Tekanan adalah besaran fisik yang memainkan peran khusus dalam alam dan kehidupan manusia. Fenomena ini, yang tidak terlihat oleh mata, tidak hanya mempengaruhi keadaan lingkungan, tetapi juga sangat dirasakan oleh semua orang. Mari kita cari tahu apa itu, jenis apa yang ada dan bagaimana menemukan tekanan (rumus) di lingkungan yang berbeda.
Apa yang disebut tekanan dalam fisika dan kimia
Istilah ini mengacu pada besaran termodinamika yang penting, yang dinyatakan sebagai rasio gaya tekanan yang diberikan secara tegak lurus dengan luas permukaan di mana ia bekerja. Fenomena ini tidak tergantung pada ukuran sistem di mana ia beroperasi, oleh karena itu mengacu pada besaran intensif.
Dalam keadaan setimbang, menurut hukum Pascal, tekanan adalah sama untuk semua titik dalam sistem.
Dalam fisika dan kimia, ini dilambangkan dengan huruf "P", yang merupakan singkatan dari nama latin istilah - pressūra.
Jika kita berbicara tentang tekanan osmotik suatu cairan (keseimbangan antara tekanandi dalam dan di luar kandang), huruf "P" digunakan.
Satuan tekanan
Menurut standar sistem SI Internasional, fenomena fisik yang dipertimbangkan diukur dalam pascal (Sirilik - Pa, Latin - Ra).
Berdasarkan rumus tekanan, ternyata satu Pa sama dengan satu N (newton - satuan gaya) dibagi satu meter persegi (satuan luas).
Namun, dalam praktiknya, agak sulit untuk menerapkan pascal, karena satuan ini sangat kecil. Dalam hal ini, selain standar SI, nilai ini dapat diukur dengan cara yang berbeda.
Di bawah ini adalah analognya yang paling terkenal. Kebanyakan dari mereka banyak digunakan di bekas Uni Soviet.
- Bar. Satu batang sama dengan 105 Pa.
- Torr, atau milimeter air raksa. Kira-kira satu Torr sesuai dengan 133.3223684 Pa.
- Milimeter kolom air.
- Meter kolom air.
- Suasana teknis.
- Suasana fisik. Satu atm sama dengan 101,325 Pa dan 1,033233 at.
- Kilogram-gaya per sentimeter persegi. Ada juga ton-force dan gram-force. Selain itu, ada gaya pound analog per inci persegi.
Rumus umum tekanan (fisika kelas 7)
Dari definisi besaran fisis tertentu, Anda dapat menentukan metode untuk menemukannya. Tampilannya seperti foto di bawah ini.
Di dalamnya, F adalah gaya, dan S adalah luas. Dengan kata lain, rumus untuk mencari tekanan adalah gaya dibagi dengan luas permukaan di mana iamempengaruhi.
Dapat juga ditulis seperti ini: P=mg / S atau P=pVg / S. Dengan demikian, besaran fisis ini berhubungan dengan variabel termodinamika lain: volume dan massa.
Untuk tekanan, berlaku prinsip berikut: semakin kecil ruang yang dipengaruhi oleh gaya, semakin besar jumlah gaya tekan yang dimilikinya. Namun, jika area bertambah (dengan gaya yang sama), nilai yang diinginkan berkurang.
Rumus tekanan hidrostatik
Keadaan agregat zat yang berbeda, memberikan keberadaan sifat-sifatnya yang berbeda satu sama lain. Berdasarkan ini, metode untuk menentukan P di dalamnya juga akan berbeda.
Misalnya, rumus tekanan air (hidrostatik) terlihat seperti ini: P=pgh. Ini juga berlaku untuk gas. Namun, tidak dapat digunakan untuk menghitung tekanan atmosfer, karena perbedaan ketinggian dan kepadatan udara.
Dalam rumus ini, p adalah kerapatan, g adalah percepatan gravitasi, dan h adalah ketinggian. Berdasarkan hal ini, semakin dalam suatu benda atau benda tenggelam, semakin tinggi tekanan yang diberikan padanya di dalam cairan (gas).
Varian yang dipertimbangkan adalah adaptasi dari contoh klasik P=F / S.
