravitácie pôsobiaca na toto teleso. Preto prolkozmos). To vysvetľuje, prečo vo vode niekedy ľahko dvíhame telá, ktoré len ťažko udržíme vo vzduchu. Na pružine je zavesené malé vedro a valcové telo (obr., a). Šípka na statíve označuje predĺženie pružiny. Ukazuje váhu tela vo vzduchu. Po zdvihnutí telesa sa pod ňu umiestni odtoková nádoba naplnená kvapalinou po úroveň odtokovej trubice. Potom je telo úplne ponorené do kvapaliny (obr., b). V čom časť kvapaliny, ktorej objem sa rovná objemu telesa, sa vyleje z nalievacej nádoby do pohára. Pružina sa zmršťuje a ukazovateľ pružiny stúpa, čím naznačuje pokles hmotnosti telesa v kvapaline. V tomto prípade okrem gravitačnej sily pôsobí na teleso ešte jedna sila, ktorá ho vytláča z tekutiny. Ak sa kvapalina zo skla naleje do horného vedra (t. j. tej, ktorá bola vytlačená telesom), potom sa ukazovateľ pružiny vráti do svojej pôvodnej polohy (obr., c).
Na základe tejto skúsenosti možno konštatovať, že sila, ktorá tlačí teleso úplne ponorené do kvapaliny, sa rovná hmotnosti kvapaliny v objeme tohto telesa . K rovnakému záveru sme dospeli aj v § 48. Ak by sa podobný experiment urobil s telom ponoreným do nejakého plynu, ukázalo by to sila vytláčajúca teleso z plynu sa tiež rovná hmotnosti odobratého plynu v objeme telesa . Sila, ktorá vytláča teleso z kvapaliny alebo plynu, sa nazýva Archimedova sila, na počesť vedca Archimedes ktorý prvý poukázal na jej existenciu a vypočítal jej význam. Takže prax potvrdila, že Archimedova (alebo vztlaková) sila sa rovná hmotnosti tekutiny v objeme telesa, t.j. F A = P f = g m a. Hmotnosť kvapaliny m f, vytlačenej telesom, možno vyjadriť jej hustotou ρ w a objemom telesa V t ponoreného do kvapaliny (pretože V l - objem kvapaliny vytlačenej telesom sa rovná V t - objem telesa ponoreného do kvapaliny), t.j. m W = ρ W V t. Potom dostaneme: F A= g ρ a · V t Preto Archimedova sila závisí od hustoty kvapaliny, v ktorej je teleso ponorené, a od objemu tohto telesa. Ale nezávisí to napríklad od hustoty látky telesa ponoreného do kvapaliny, pretože toto množstvo nie je zahrnuté vo výslednom vzorci. Poďme teraz určiť hmotnosť telesa ponoreného do kvapaliny (alebo plynu). Keďže dve sily pôsobiace na teleso sú v tomto prípade nasmerované opačným smerom (gravitácia je dole a Archimedova sila je hore), potom bude hmotnosť telesa v tekutine P 1 menšia ako váha telesa vo vákuu. P = g m k Archimedovskej sile F A = g m w (kde m w je hmotnosť kvapaliny alebo plynu vytlačená telesom). Touto cestou, ak je teleso ponorené do kvapaliny alebo plynu, stratí na svojej hmotnosti toľko, koľko váži kvapalina alebo plyn ním vytlačený. Príklad. Určte vztlakovú silu pôsobiacu na kameň s objemom 1,6 m 3 v morskej vode. Zapíšme si stav problému a vyriešme ho. Keď plávajúce teleso dosiahne povrch kvapaliny, potom s jeho ďalším pohybom nahor sa Archimedova sila zníži. prečo? Ale preto, že objem časti tela ponorenej do kvapaliny sa zmenší a Archimedova sila sa rovná hmotnosti kvapaliny v objeme časti tela ponorenej do nej. Keď sa Archimedova sila rovná gravitačnej sile, teleso sa zastaví a bude plávať na povrchu kvapaliny, čiastočne ponorené do nej. Výsledný záver je ľahko overiteľný experimentálne. Nalejte vodu do odtokovej nádoby až po úroveň odtokového potrubia. Potom ponorme plávajúce telo do nádoby, keď sme ho predtým zvážili vo vzduchu. Po zostúpení do vody telo vytlačí objem vody, ktorý sa rovná objemu časti tela, ktorá je v ňom ponorená. Po zvážení tejto vody zistíme, že jej hmotnosť (Archimedova sila) sa rovná gravitačnej sile pôsobiacej na plávajúce teleso, alebo hmotnosti tohto telesa vo vzduchu. Po vykonaní rovnakých experimentov s akýmikoľvek inými telesami plávajúcimi v rôznych kvapalinách – vo vode, alkohole, soľnom roztoku, sa môžete uistiť, že ak teleso pláva v kvapaline, potom sa hmotnosť kvapaliny, ktorú vytlačí, rovná hmotnosti tohto telesa vo vzduchu. Je ľahké to dokázať ak je hustota tuhej pevnej látky väčšia ako hustota kvapaliny, potom sa teleso ponorí do takejto kvapaliny. V tejto kvapaline pláva teleso s nižšou hustotou. Kus železa sa napríklad potopí vo vode, ale pláva v ortuti. Na druhej strane teleso, ktorého hustota sa rovná hustote kvapaliny, zostáva vo vnútri kvapaliny v rovnováhe. Ľad pláva na povrchu vody, pretože jeho hustota je menšia ako hustota vody. Čím nižšia je hustota telesa v porovnaní s hustotou kvapaliny, tým menšia časť telesa je ponorená do kvapaliny . Pri rovnakých hustotách telesa a kvapaliny sa teleso vznáša vo vnútri kvapaliny v akejkoľvek hĺbke. Dve nemiešateľné kvapaliny, napríklad voda a