Что такое давление 1 атмосфера
Перейти к содержимому

Что такое давление 1 атмосфера

  • автор:

Сколько атмосфер в 1 баре

Название единицы измерения давления бар происходит от греческого слова, означающего тяжесть. Производная этой единицы, миллибар, часто применяется в метеорологии.

Бар относится к категории единиц, определяющейся через единицы силы и площади. Существует две одноименные единицы, называемые баром. Одна из них – это единица измерения давления, принятая в физической системе единиц СГС (сантиметр, грамм, секунда). Определяется эта единица как 1 дин/см2, где 1 дин – принятая в системе единица измерения силы.

Также под 1 баром подразумевают внесистемную, метеорологическую единицу, называемую также стандартной атмосферой. Соотношение между двумя барами такое — 1 бар или 1 стандартная атмосфера равна 106 дин/см2.

Помимо стандартной атмосферы, на практике используются техническая (метрическая) атмосфера и физическая (нормальная) атмосфера. Техническая или метрическая атмосфера используется в технической системе единиц МКГСС. Также оно обозначается кгс/см2. Техническая атмосфера определяется как давление, производимое силой 1 кгс, направленной перпендикулярно и распределенной равномерно, на плоскую поверхность площадью 1 см2. Соотношение между баром и технической атмосферой таково – 1 бар = 1,0197 кгс/см2.

Нормальная атмосфера является внесистемной единицей, раной давлению на поверхности Земли. Она определяется, как давление, уравновешенное столбом ртути высотой 760 мм, при 0 градусов Цельсия, нормальной плотности ртути и нормальном ускорении свободного падения. Соотношение между баром и нормальной или физической атмосферой таково – 1 бар = 0,98692 атм.

Зачастую для быстрых и удобных расчетов не требуется высокая точность. Поэтому приведенные выше значения могут быть округлены в зависимости от того, какой погрешность вы готовы допустить в измерениях.

Допуская ошибку в 0,5%, можно принять 1 бар равным 0,98 атм. или 1,02 кгс/см2. Если пренебречь разницей между технической атмосферой и баром (стандартной атмосферой), то погрешность составит 2%. А, допуская ошибку в 3%, можно считать физическую и стандартную атмосферу равными друг другу.

Основные понятия и определения давления

Давление — это физическая величина, характеризующая интенсивность механического воздействия среды на поверхность тела в направлении, перпендикулярном к этой поверхности. Давление численно равно отношению усредненной перпендикулярной составляющей силы к величине поверхности:

где P — давление;
Fn — усредненная перпендикулярная составляющая силы;
S — площадь поверхности, где эта сила действует.

Физический смысл давления не сводится только к механической нагрузке, которую оказывает жидкость или газ на стенки трубопровода или резервуара. Давление является одной из ключевых теплотехнических величин и определяет:
• скорость и направление движения жидких и газообразных сред,
• плотность газов,
• агрегатное состояние вещества при заданной температуре,
• скорость и направление протекания многих химических реакций.

От той роли, которую играет давление в конкретном технологическом процессе, зависят требования к средствам измерения давления.

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ:

Единицей давления в системе СИ является 1 Н/м² = 1 кг/(м·с²) . Данная единица имеет специальное наименование «паскаль» и обозначение «Па» (международное обозначение — «Pa»). Согласно паскаль вместе со своими десятичными кратными и дольными единицами (кПа, МПа ) является единственной допущенной к применению в технике единицей давления.
Однако в силу традиций, а также соображений удобства (1 Па — слишком маленькая единица для большинства практических целей) на производстве до сих пор применяется ряд внесистемных единиц давления:
• « на квадратный сантиметр», называемая также «технической атмосферой» (1 ат = 1 кгс/см² = 98,0665 кПа);
• « на квадратный метр», численно равная «миллиметру водяного столба» (1 мм вод.ст. = 1 кгс/м² = 9,80665 Па);
• «миллиметр ртутного столба» или «торр» (1 мм рт. ст. = 1 торр = 133,322 Па);
• «бар» (1 бар = 100 кПа = 0,1 МПа);
• «физическая атмосфера» (1 атм = 760 мм рт. ст. = 101,325 кПа).