Jika kita ingat bahwa gaya sama dengan turunan massa dengan kecepatan jatuh bebas (F=mg), dan massa zat cair adalah turunan volume dengan kerapatan (m=pV), maka rumus tekanan dapat ditulis sebagai P=pVg / S. Dalam hal ini, volume adalah luas dikalikan dengan tinggi (V=Sh).
Jika Anda memasukkan data ini, ternyata luas di pembilang danpenyebutnya bisa diperkecil dan outputnya - rumus di atas: P=pgh.
Mempertimbangkan tekanan dalam cairan, perlu diingat bahwa, tidak seperti padatan, lapisan permukaan sering kali dapat terdistorsi di dalamnya. Dan ini, pada gilirannya, berkontribusi pada pembentukan tekanan tambahan.
Untuk situasi seperti itu, rumus tekanan yang sedikit berbeda digunakan: P=P0 + 2QH. Dalam hal ini P0 adalah tekanan lapisan tidak melengkung, dan Q adalah tegangan permukaan cairan. H adalah kelengkungan rata-rata permukaan, yang ditentukan oleh Hukum Laplace: H=(1/R1+ 1/R2). Komponen R1 dan R2 adalah jari-jari kelengkungan utama.
Tekanan parsial dan rumusnya
Meskipun metode P=pgh dapat diterapkan untuk cairan dan gas, lebih baik untuk menghitung tekanan pada yang terakhir dengan cara yang sedikit berbeda.
Faktanya adalah bahwa di alam, sebagai suatu peraturan, zat yang benar-benar murni tidak terlalu umum, karena campuran mendominasi di dalamnya. Dan ini tidak hanya berlaku untuk cairan, tetapi juga untuk gas. Dan seperti yang Anda ketahui, masing-masing komponen ini memberikan tekanan yang berbeda, yang disebut tekanan parsial.
Cukup mudah dikenali. Ini sama dengan jumlah tekanan masing-masing komponen campuran yang ditinjau (gas ideal).
Dari sini maka rumus tekanan parsial terlihat seperti ini: P=P1+ P2+ P 3… dan seterusnya, sesuai dengan jumlah komponen.
Sering kali perlu menentukan tekanan udara. Namun, beberapa secara keliru melakukan perhitungan hanya dengan oksigen sesuai dengan skema P=pgh. Tapi udara adalah campuran gas yang berbeda. Ini mengandung nitrogen, argon, oksigen dan zat lainnya. Berdasarkan situasi saat ini, rumus tekanan udara adalah jumlah dari tekanan semua komponennya. Jadi, Anda harus mengambil di atas P=P1+ P2+ P3…
Pengukur tekanan paling umum
Meskipun menghitung besaran termodinamika tidak sulit dengan menggunakan rumus di atas, terkadang tidak ada waktu untuk melakukan perhitungan. Bagaimanapun, Anda harus selalu mempertimbangkan banyak nuansa. Oleh karena itu, demi kenyamanan, sejumlah perangkat telah dikembangkan selama berabad-abad untuk melakukan ini, bukan manusia.
Bahkan, hampir semua perangkat semacam ini adalah jenis manometer (membantu menentukan tekanan dalam gas dan cairan). Namun, mereka berbeda dalam desain, akurasi, dan cakupan.
- Tekanan atmosfer diukur menggunakan pengukur tekanan yang disebut barometer. Jika perlu untuk menentukan vakum (yaitu, tekanan di bawah tekanan atmosfer), digunakan versi lain, pengukur vakum.
- Untuk mengetahui tekanan darah seseorang, digunakan tensimeter. Bagi kebanyakan orang, ini lebih dikenal sebagai tonometer non-invasif. Ada banyak jenis perangkat semacam itu: dari mekanik merkuri hingga digital otomatis penuh. Keakuratan mereka tergantung pada bahan dari mana mereka dibuat dan di mana mereka diukur.
- Tekanan turun di lingkungan (menurutBahasa Inggris - penurunan tekanan) ditentukan menggunakan pengukur tekanan diferensial atau difnamometer (jangan dikelirukan dengan dinamometer).
Jenis tekanan
Mempertimbangkan tekanan, rumus untuk menemukannya dan variasinya untuk zat yang berbeda, ada baiknya mempelajari variasi kuantitas ini. Ada lima dari mereka.
- Mutlak.