petrolej, sú umiestnené v nádobe podľa ich hustôt: v spodnej časti nádoby - hustejšia voda (ρ = 1000 kg / m 3), hore - ľahší petrolej (ρ = 800 kg/m3). Priemerná hustota živých organizmov obývajúcich vodné prostredie sa len málo líši od hustoty vody, takže ich hmotnosť je takmer úplne vyvážená Archimedovou silou. Vďaka tomu vodné živočíchy nepotrebujú také silné a masívne kostry ako suchozemské. Z rovnakého dôvodu sú kmene vodných rastlín elastické. Plavecký mechúr ryby ľahko mení svoj objem. Keď ryba pomocou svalov klesá do veľkej hĺbky a tlak vody na ňu sa zvyšuje, bublina sa sťahuje, objem tela ryby sa zmenšuje a tá sa netlačí nahor, ale pláva v hĺbke. Ryba tak môže v určitých medziach regulovať hĺbku ponoru. Veľryby regulujú hĺbku ponoru sťahovaním a rozširovaním kapacity pľúc. Plachetnice.Lode plávajúce na riekach, jazerách, moriach a oceánoch sú postavené z rôznych materiálov s rôznou hustotou. Trup lodí je zvyčajne vyrobený z oceľových plechov. Všetky vnútorné spojovacie prvky, ktoré dodávajú lodiam pevnosť, sú tiež vyrobené z kovov. Na stavbu lodí sa používajú rôzne materiály, ktoré majú v porovnaní s vodou vyššiu aj nižšiu hustotu. Ako lode plávajú, berú na palubu a prevážajú veľké náklady? Pokus s plávajúcim telesom (§ 50) ukázal, že teleso svojou podvodnou časťou vytlačí toľko vody, že táto voda sa svojou hmotnosťou rovná hmotnosti telesa vo vzduchu. To platí aj pre každú loď. Hmotnosť vody vytlačenej podvodnou časťou lode sa rovná hmotnosti lode s nákladom vo vzduchu alebo gravitačnej sile pôsobiacej na loď s nákladom. Hĺbka, do ktorej je loď ponorená vo vode, sa nazýva návrh . Najhlbší povolený ponor je vyznačený na trupe lode červenou čiarou tzv vodoryska (z holandčiny. voda- voda). Hmotnosť vody vytlačenej loďou pri ponorení k vodoryske, ktorá sa rovná gravitačnej sile pôsobiacej na loď s nákladom, sa nazýva výtlak lode.. V súčasnosti sa na prepravu ropy stavajú lode s výtlakom 5 000 000 kN (5 10 6 kN) a viac, t. j. s hmotnosťou 500 000 ton (5 10 5 t) a viac spolu s nákladom. Ak od výtlaku odpočítame hmotnosť samotnej lode, tak dostaneme nosnosť tejto lode. Nosnosť ukazuje hmotnosť nákladu prepravovaného loďou. Stavba lodí existovala v starovekom Egypte, vo Fénicii (verí sa, že Feničania boli jedným z najlepších staviteľov lodí), v starovekej Číne. V Rusku stavba lodí vznikla na prelome 17. a 18. storočia. Stavali sa najmä vojnové lode, no v Rusku bol postavený prvý ľadoborec, lode so spaľovacím motorom a jadrový ľadoborec Arktika. Aeronautika.
Kresba opisujúca balón bratov Montgolfierovcov v roku 1783: "Pohľad a presné rozmery balónovej zemegule, ktorá bola prvá." 1786 Od dávnych čias ľudia snívali o tom, že budú môcť lietať nad oblakmi, plávať v oceáne vzduchu, keď sa plavia po mori. Pre letectvo Najprv sa používali balóny, ktoré boli plnené buď ohriatym vzduchom, alebo vodíkom či héliom. Aby sa balón vzniesol do vzduchu, je potrebné, aby Archimedova sila (vztlak) F A, pôsobiace na loptu, bolo viac ako gravitácia Fťažké, t.j. F A > Fťažký Ako loptička stúpa, Archimedova sila, ktorá na ňu pôsobí, klesá ( F A = gρV), pretože hustota hornej atmosféry je menšia ako hustota zemského povrchu. Ak chcete stúpať vyššie, z lopty sa spadne špeciálny balast (závažie), ktorý loptu odľahčí. Nakoniec lopta dosiahne maximálnu výšku zdvihu. Na spustenie lopty sa časť plynu uvoľní z jej plášťa pomocou špeciálneho ventilu. Vo vodorovnom smere sa balón pohybuje len vplyvom vetra, preto je tzv balón (z gréčtiny vzduchu- vzduch, stato- stojaci). Nie je to tak dávno, čo sa obrovské balóny používali na štúdium horných vrstiev atmosféry, stratosféry - stratostaty . Predtým, ako sa naučili stavať veľké lietadlá na prepravu cestujúcich a nákladu vzduchom, používali sa riadené balóny - vzducholode. Majú pretiahnutý tvar, pod korbou je zavesená gondola s motorom, ktorý poháňa vrtuľu. Balón nielenže stúpa sám od seba, ale môže zdvihnúť aj nejaký náklad: kabínu, ľudí, nástroje. Preto, aby sme zistili, aké zaťaženie môže balón zdvihnúť, je potrebné ho určiť. zdvíhacia sila. Do vzduchu nech vyletí napríklad balón s objemom 40 m 3 naplnený héliom. Hmotnosť hélia vyplňujúceho plášť gule sa bude rovnať: To znamená, že táto guľa dokáže zdvihnúť bremeno s hmotnosťou 520 N - 71 N = 449 N. To je jej zdvíhacia sila. Balón s rovnakým objemom, ale naplnený vodíkom, dokáže zdvihnúť záťaž 479 N. To znamená, že jeho zdvíhacia sila je väčšia ako sila balóna naplneného héliom. Napriek tomu sa hélium používa častejšie, pretože nehorí, a preto je bezpečnejšie. Vodík je horľavý plyn. Je oveľa jednoduchšie zdvihnúť