У приборов производства США, Великобритании и других стран давление указывается в единицах системы мер, принятых в этих странах:
• «psi» — «фунт силы на квадратный дюйм» (1 psi = 6,894757 кПа),
• «inH2O» — «дюйм водяного столба» (1 inH2O = 249,089 Па)

ВИДЫ ДАВЛЕНИЯ:

В зависимости от начала и направления отсчета различают следующие виды давления:

абсолютное давление (Р абс .) соответствует определению давления, данному выше. Нулевое абсолютное давление имеет полный вакуум, который на практике недостижим. Отрицательных значений абсолютное давление принимать не может. Именно абсолютное давление используется во всех формулах молекулярной физики и термодинамики, в частности, при расчете плотности газов, при определении агрегатного состояния вещества

атмосферное давление (Р атм .) — это абсолютное давление атмосферного воздуха у поверхности Земли. Атмосферное давление зависит от высоты над уровнем моря, ускорения свободного падения и метеоусловий и находится обычно в пределах 93…104 кПа (700…780 мм рт. ст.). Нормальное атмосферное давление принято равным 101,325 кПа (760 мм рт. ст., 1 атм).

избыточное давление (Р изб . = Р абс . — Р атм .) — измеряется относительно атмосферного. Нулевое избыточное давление означает равенство абсолютного давления среды и атмосферного давления. Положительное избыточное давление имеют среды с абсолютным давлением, большим, чем атмосферное. Отрицательное избыточное давление соответствует разреженным средам и вакууму и часто обозначается термином «вакууметрическое давление» (Р в = Р атм . — Р абс. = — Р изб .) или «разрежение». При этом под «избыточным давлением» понимается только давление, большее атмосферного.
Необходимо отметить, что никаких принципиальных отличий между давлениями, большими атмосферного и меньшими атмосферного, не существует. Поэтому в дальнейшем под избыточным давлением будет пониматься также и разрежение, кроме случаев, когда необходимо учитывать знак давления (пределы измерений датчиков ).

дифференциальное давление (∆Р = Р 2 — Р 1 ) — это разность давлений двух различных сред или одной среды в различных точках. В частности, избыточное давление (и разрежение) является дифференциальным давлением среды, измеренным относительно атмосферы. Поэтому любое средство измерения разности давлений может быть использовано для измерения избыточного давления и разрежения.

СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ РАЗЛИЧНЫМИ ВИДАМИ ДАВЛЕНИЯ:

Атмосфера (единица давления)

Атмосфе́ра — внесистемная единица давления. Нормальная атмосфера (физическая атмосфера) обозначается атм (atm) — давление, уравновешиваемое столбом ртути высотой 760 мм при 0 °С, при плотности ртути 13595, 1 кг/куб.м и нормальном ускорении свободного падения 9, 80665 м/сек2. Она равна 101 325 Па или 760 мм ртутного столба или 10 332 мм водяного столба (1, 0332 ат). 1 атм соответствует давлению стандартной атмосферы Земли на уровне океана.

Техническая атмосфера обозначается ат (at) — давление, которое испытывает плоская горизонтальная поверхность площадью в 1 кв.см под действием равномерно распределенной нагрузки в 1 кгс. Техническая атмосфера (ат) равна 1 кгс/кв.см или 735, 56 мм ртутного столба, или 104 мм водяного столба, или 98066, 5 Па. В Международной системе единиц единицей давления служит н/кв.м (ньютон на кв.м). 1 атм равен 1, 0332 aт или 101325 н/кв.м. 1 ат равен 0, 967841 атм или 980665 н/кв.м.

Дополнительная литература

  • Аверкиев М. С. Метеорология. М., 1960.
  • Данилов А. Д. Химия, атмосфера и космос. Л., 1968.
  • Ратклифф Дж. Введение в физику ионосферы и магнитосферы. М., 1975.
  • Вайсберг Дж. Погода на Земле. Метеорология. Л., 1980.
  • Воронцов-Вельяминов Б. А. Очерки о Вселенной. М., 1980.
  • Матвеев Л. Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. Л., 1984.
  • Астапенко П. Д. Вопросы о погоде. Л., 1986.
  • Хромов С. П., Петросянц М. А. Метеорология и климатология. М., 1994.

Единицы измерения атмосферного давления

Атмосфера — это оболочка из воздуха, которая окружает Землю. Ее толщина несколько тысяч километров.

В результате действия силы тяжести верхние слои воздуха сжимают нижние. Слой воздуха, находящийся около Земли испытывает наибольшее сжатие. В соответствии с законом Паскаля, этот слой атмосферы передает давление, которое производится на него по всем направлениям. В результате чего поверхность Земли и все объекты, находящиеся на ней испытывают давление всей толщины воздуха. Давление, которое производит атмосфера на все тела, называется атмосферным давлением. Человек не замечает давления атмосферы, так как давление внутри равно давлению снаружи.