- Barometrik
- Kelebihan.
- Vakuometrik.
- Diferensial.
Mutlak
Ini adalah nama tekanan total di mana suatu zat atau benda berada, tanpa memperhitungkan pengaruh komponen gas atmosfer lainnya.
Diukur dalam pascal dan merupakan jumlah kelebihan dan tekanan atmosfer. Ini juga perbedaan antara tipe barometrik dan vakum.
Dihitung dengan rumus P=P2 + P3 atau P=P2- R4.
Untuk titik acuan tekanan absolut dalam kondisi planet Bumi, diambil tekanan di dalam wadah tempat udara dikeluarkan (yaitu, vakum klasik).
Hanya jenis tekanan ini yang digunakan di sebagian besar rumus termodinamika.
Barometrik
Istilah ini mengacu pada tekanan atmosfer (gravitasi) terhadap semua benda dan benda yang terdapat di dalamnya, termasuk permukaan bumi itu sendiri. Hal ini juga dikenal sebagian besar sebagai atmosfer.
Ini diklasifikasikan sebagai parameter termodinamika, dan nilainya bervariasi tergantung pada tempat dan waktu pengukuran, serta kondisi cuaca dan berada di atas / di bawah permukaan laut.
Nilai tekanan barometriksama dengan modulus gaya atmosfer pada luas kesatuan sepanjang garis normalnya.
Dalam atmosfer yang stabil, besarnya fenomena fisik ini sama dengan berat kolom udara di atas alas dengan luas sama dengan satu.
Tekanan barometrik normal - 101.325 Pa (760 mm Hg pada 0 derajat Celcius). Selain itu, semakin tinggi objek dari permukaan bumi, semakin rendah tekanan udara di atasnya. Setiap 8 km berkurang 100 Pa.
Berkat properti di pegunungan ini, air dalam ceret mendidih lebih cepat daripada di rumah di atas kompor. Faktanya adalah bahwa tekanan mempengaruhi titik didih: dengan penurunannya, yang terakhir berkurang. Dan sebaliknya. Pekerjaan peralatan dapur seperti pressure cooker dan autoclave dibangun di properti ini. Peningkatan tekanan di dalamnya berkontribusi pada pembentukan suhu yang lebih tinggi di piring daripada di panci biasa di atas kompor.
Rumus ketinggian barometrik digunakan untuk menghitung tekanan atmosfer. Tampilannya seperti foto di bawah ini.
P adalah nilai yang diinginkan pada ketinggian, P0 adalah kerapatan udara di dekat permukaan, g adalah percepatan jatuh bebas, h adalah ketinggian di atas Bumi, m adalah massa molar gas, t adalah suhu sistem, r adalah konstanta gas universal 8,3144598 J⁄(mol x K) dan e adalah bilangan Euclair sama dengan 2,71828.
Seringkali, dalam rumus tekanan atmosfer di atas, sebagai ganti R, K digunakanadalah konstanta Boltzmann. Konstanta gas universal sering dinyatakan dalam produk dengan bilangan Avogadro. Lebih mudah untuk menghitung jika jumlah partikel diberikan dalam mol.
Saat membuat perhitungan, Anda harus selalu memperhitungkan kemungkinan perubahan suhu udara karena perubahan situasi meteorologis atau saat mendaki di atas permukaan laut, serta garis lintang geografis.
Gage dan pengukur vakum
Perbedaan antara tekanan atmosfer dan tekanan sekitar yang diukur disebut tekanan berlebih. Tergantung pada hasilnya, nama nilainya berubah.
Jika positif, disebut tekanan gauge.
Jika hasil yang diperoleh bertanda minus, maka disebut vakum. Perlu diingat bahwa itu tidak boleh lebih dari barometrik.
Diferensial
Nilai ini adalah perbedaan tekanan pada titik pengukuran yang berbeda. Sebagai aturan, ini digunakan untuk menentukan penurunan tekanan pada peralatan apa pun. Hal ini terutama berlaku di industri minyak.
Setelah mengetahui besaran termodinamika seperti apa yang disebut tekanan dan dengan rumus apa itu ditemukan, kita dapat menyimpulkan bahwa fenomena ini sangat penting, dan oleh karena itu pengetahuan tentangnya tidak akan pernah berlebihan.