a spustiť balón naplnený horúcim vzduchom. Na tento účel je pod otvorom umiestneným v spodnej časti gule umiestnený horák. Pomocou plynového horáka môžete ovládať teplotu vzduchu vo vnútri lopty, čo znamená jej hustotu a vztlak. Na to, aby guľa stúpala vyššie, stačí silnejšie zohriať vzduch v nej, čím sa zvýši plameň horáka. Keď plameň horáka klesá, teplota vzduchu v guli sa znižuje a guľa klesá. Je možné zvoliť takú teplotu lopty, pri ktorej sa hmotnosť lopty a kabíny bude rovnať vztlakovej sile. Potom bude lopta visieť vo vzduchu a bude ľahké z nej robiť pozorovania. S rozvojom vedy došlo aj k významným zmenám v leteckej technike. Bolo možné použiť nové škrupiny pre balóny, ktoré sa stali odolnými, mrazuvzdornými a ľahkými. Úspechy v oblasti rádiového inžinierstva, elektroniky, automatizácie umožnili navrhnúť bezpilotné balóny. Tieto balóny sa používajú na štúdium prúdenia vzduchu, na geografický a biomedicínsky výskum v nižších vrstvách atmosféry. Otázka 1 Hlavné ustanovenia IKT a ich experimentálne zdôvodnenie.? 1. Všetky látky sú zložené z molekúl, t.j. majú diskrétnu štruktúru, molekuly sú oddelené medzerami. 2. Molekuly sú v nepretržitom náhodnom (chaotickom) pohybe. 3. Medzi molekulami tela sú sily vzájomného pôsobenia. Brownov pohyb?. Brownov pohyb je nepretržitý náhodný pohyb častíc suspendovaných v plyne. Sily molekulárnej interakcie?. Príťažlivosť aj odpudzovanie pôsobia medzi molekulami súčasne. Charakter interakcie molekúl je elektromagnetický. Kinetická a potenciálna energia molekúl?. Atómy a molekuly interagujú, a preto majú potenciálnu energiu Ep. Potenciálna energia sa považuje za pozitívnu, keď sú molekuly odpudzované, za negatívnu, keď sú priťahované. Otázka 2 Rozmery a hmotnosti molekúl a atómov Akákoľvek látka pozostáva z častíc, preto sa množstvo látky v (nu) považuje za úmerné počtu častíc, t. j. konštrukčných prvkov obsiahnutých v tele. Jednotkou množstva látky je mol. Mol je množstvo látky, ktoré obsahuje toľko štruktúrnych prvkov akejkoľvek látky, koľko je atómov v 12 g uhlíka C12. Pomer počtu molekúl látky k množstvu látky sa nazýva Avogadrova konštanta: NA =N/v(nu); N A \u003d 6,02 * 10 23 mol -1 Avogadrova konštanta ukazuje, koľko atómov a molekúl je obsiahnutých v jednom mole látky. Molová hmotnosť - hmotnosť jedného mólu látky, ktorá sa rovná pomeru hmotnosti látky k množstvu látky: Molárna hmotnosť je vyjadrená v kg/mol. Keď poznáte molárnu hmotnosť, môžete vypočítať hmotnosť jednej molekuly: m 0 \u003d m / N \u003d m / v (nu) N A \u003d M / N A Priemerná hmotnosť molekúl sa zvyčajne určuje chemickými metódami, Avogadrova konštanta bola s vysokou presnosťou stanovená niekoľkými fyzikálnymi metódami. Hmotnosti molekúl a atómov sa určujú so značnou presnosťou pomocou hmotnostného spektrografu. Hmotnosti molekúl sú veľmi malé. Napríklad hmotnosť molekuly vody: m = 29,9 * 10 -27 Molárna hmotnosť súvisí s relatívnou molekulovou hmotnosťou Mg. Relatívna molekulová hmotnosť je hodnota rovnajúca sa pomeru hmotnosti molekuly danej látky k 1/12 hmotnosti atómu uhlíka C12. Ak je známy chemický vzorec látky, potom jej relatívnu hmotnosť možno určiť pomocou periodickej tabuľky, ktorá pri vyjadrení v kilogramoch ukazuje veľkosť molárnej hmotnosti tejto látky. Avogadroovo číslo Avogadrove číslo, Avogadrova konštanta je fyzikálna konštanta, ktorá sa číselne rovná počtu špecifikovaných štruktúrnych jednotiek (atómov, molekúl, iónov, elektrónov alebo akýchkoľvek iných častíc) v 1 mole látky. Definovaný ako počet atómov v 12 gramoch (presne) čistého izotopu uhlíka-12. Zvyčajne sa označuje ako N A, menej často ako L N A = 6,022 140 78(18)x1023 mol-1. Počet krtkov Mol (symbol: mol, medzinárodný: mol) je merná jednotka pre množstvo látky. Zodpovedá množstvu látky, ktorá obsahuje častice N A (molekuly, atómy, ióny alebo akékoľvek iné identické štruktúrne častice). NA je Avogadrova konštanta, ktorá sa rovná počtu atómov v 12 gramoch uhlíkového nuklidu 12C. Počet častíc v jednom mole akejkoľvek látky je teda konštantný a rovný Avogadrovmu číslu N A . Rýchlosť molekuly Stav hmoty Agregátny stav - stav hmoty charakterizovaný určitými kvalitatívnymi vlastnosťami: schopnosť alebo neschopnosť udržať objem a tvar, prítomnosť alebo neprítomnosť rádu na dlhé a krátke vzdialenosti a iné. Zmena stavu agregácie môže byť sprevádzaná skokovou zmenou voľnej energie, entropie, hustoty a iných základných fyzikálnych vlastností. Existujú tri hlavné stavy agregácie: pevná látka, kvapalina a plyn. Niekedy nie je úplne správne klasifikovať plazmu ako stav agregácie. Existujú aj iné stavy agregácie, napríklad tekuté kryštály alebo Bose-Einsteinov kondenzát. Otázka 3 Ideálny plyn, tlak plynu Ideálny plyn je plyn, v ktorom medzi molekulami nie je žiadna interakčná sila. Tlak plynu je spôsobený nárazmi molekúl. Sila tlaku počas 1 sekundy na jednotkový povrch sa nazýva tlak plynu. P – tlak plynu [pa] 1 mmHg čl. = 133 Pa P 0 (ro) \u003d 101325 Pa P= 1/3*m0*n*V 2- základná rovnica MKT n - koncentrácia molekúl [m -3] n=N/V- koncentrácia molekúl V 2 - stredná kvadratická rýchlosť P = 2/3*n*E K základné rovnice P = n*k*T MKT E K - kinetická energia E K = 3/2 kT(kT- kote) Výber systému, ktorý distribuuje plynnú látku, podľa kritéria, ktoré hodnotí tlak, úroveň zníženia a princípy budovania systémov, ktoré distribuujú plynovody (môžu to byť kruhové, slepé a zmiešané plynovody), je založený na ekonomickej chybné výpočty a technické vlastnosti. Vzhľadom na objem, štrukturálne nuansy a vlastnosti hustoty hladiny spotrebovaného plynu, spoľahlivosť a bezpečný režim systému dodávky plynu, okrem toho aj miestne budovy a prevádzkové vlastnosti. Druhy plynovodovSystémy plynovodov sú spojené s úrovňami tlaku plynnej látky, ktorá sa nimi pohybuje, sú rozdelené do nasledujúcich typov: 1. Konštrukcia plynovodu s prítomnosťou vysokého tlaku I. stupňa za podmienok pracovného tlaku plynnej látky do 0,71,3 MPa pre prírodnú látku a zmes plynu so vzduchom a do 1,7 MPa pre LPG; 2. plynovod s vysokou úrovňou tlaku druhej kategórie v tlakových podmienkach do 0,40,7 MPa; 3. Konštrukcia plynovodu s ukazovateľmi priemerného tlaku má prevádzkový tlak do 0,0060,4 MPa; 4. Hladina tlaku v nízkotlakovom plynovom kanáli až do 0,006 MPa.  Typy systémov zásobovania plynomSystém dodávky plynu môže byť nasledujúcich typov: 1. Jednoúrovňový, kde sa plyn dodáva spotrebiteľom iba prostredníctvom produktovodu s rovnakými ukazovateľmi tlaku (buď s nízkymi ukazovateľmi alebo s priemernými); 2. dvojstupňový, kde je plyn dodávaný do okruhu odberateľov plynovodnou konštrukciou s dvoma rôznymi druhmi tlaku (ukazovatele stredne nízky alebo stredne vysoký stupeň 1 alebo 2, alebo vysoké ukazovatele kategórie 2 nízky); 3. Trojúrovňový, kde sa prechod plynnej látky uskutočňuje cez plynovod s tromi tlakmi (vysoký prvý alebo druhý stupeň, stredný a nízky); 4. Viacúrovňový, v ktorom sa plyn pohybuje pozdĺž plynových potrubí so štyrmi typmi tlaku: vysoký 1 a 2 úrovne, stredný a nízky. Plynovodné systémy s rôznymi tlakmi, ktoré sú súčasťou systému zásobovania plynom, musia byť prepojené pomocou hydraulického štiepenia, KDD.  Pre priemyselné tepelné zariadenia a kotolne, ktoré sú oddelené od plynovodov, je prijateľné použiť plynnú látku s dostupným tlakom do 1,3 MPa za predpokladu, že takéto indikátory tlaku sú potrebné pre špecifiká technického procesu. Nie je možné položiť plynovodný systém s tlakovým indexom väčším ako 1,2 MPa pre viacpodlažný bytový dom v obývanej oblasti, v oblastiach, kde sa nachádzajú verejné zariadenia, v miestach, kde sa nachádza veľké množstvo ľudí, napr. napríklad trhovisko, štadión, nákupné centrum, budova divadla. Súčasné rozvody plynovodov pozostávajú z komplexného komplexného zloženia štruktúr, ktoré majú zase podobu základných prvkov, akými sú plynový kruh, slepé a zmiešané siete s indikátormi nízkeho, stredného a vysokého tlaku. Sú položené v mestských oblastiach, iných sídlach, v srdci štvrtí alebo budov. Okrem toho môžu byť umiestnené na trasách plynárenskej distribučnej stanice, plynárenského kontrolného bodu a inštalácie, komunikačného systému, systému automatických inštalácií a telemechanických zariadení. Celá stavba musí bez problémov zabezpečiť dodávku spotrebiteľského plynu. Návrh musí mať odpojovacie zariadenie, ktoré smeruje k jeho jednotlivým prvkom a úsekom plynovodu na opravu a odstraňovanie havárií. Okrem iného zabezpečuje bezproblémovú prepravu plynných látok spotrebiteľom plynu, má jednoduchý mechanizmus, bezpečnú, spoľahlivú a pohodlnú obsluhu. Plynofikáciu celého regiónu, mesta či obce je potrebné navrhnúť na základe schematických nákresov a dispozičného riešenia územia, generelu mesta s prihliadnutím na dlhodobý rozvoj. Všetky prvky, zariadenia, mechanizmy a kľúčové časti v systéme dodávky plynu by sa mali používať rovnako. Vyplatí sa zvoliť distribučný systém a zásady pre výstavbu plynovodu (kruhový, slepý, zmiešaný) na základe technicko-ekonomických zúčtovacích operácií, s prihliadnutím na objem, štruktúru a hustotu spotreby plynu. Zvolený systém by mal mať z ekonomického hľadiska najvyššiu účinnosť, musí zahŕňať stavebné procesy a musí byť schopný čiastočne uviesť plynárenský systém do prevádzky.  Klasifikácia plynovodovHlavnými časťami systému dodávky plynu sú konštrukcie plynovodov, ktoré majú typy v závislosti od tlaku plynu a účelu. V závislosti od najvyšších ukazovateľov tlaku plynu, ktoré sa prepravujú, konštrukcie plynovodov sa delia na nasledovné: 1. Konštrukcia plynovodu s vysokými tlakmi prvého stupňa v podmienkach tlakov plynných látok viac ako 0,7 MPa, do 1,7 MPa pre SGU; 2. plynovodný výrobok s vysokými tlakovými značkami druhého stupňa pri režime nad 0,4 MPa a do 0,7 MPa; 3. Drôt s priemernou úrovňou indikátorov tlaku nad 0,005 MPa a kolísaním do 0,4 MPa; 4. Dizajn s nízkym výkonom, konkrétne do 0,004 MPa. Plynovodný systém s nízkym tlakom sa používa na prepravu plynu do obytných budov a verejných budov, do stravovacích zariadení, ako aj do kotolní a domácich podnikov. K nízkotlakovému potrubnému systému je povolené pripojiť malé spotrebiteľské inštalácie a kotolne. Veľké inžinierske siete by sa však nemali pripájať k potrubiam s indikátormi nízkeho tlaku, pretože nemá zmysel prenášať veľké množstvo plynu, nemá to ekonomický prínos.
Mestský vysokotlakový plynovod sa považuje za hlavný ťah, ktorý napája obrovské mesto. Vyrába sa ako obrovský, polkruhový alebo má radiálny vzhľad. Prostredníctvom neho sa plynná látka dodáva hydraulickým štiepením do siete so strednou a vysokou úrovňou okrem veľkých priemyselných podnikov, ktorých technologický proces predpokladá prítomnosť plynu s prevádzkovým režimom nad 0,8 MPa. Systém zásobovania mestským plynomIndikátory tlaku plynu v potrubí do 0,003 MPa Systém zásobovania plynom v meste je vážny mechanizmus, ktorý zahŕňa zariadenia, technické zariadenia a potrubia, ktoré zabezpečujú prechod plynu na miesto určenia a distribuujú ho medzi podniky, verejné služby, spotrebiteľov na základe dopytu. Zahŕňa tieto zariadenia: 2. Regulačná stanica plynu; 3. Kontrolný bod plynu; 4. Zariadenia na kontrolu plynu; 5. Riadiace zariadenie a automatický riadiaci systém; 6. Odbavovacie zariadenia; Dodávka plynnej látky prichádza plynovodom cez regulačné stanice plynu priamo do mestského plynovodu. Na distribučnej stanici plynu klesajú hodnoty tlaku pomocou automatických ventilov na regulátore a zostávajú nezmenené na úrovni požadovanej pre mestskú spotrebu po celý čas. Technickí špecialisti zahŕňajú do schémy GDS systém, ktorý automaticky poskytuje ochranu. Okrem toho zaručuje udržiavanie indikátorov tlaku v mestskej čiare a tiež zabezpečuje, aby neprekračovali prípustnú úroveň. Z regulačných staníc plynu sa plynová látka dostáva cez plynovod k spotrebiteľom. Keďže hlavným prvkom mestských systémov zásobovania plynom sú plynové vedenia, ktoré pozostávajú z tlakových rozdielov v plynovode, môžu byť prezentované v nasledujúcich typoch: 1. Vedenie so značkami nízkeho tlaku do 4 kPa; 2. Riadok s priemernými hodnotami tlaku do 0,4 MPa; 3. Sieť s vysokotlakovým režimom druhého stupňa do 0,7 MPa; 4. Siete s vysokými hodnotami prvej úrovne do 1,3 MPa. Prostredníctvom štruktúr plynovodov s nízkotlakovými indikátormi sa plyn pohybuje a distribuuje do obytnej a verejnej budovy a rôznych priestorov, ako aj do dielní domácich podnikov. V plynovode umiestnenom v obytnej zóne sú prípustné tlakové ukazovatele do 3 kPa a v priestoroch domáceho podniku a verejných budov do 5 kPa. V potrubí sa spravidla udržiavajú nízke tlaky (do 3 kPa) a snažia sa všetky konštrukcie napojiť na plynovod, ktorý nemá regulátor tlaku plynu. V plynovodoch so stredným a vysokým tlakom (0,6 MPa) sa plynný produkt dodáva hydraulickým štiepením do potrubí s nízkym a stredným tlakom. Vo vnútri jednotky hydraulického štiepenia je bezpečnostné zariadenie, ktoré funguje automaticky. Eliminuje možnosť poklesu tlaku z nízkej úrovne nad prijateľnú hodnotu. Prostredníctvom podobných komunikácií cez GRU sa plynná látka dodáva aj do priestorov priemyselných podnikov a obecných inštitúcií. Podľa súčasných predpisov je najvyšší tlak pre priemyselné, komunálne a poľnohospodárske podniky, ako aj pre inštalácie vykurovacích systémov povolený do 0,6 MPa a pre domáce podniky a priľahlé budovy do 0,3 MPa. Prívod plynu s indexom tlaku nie väčším ako 0,3 MPa je povolený pre inštalácie, ktoré sú umiestnené na fasádach obytnej budovy alebo verejnej budovy. Distribučnými sieťami mesta sú plynovodné objekty so stredným a vysokým režimom. Konštrukcia plynovodu s vysokotlakovými značkami sa používa výlučne v metropolitných mestách. Priemyselné priestory je možné napojiť na stredno- a vysokotlakovú sieť bez použitia regulátorov, samozrejme, ak je to založené na technických a ekonomických výpočtoch. Mestské systémy sú budované podľa hierarchie, ktorá je zase rozdelená v závislosti od tlaku plynovodu. Hierarchia má niekoľko úrovní: 1. Základom mestských plynovodov sú vedenia s vysokým a stredným tlakom. Rezervácia prebieha pomocou prezváňania a duplikovania jednotlivých miest. Slepá sieť môže byť len v malých mestách. Plynná látka sa postupne pohybuje cez nízke tlakové úrovne, vzniká vibráciami na ventile regulátora hydraulického štiepenia a je na konštantnej úrovni. Ak je v jednej sekcii niekoľko rôznych spotrebiteľov plynu, je dovolené paralelne položiť plynovody s rôznymi tlakmi. Ale dizajn s vysokým a stredným tlakom vytvára jednu sieť v meste, ktorá má hydraulické nuansy. 2. Nízkotlaková sieť. Dodáva plyn rôznym spotrebiteľom. Návrh siete je vytvorený so zmiešanými vlastnosťami, pričom sú zacyklené iba hlavné plynovody, v ostatných prípadoch sú vytvorené slepé uličky. Nízkotlakový plynovod nemôže oddeliť rieku, jazero alebo roklinu, rovnako ako železnicu, diaľnicu. Nemožno ho položiť pozdĺž priemyselných zón, takže nemôže byť súčasťou jednej hydraulickej siete. Návrh siete s nízkym výkonom je vytvorený ako lokálna linka, ktorá má viacero zdrojov energie, cez ktoré sa dodáva plyn. 3. Plynová výstavba obytnej budovy alebo verejnej budovy, priemyselnej dielne alebo podniku. Nie sú vyhradené. Tlak závisí od účelu siete a úrovne potrebnej na inštaláciu. V závislosti od počtu stupňov sú mestské systémy rozdelené : 1. Dvojúrovňová sieť pozostáva z vedení nízkeho a stredného tlaku alebo vedení nízkeho a vysokého tlaku. 2. Trojúrovňová linka zahŕňa systém nízkeho, stredného a vysokého tlaku. 3. Stupňovú sieť tvoria konštrukcie plynovodov všetkých úrovní. Mestský plynovod s vysokým a stredným tlakom je vytvorený ako jedno vedenie, ktoré zásobuje plynom podnik, kotolňu, inžinierske siete a samotné hydraulické štiepenie. Je oveľa výhodnejšie vytvoriť jednu linku, na rozdiel od oddeľovacej linky pre priemyselné priestory a vo všeobecnosti pre domácu plynovú sekciu. Vyberte si mestský systém založený na takýchto nuansách: 1. Aká je veľkosť mesta. 2. Plán intravilánu. 3. Budovy v ňom. 4. Aký je počet obyvateľov v meste. 5. Charakteristika všetkých podnikov v meste. 6. Perspektívy rozvoja metropoly. Pri výbere potrebného systému je potrebné vziať do úvahy, že musí spĺňať požiadavky hospodárnosti, bezpečnosti a spoľahlivosti používania. Vyjadruje jednoduchosť a jednoduchosť použitia, naznačuje odstavenie jeho jednotlivých sekcií pre opravy. Okrem toho všetky diely, zariadenia a prípravky vo vybranom systéme musia mať rovnaký typ dielov. Plyn sa do mesta dodáva viacúrovňovým vedením cez dve hlavné siete cez stanicu, čo zase zvyšuje úroveň spoľahlivosti. Stanica je napojená na oblasť vysokého tlaku vzduchu, ktorá sa nachádza na okraji mestských liniek. Z tejto sekcie je plyn dodávaný do krúžkov s vysokým alebo stredným tlakom. Ak nie je možné a neprijateľné vytvoriť sieť plynovodov s vysokým tlakom v centre metropoly, potom ich treba rozdeliť na dve časti: sieť so stredným tlakom v strede a sieť s vysokým tlakom na okraji. Aby bolo možné vypnúť časti plynovodu s vysokým a stredným tlakom, jednotlivé sekcie s nízkym tlakom, konštrukcie v obytných budovách, priemyselných dielňach a priestoroch montujú zariadenia, ktoré vypínajú alebo jednoducho špeciálne kohútiky (pozri). Ventil musí byť inštalovaný na vstupe a výstupe, na vetvách pouličného plynovodu, na križovatke rôznych prekážok, železničných zariadení a ciest. Na vonkajších vedeniach je v studni nainštalovaný ventil spolu s údajmi o teplote a napätí. Okrem toho poskytuje pohodlnú inštaláciu a demontáž uzatváracích prvkov ventilu. Studňa musí byť umiestnená vzhľadom na vzdialenosť dvoch metrov od budov alebo plotov. Počet prekážok by mal byť odôvodnený a mal by byť čo najmenší. Pri vstupe do miestnosti sa ventil inštaluje na stenu, pričom je potrebné zachovať určitú medzeru od dverí a okien. Ak je výstuž umiestnená nad 2 metre, je potrebné zabezpečiť miesto s rebríkom, aby bolo možné ju obsluhovať. V chatkách sa vo väčšine prípadov plyn dodáva cez siete so stredným tlakom, ale nie s nízkym tlakom. Po prvé, poskytuje prídavné ovládacie zariadenie, pretože indikátory tlaku sú vyššie. Po druhé, plynové kotly si v poslednej dobe získavajú na popularite, potom len pri strednom tlaku môže byť plyn dodávaný spotrebiteľom v požadovanom množstve. Splyňovaním v podmienkach nízkeho tlaku sa výkon koncového zariadenia zníži. Napríklad, ak sa v zime považuje tlak asi 300 za prijateľný, potom ak sa vzdialite od hydraulického štiepenia, ukazovatele pre spotrebiteľov klesnú na 120. Pred mrazom je tlak plynu dostatočný. No ak príde poriadny mráz a všetci začnú kúriť plynovými kotlami, zapnutými na plný výkon, tlak na majiteľov chaty na periférii výrazne klesá. A keď je tlak nižší ako 120, pre majiteľov kotlov sa začnú objavovať problémy, napríklad inštalácia kotla zhasne alebo ukáže, že dodávka plynu bola zastavená. V podmienkach dodávky stredného tlaku sa plyn v stlačenom stave pohybuje potrubím. Ďalej cez regulátor tlak klesá na nízku úroveň a kotol funguje bez problémov. Ako viete, mnohé látky v prírode môžu byť v troch stavoch agregácie: pevné, tekuté a plynný. Náuka o vlastnostiach hmoty v rôznych stavoch agregácie je založená na predstavách o atómovej a molekulárnej štruktúre hmotného sveta. Molekulárno-kinetická teória štruktúry hmoty (MKT) je založená na troch hlavných ustanoveniach:
To znamená, že stav agregácie látky závisí od relatívnej polohy molekúl, vzdialenosti medzi nimi, síl interakcie medzi nimi a povahy ich pohybu. Najvýraznejšia je interakcia častíc hmoty v pevnom stave. Vzdialenosť medzi molekulami je približne rovnaká ako ich vlastná veľkosť. To vedie k dostatočne silnej interakcii, ktorá prakticky zbavuje častice možnosti pohybu: oscilujú okolo určitej rovnovážnej polohy. Zachovávajú si svoj tvar a objem. Vlastnosti kvapalín vysvetľuje aj ich štruktúra. Častice hmoty v kvapalinách interagujú menej intenzívne ako v pevných látkach, a preto môžu skokovo meniť svoje umiestnenie - kvapaliny si nezachovávajú svoj tvar - sú tekuté. Kvapaliny si zachovávajú objem. Plyn je súbor molekúl pohybujúcich sa náhodne vo všetkých smeroch nezávisle od seba. Plyny nemajú svoj vlastný tvar, zaberajú celý objem, ktorý im je poskytnutý a sú ľahko stlačiteľné. Existuje ďalší stav hmoty – plazma. Plazma je čiastočne alebo úplne ionizovaný plyn, v ktorom sú hustoty kladných a záporných nábojov takmer rovnaké. Pri dostatočnom zahriatí sa akákoľvek látka vyparí a zmení sa na plyn. Ak sa teplota ďalej zvýši, proces tepelnej ionizácie sa prudko zvýši, t. j. molekuly plynu sa začnú rozkladať na svoje základné atómy, ktoré sa potom premenia na ióny. Ideálny plynový model. Vzťah medzi tlakom a priemernou kinetickou energiou. Na objasnenie zákonitostí, ktorými sa riadi správanie látky v plynnom stave, sa uvažuje s idealizovaným modelom reálnych plynov, ideálneho plynu. Ide o plyn, ktorého molekuly sa považujú za hmotné body, ktoré spolu neinteragujú na diaľku, ale interagujú medzi sebou a so stenami nádoby pri zrážkach. Ideálny plyn – je to plyn, ktorého interakcia medzi molekulami je zanedbateľná. (Ec>>Er) Ideálny plyn je model vynájdený vedcami na pochopenie plynov, ktoré v skutočnosti pozorujeme v prírode. Nesmie popisovať žiadny plyn. Neplatí, keď je plyn vysoko stlačený, keď sa plyn stáva kvapalným. Reálne plyny sa správajú ako ideálne plyny, keď je priemerná vzdialenosť medzi molekulami mnohonásobne väčšia ako ich veľkosti, t.j. pri dostatočne vysokých tlakoch. Ideálne vlastnosti plynu:
Stav určitej hmotnosti plynnej látky charakterizujú vzájomne závislé fyzikálne veličiny tzv stavové parametre. Tie obsahujú objemV, tlakpa teplotuT. Objem plynu označené V. Objem plyn sa vždy zhoduje s objemom nádoby, ktorú zaberá. SI jednotka objemu m 3. Tlak– fyzikálne množstvo rovnajúce sa pomeru silyFpôsobiace na plošný prvok kolmý naň, na plochuStento prvok. p = F/ S Jednotka tlaku v SI pascal[Pa] Doteraz sa používali mimosystémové jednotky tlaku: technická atmosféra 1 at = 9,81-104 Pa; fyzická atmosféra 1 atm = 1,013-105 Pa; milimetrov ortuti 1 mmHg článok = 133 Pa; 1 atm = = 760 mmHg čl. = 1013 hPa. Ako vzniká tlak plynu? Každá molekula plynu, ktorá narazí na stenu nádoby, v ktorej sa nachádza, pôsobí na stenu krátkou silou určitou silou. V dôsledku náhodných nárazov na stenu sa sila všetkých molekúl na jednotku plochy steny rýchlo mení s časom vzhľadom na určitú (priemernú) hodnotu. Tlak plynuvzniká v dôsledku chaotických dopadov molekúl na steny nádoby, v ktorej sa plyn nachádza. Pomocou modelu ideálneho plynu je možné vypočítať tlak plynu na stenu nádoby. V procese interakcie molekuly so stenou cievy medzi nimi vznikajú sily, ktoré sa riadia tretím Newtonovým zákonom. Výsledkom je, že projekcia υ X rýchlosť molekuly kolmo na stenu zmení svoje znamienko na opačné a priemet υ r rýchlosť rovnobežná so stenou zostáva nezmenená. Prístroje na meranie tlaku sa nazývajú manometre. Tlakomery zaznamenávajú časovo spriemerovanú tlakovú silu na jednotku plochy jeho citlivého prvku (membrány) alebo iného tlakového prijímača.
Kvapalinové manometre:
Kovový tlakomer- na meranie vysokých tlakov. Jeho hlavnou časťou je zakrivená trubica A, ktorej otvorený koniec je prispájkovaný k trubici B, cez ktorú prúdi plyn, a uzavretý koniec je spojený so šípkou. Plyn vstupuje cez kohútik a trubicu B do trubice A a uvoľňuje ju. Voľný koniec rúrky, ktorý sa pohybuje, poháňa prevodový mechanizmus a šípku. Stupnica je odstupňovaná v jednotkách tlaku.
Základná rovnica molekulovo-kinetickej teórie ideálneho plynu. Základná rovnica MKT: tlak ideálneho plynu je úmerný súčinu hmotnosti molekuly, koncentrácii molekúl a strednej štvorci rýchlosti molekúl p= 1/3m 0· n v 2 m 0 je hmotnosť jednej molekuly plynu; n = N/V je počet molekúl na jednotku objemu alebo koncentrácia molekúl; v 2 - stredná kvadratická rýchlosť molekúl. Pretože priemerná kinetická energia translačného pohybu molekúl je E \u003d m 0 * v 2 / 2, potom vynásobením základnej rovnice MKT 2 dostaneme p \u003d 2/3 n (m 0 v 2) / 2 \ u003d 2/3 E n p = 2/3 E n Tlak plynu sa rovná 2/3 priemernej kinetickej energie translačného pohybu molekúl obsiahnutých v jednotkovom objeme plynu. Pretože m 0 n = m 0 N/V = m/V = ρ, kde ρ je hustota plynu, máme p= 1/3 ρv 2 Spojené plynové právo. Makroskopické veličiny, ktoré jednoznačne charakterizujú stav plynu, sa nazývajútermodynamické parametre plynu. Najdôležitejšie termodynamické parametre plynu sú jehoobjemV, tlak p a teplota T. Každá zmena skupenstva plynu sa nazývatermodynamický proces. V akomkoľvek termodynamickom procese sa menia parametre plynu, ktoré určujú jeho stav. Pomer medzi hodnotami určitých parametrov na začiatku a na konci procesu sa nazývaplynárenský zákon. Plynový zákon vyjadrujúci vzťah medzi všetkými tromi parametrami plynu sa nazývajednotný zákon o plyne. p = nkT Pomer p = nkT ktorý dáva do súvisu tlak plynu s jeho teplotou a koncentráciou molekúl, bol získaný pre model ideálneho plynu, ktorého molekuly interagujú medzi sebou a so stenami nádoby len pri pružných zrážkach. Tento pomer možno zapísať aj inou formou, pričom sa vytvorí vzťah medzi makroskopickými parametrami plynu - objemom V, tlak p, teplota T a množstvo hmoty ν. Ak to chcete urobiť, musíte použiť rovnosti kde n je koncentrácia molekúl, N je celkový počet molekúl, V je objem plynu Potom dostaneme buď Pretože N zostáva nezmenené pri konštantnej hmotnosti plynu, Nk je konštantné číslo, čo znamená Pri konštantnej hmotnosti plynu má súčin objemu a tlaku, delený absolútnou teplotou plynu, rovnakú hodnotu pre všetky stavy tejto hmotnosti plynu. Rovnicu stanovujúcu vzťah medzi tlakom, objemom a teplotou plynu získal v polovici 19. storočia francúzsky fyzik B. Clapeyron a často sa nazýva Claiperonova rovnica. Claiperonova rovnica môže byť napísaná v inej forme. p = nkt, vzhľadom na to
Tu N je počet molekúl v nádobe, ν je množstvo látky, N A je Avogadrova konštanta, m je hmotnosť plynu v nádobe, M je molárna hmotnosť plynu. V dôsledku toho dostaneme:
Súčin Avogadrovej konštanty N A byBoltzmannova konštantak sa volá univerzálna (molárna) plynová konštanta a je označený písmenom R. Jeho číselná hodnota v SI R= 8,31 J/mol K Pomer
volal stavová rovnica ideálneho plynu. V podobe, v akej sme ju dostali, ju prvýkrát nahral D. I. Mendelejev. Preto sa nazýva stavová rovnica plynu Clapeyron-Mendelejevova rovnica.` Pre jeden mól akéhokoľvek plynu má tento pomer tvar: pV=RT Poďme nainštalovať fyzikálny význam molárnej plynovej konštanty. Predpokladajme, že v určitom valci pod piestom pri teplote E je 1 mol plynu, ktorého objem je V. Ak sa plyn izobaricky (pri konštantnom tlaku) zohreje o 1 K, piest vystúpi do výšky Δh. a objem plynu sa zvýši o ΔV. Napíšeme rovnicu pV= RT pre ohriaty plyn: p (V + ΔV) = R (T + 1) a od tejto rovnice odčítajte rovnicu pV=RT zodpovedajúcu stavu plynu pred zahriatím. Dostaneme pΔV = R ΔV = SΔh, kde S je základná plocha valca. Dosaďte do výslednej rovnice: pS = F je tlaková sila. Dostaneme FΔh = R a súčinom sily a posunutia piesta FΔh = A je práca posunutia piesta, vykonaná touto silou proti vonkajším silám pri expanzii plynu. Touto cestou, R = A. Univerzálna (molárna) plynová konštanta sa číselne rovná práci, ktorú vykoná 1 mól plynu, keď sa izobaricky zahreje o 1 K.  
|