Паскали (Па) — единицы измерения атмосферного давления.

Как и для любого другого вида давления, паскали (Па) — единицы измерения атмосферного давления.

Вычислить величину атмосферного давления по формуле для нахождения давления столба жидкости не представляется возможным. Для подобного расчета следует знать высоту атмосферы и плотность воздуха. Но четко определённой границы у атмосферы нет, а плотность воздуха изменяется с высотой. Атмосферное давление находят экспериментально. Хорошо известен опыт Торричелли по измерению давления атмосферы. Ученый брал трубку из стекла длиной в 1 метр, запаянную с одного конца. Наполнял ее ртутью. Плотно закрывал открытый конец трубки, переворачивал ее опускал открытый конец в сосуд со ртутью, открывал его. Часть рту вылилась, но часть оставалась в трубке. Измерялась высота столба оставшейся ртути. Получалось, что она равна примерно 760 мм. Торричелли высказал предположение, что атмосфера оказывает давление на поверхность ртути в чашке. Ртуть в чашке и трубке находится в равновесии, значит давление столба ртути равно давлению атмосферы. При увеличении атмосферного давления увеличивалась высота вертикального столбика ртути. В рассматриваемом случае логично за единицу давления принять один миллиметр ртутного столба (1 мм рт. ст.).

И так, паскаль и миллиметр ртутного столба — единицы измерения атмосферного давления. Используя формулу для вычисления давления ($p$) столба жидкости:

\[p=\rho gh\ \left(1\right),\]

где $\rho $ — плотность жидкости (у нас ртути $\rho =13600\ \frac$), $g$ — ускорения свободного падения; $h$ — высота столбика жидкости (у нас ртути). Получаем, что давление, которое оказывает столб ртути в 1 мм равно:

\[1мм\ рт.ст.\ =133,3\ Па.\]

Нормальным считают давление атмосферы равным 760 мм рт. ст. или 1013 гПа (гПа — гектопаскаль).

Если трубку Торричелли снабдить вертикальной шкалой, то получится простейший ртутный барометр, который можно использовать для измерения атмосферного давления.

Существует внесистемная единица измерения давления, которая называется атмосферой, это давление на поверхности Земли на уровне Мирового океана. Различают техническую атмосферу ($p=98066,5\ Па$) и физическую атмосферу ($p=101325\ .$).

Иногда используют внесистемную единицу измерения давления бар. Нормальное атмосферное давление равно:

Используют и метры водяного столба (м.вод.ст.) для измерения давления, в том числе атмосферного, при этом:

\[1\ ат=10\ м\ вод.\ ст.\]

Мы получили: паскали, миллиметры ртутного столба, метры водяного столба, бары — единицы измерения атмосферного давления.

Примеры задач с решением

Задание. При температуре $t_1=$300С барометр показывал атмосферное давление $p_1=$730 мм рт.ст. При температуре $t_2=$-300С показания барометра были: $p_2=$780 мм рт. ст. Найдите отношение плотности воздуха при данных температурах ($\frac_2>_1>$). Считайте при заданных условиях воздух идеальным газом.

Решение. За основу решения задачи примем уравнение Менделеева — Клапейрона:

Выразим плотность воздуха из (1.1) для первого и второго состояний:

Найдем отношение плотностей:

Для вычисления отношения плотностей следует заданные температуры перевести, используя соотношение:

тогда $T_1=303\ К;;\ T_2=243\ К.$ Давление переводить в единицы системы СИ не обязательно, так как в числителе и знаменателе будет стоять один и тот же множитель. Проведем вычисления:

Ответ. $\frac_2>_1>\approx 1,33$

Задание. Барометр анероид показывает, что атмосферное давление равно 101300 Па. Какова высота столба ртути, установленной вертикально (рис.1)?

Единицы измерения атмосферного давления, пример 1

Решение. Барометр анероид показывает нормальное атмосферное давление $p=$101300 Па. Так как жидкость в трубке и чашке находится в состоянии равновесия, следовательно, давление столбика ртути в трубке равно давлению, которое атмосфера оказывает на поверхность ртути в чаше, это означает, что давление столбика ртути в трубке равно $p=$101300 Па, исходя из формулы:

\[p=\rho gh\ \left(2.1\right).\]

Выразим высоту столика ртути в трубке:

Плотность ртути равна $\rho =13600\ \frac$, $g=9,8\ \frac$, вычислим высоту столба ртути:

Ответ. $h=760$ мм

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *