Гидрогазодинамика
Абсолютное давление — это давление газов, отсчитываемое от абсолютного нуля давления — абсолютного вакуума, такого как в космическом пространстве. Т.е. точка отсчета - давление в открытом космосе. Так как точка отсчета взято самое наименьшее значение из возможных, оно всегда положительно. "Абсолютное давление" параметр который практически не применяется в науке и технике, за редким исключением. Относительное давление — это разница между давлением в системе (например в баллоне) и внешним давлением атмосферы или любой среды (воздуха, воды, газов или жидкостей). Т.е. точка отсчета это среднее давление на поверхности нашей планеты, которое в среднем принято равным 760 мм ртутного столба. (101325 Паскалей).
Относительное давление может быть больше или меньше атмосферного. Большее давление относительно атмосферного давления измеряет манометр (положительное давление), а меньшее давление относительно атмосферного измеряет вакуумметр (разряжение, вакуум, отрицательное давление).
Приведем простой пример.
Мы откачали из баллона воздух, создав глубокий и холодный вакуум, открыли вентиль, какой процесс начал происходить ?
Относительно среды внутри баллона, вакуум начал засасывать внешний воздух атмосферы выравнивая баланс;
Относительно внешней атмосферы сама атмосфера начинает заталкивать воздух внутрь баллона выравнивая баланс;
Все два высказывания абсолютно верные, разница лишь в том, относительно чего описывать наш происходящий процесс.
Если точка отсчета давление в вакууме открытого космоса это абсолютное давление;
Если точка отсчета текущее давление на поверхности нашей планеты это относительное давление.
В зависимости от точки отсчета измерения давления, само давление мы будем называть абсолютным или относительным.
Давление выше или ниже атмосферного измеряет прибор манометр-вакуумметр, "нулем" которого является среднее давление на поверхности нашей планеты.
Любое давление ниже текущего атмосферного уже является вакуумом.
Возьмем велосипедный насос и закроем патрубок. Нажмем на ручку насоса она надавит поршень, воздух внутри сожмется, давление станет выше атмосферного, отпустим поршень и видим как поршень возвращается обратно, потому что сжатый воздух стремится прийти к начальному объему. Следовательно воздух сопротивляется сжатию.
Возьмем велосипедный насос, нажмем на ручку насоса она надавит поршень и выдавит весь воздух внутри. Заткнем патрубок. Вытянем поршень, внутри насоса будет создано разряжение, вакуум, давление станет ниже атмосферного, отпустим поршень и видим как поршень возвращается обратно, потому что разряженный воздух стремится прийти к начальному объему. Следовательно воздух сопротивляется разряжению.
Воздух сопротивляется изменению своего объема при сжатии и разряжении.
Каким образом вода в трубке с открытым низом удерживается на весу ?
Столб воды в трубке имеет вес, который имеет вектор (тянет) воду вниз. Так как система "вода трубка" герметична, то внутри трубки под действием силы тяжести столба воды образуется разряжение воздуха, который сопротивляется изменению своего объема, в результате чего столб воды удерживается на весу в трубке с открытым снизу концом, который соединяется с относительно постоянным давлением атмосферы. Поэтому столб воды оказывается "зажат" с двух сторон: снаружи атмосферным давлением, а изнутри разряжением. Вес столба воды уравновешивается давлением атмосферного воздуха снизу - это ерись, потому что давление ниже атмосферного внутри трубки уравновешивается давлением атмосферного воздуха снаружи под действием силы тяжести столба воды. Сделав вес столба воды или вес груза на картинке справа больше, сила тяжести создаст еще большее разряжение внутри трубки и на вакуумметре мы увидим еще большее значение вакуума, потому что не вес уравновешивается, а давление внутри и снаружи уравновешивается под действием веса ! Вес столба воды не измененный !
Упругость воздуха это свойство, при котором воздух сопротивляется изменению своего объема при сжатии, разряжении, изменении температуры или давления.
Воздух можно сжать, то есть уменьшить его объем при приложении давления выше атмосферного. Если высокое давление убрать, воздух расширится до первоначального объема, благодаря своей упругости.
Воздух можно расширить, то есть увеличить его объем при приложении давления ниже атмосферного (вакуум). Если низкое давление убрать, воздух сожмется до первоначального объема, благодаря своей упругости.
При понижении давления ниже атмосферного воздух разряжается и сопротивляется разряжению.
Поверхностное натяжение воды снизу и поверхностное вдавливание сверху следствие того, что вода под силой своей тяжести стремится вытечь, но разница давлений этому мешает. Натяжение воды в виде выпуклости воды не может быть причиной удержания столба воды, поверхностное натяжение воды это явление, которое происходит в следствии силы тяжести столба воды. Причиной удержания столба воды на весу является РАЗНИЦА давлений снаружи и внутри.
Таким образом поверхностное натяжение воды не сила, но явление, возникающее под действием силы тяжести.
Внутри трубки имеется давление ниже атмосферного, определенный объем воздуха, снаружи трубки другое давление внешнее атмосферное и оно условно остается постоянным. Теперь внутри трубки ты начинаешь понижать давление, ты фактически понижаешь объем воздуха, а воздух как всем известно стремится занять определенный объем, потому что воздух имеет предел расширения и имеет предел сжатия. Заметь, воздух не стремится занять "весь предоставленный ему объем" как раз таки в силу наличия этого предела расширения и предела сжатия. Уменьшая свой объем воздух стремится уменьшить и объем пространства внутри трубки где у нас вакуум и это является причиной того что столб воды будет подниматься если понижать давление внутри, понижать объем воздуха внутри трубки. Эта же причина и удерживает столб воды компенсируя силу тяжести.
На картинке два насоса к которым подвешен одинаковый груз по 10 кг.
Но поршень на насосе который слева пройдет расстояние 1 см, прежде чем остановится, а на картинке справа поршень пройдет 10 см или вообще дойдет до упора самого насоса. Это происходит потому, что воздух имеет предел сжатия и разряжения, после которого начинается его структурная деформация в виде изменения агрегатного состояния.
Сжатие воздуха равно как и его разряжение имеет предел.
Следовательно имеет значение первоначальный объем где начал образовываться вакуум. Чем больше этот начальный объем воздуха, тем глубже вакуум будет получаться и тем больший вес он сможет удерживать. Поршень двигаясь вниз, какой бы не была сила, какой бы мы не подвесили груз создаст только определенное значение вакуума. Таким образом воздух имеет предел сжатия и следовательно предел расширения, свыше которых начинается переходной (фазовый) процесс изменения агрегатного состояния.
Барометр и термометр из стеклянной трубки с водой
- Берем стеклянную трубку 30 см длинной и 0,5 см диаметром, опускаем ее в воду, закрываем верхнее отверстие пальцем и поднимаем трубку вместе с водой.
- Столб воды в трубке удерживается на весу за счет разницы давлений - внешнего атмосферного и разряжения (вакуума) внутри трубки.
- Изменение внешнего давления атмосферы изменяет разницу давлений и следовательно изменит уровень воды.
- Нарисуем деления в миллиметрах на трубке и цифры - теперь этот прибор мы назовем барометром.
- При повышении внешнего атмосферного давления уровень воды в трубке поднимется;
- При понижении внешнего атмосферного давления - уровень воды в трубке опустится;
Следовательно мы получили простой барометр - прибор для измерения внешнего атмосферного давления.
Теперь сообщим трубке высокую температуру и нагреем трубку горячим воздухом. Воздух внутри трубки расширится и опустит уровень воды.
Охладим трубку холодным воздухом. Воздух внутри трубки сожмется и поднимет уровень воды.
Следовательно мы получили простой термометр - прибор для измерения температуры окружающей среды (воздуха).
Обратите особое внимание Юные Техники, что повышение внешнего давления поднимает уровень воды в трубке, а при повышении внешней температуры воздуха уровень воды в трубке наоборот опускается.
И наоборот.
Понижение внешнего давления опускает уровень воды в трубке, а при понижении внешней температуры воздуха уровень воды в трубке наоборот поднимается.
Почему это так ?
В оригинальной шкале Цельсия температура замерзания воды принималась за 100 °C, а кипения воды — за 0°C. Эта шкала была перевернута каким то лохом Карлом Линнеем сразу после смерти Цельсия, и в таком виде используется по сей день.
Теперь если мы восстановим настоящую шкалу Цельсия то все станет на свои места:
При увеличении температуры или внешнего давления уровень воды в трубке барометра-термометра поднимется;
При уменьшении температуры или внешнего давления уровень в трубке барометра-термометра - опустится.
Так в чем была такая техническая необходимость вводить два названия одного и того же как веса и массы ?
При желании трубку мы можем опустить в чашу с водой или ртутью. Принцип его действия останется неизменным !
Чем давление воды отличается от веса столба воды ?
"Высота ртутного столба устанавливается на уровне, где сила тяжести ртути уравновешивается атмосферным давлением." - это ерись, потому что высота ртутного столба установится на уровне, который создает сила тяжести столба ртути уравновешивая разницу давлений снаружи и внутри. При разном весе ртути будет разной и сила тяжести и следовательно столб ртути создаст большее разряжение внутри трубки.
----------------------------------------------------------------
Возьмите жестяную банку и откачивайте из нее воздух, в какой то момент времени банка сожмется внутрь за счет разницы давлений: атмосферного снаружи и давления ниже атмосферного вакуума внутри.
Относительно атмосферного давления банку сжимает атмосферное давление снаружи;
Относительно низкого давления внутри банки уже само низкое давление стягивает стенки банки внутрь самой банки;
Относительно высокого давления снаружи и низкого давления внутри сжатие банки было вызвано разницей давлений снаружи и внутри
Возьмите длинную стрелянную трубку 30 см длинной и 0,3 см диаметром опустите ее наполовину в воду и закройте верхнее отверстие, поднимите трубку вместе с водой.
Вода не вытекает из трубки и удерживается на весу из-за разницы давлений:
первое давление это давление внешней атмосферы,
второе давление это давление ниже атмосферного внутри самой трубки между Вашим пальцем и водой.
Чем больше вес столба воды тем больший вакуум там будет создаваться. Т.е. столб воды удерживается разницей давлений, а теперь представьте что вместо Вашего пальца поршень который поднимается вверх поднимая вверх саму воду - засасывая ее. Опустите поршень и вода тоже опустится. Именно так работают все насосы периодически создавая давление выше и ниже атмосферного. Таким образом параметр который ограничивает подъем воды на определенную высоту является мера вакуума который способен создать насос, по сути высота подъема ограничена мощностью самого насоса.
Вес поднимаемой воды ограничивает мощность насоса или же мощность насоса ограничена высотой подъема воды ??
Конечно первое. Без вариантов.
Принцип работы насоса Ломоносова прост. Обратите внимание не "сифона", как его называют неучи на западе, а насоса Ломоносова у которого совершенно другой принцип работы.
Вес воды в левой части "весов" меньше, чем вес воды в правой части "весов", поэтому столб воды в правой части "весов" перевешивает вес воды в левой части, и поэтому вода сливается в банку 2 под действием большего веса столба воды, под действием большей силы тяжести столба воды. На картинке я предусмотрительно нарисовал весы и красную точку - центр равновесия весов. Это естественно проецирует единственно правильное понимание в голове того кто смотрит на эту картинку.
Вес столба воды в трубке без дна (основания) имеет вес как и любое тело, но когда дно у сосуда в наличии, вес распределяется по всему объему - "во все стороны одинаково".. Именно поэтому добавив в формулу "веса столба воды" площадь мы получим формулу для расчета давления воды. Объясни нам, почему ВЕС кирпича у тебя измеряется в ньютонах - в единицах измерения веса, а вес столба воды у тебя уже почему то измеряется в Паскалях - в единицах измерения давления, если и в том и в другом случае измеряется ВЕС ТЕЛА ???
Таким образом вес столба воды действует только на основание сосуда, а давление воды это тот же вес, но действующий во все стороны. Иными словами вес столба воды это составная часть полного веса давления воды. Однако вес кирпича на весах мы измеряем в Ньютонах, а вес столба воды уже измеряется в мере давления - Паскалях. Спрашивается, почему вес кирпича измеряется в одной размерности, а вес воды (воздуха) уже в других единицах, если мы измеряем вес и кирпича и воздуха с водой ?
полная формула выглядит так: Р = ρ*g*h*S
P = ρ*g*h - формула для расчета веса столба воды, веса действующего БЕЗ учета площади основания сосуда (S в формуле нет)
Таким образом вес столба воды действует только на основание сосуда, а давление воды это тот же вес, но действующий во все стороны.
Таким образом вес столба воды действует только на основание сосуда, а давление воды это тот же вес, но действующий во все стороны.
Вес тела в воде меньше, чем на воздухе, из-за действия выталкивающей силы Архимеда, которая направлена и выталкивает в сторону среды с меньшей плотностью, и которая равна весу вытесненной жидкости. Вода обладает большей плотностью, чем воздух, поэтому выталкивающая сила воды направлена в сторону воздуха, и это приводит к уменьшению веса тела в воде. Следуя этой логике, вес тела на воздухе меньше, чем в космическом вакууме, из-за действия выталкивающей силы Архимеда, которая направлена и выталкивает в сторону среды с меньшей плотностью, и которая равна весу вытесненного воздуха. Воздух обладает большей плотностью, чем вакуум, поэтому выталкивающая сила воздуха направлена в сторону космического вакуума, и это приводит к уменьшению веса тела на воздухе.
Вес в воде меньше, чем на воздухе, из-за действия выталкивающей силы, известной как сила Архимеда. Эта сила действует на тело, погруженное в жидкость (или газ), и направлена вверх, противодействуя силе тяжести. Поскольку вода гораздо плотнее воздуха, выталкивающая сила воды значительно больше, что и делает тело легче при погружении. Вес столба воды давит ТОЛЬКО на площадь дна стакана, а давление воды давит ТОЙ ЖЕ СИЛОЙ на всю внутреннюю поверхность стакана - и на дно и на стенки стакана. Но давление на стенки (по бокам) это тот же самый вес воды действующий в бок. Таким образом "вес столба воды" и "давление воды" это одно и тоже несмотря на то, что имеет разные размерности.
Набираем в гугле определения и снимаем инфу:
"Вес столба воды — это сила, с которой столб воды действует на площадь своего основания" "Давление воды — это сила, с которой вода действует на поверхность, на которую она давит. "
Из чего следует, что вес столба воды и давление столба воды это ОДНО И ТО ЖЕ, однако вес кирпича наши горе ученные измеряют в "ньютонах", а вес столба воды в паскалях..
Вес столба воды — это сила, с которой столб воды действует на площадь своего основания.
Давление воды — это сила, с которой вода действует на поверхность, на которую она давит. Это сила возникает под действием тяжести воды и измеряется в паскалях (Па) или атмосферах (атм). Когда Вы говорите "давление воды", Вы подразумеваете под этим вес самой воды, который оказывает давление (силу) на определенный сектор объема. Но когда Вы говорите "вес воды" Вы уже подразумеваете вес воды, который оказывает давление на определенный сектор площади. Поэтому размерность давления в размерности объема, а размерность веса в размерности площади.
Сила давления воды определяется весом столба воды, а вектор веса направлен в большей мере ВНИЗ, в меньшей мере по бокам, а вверх он вообще равен нулю. Так почему "закон паскаля" рассказывает сказки, что "давление воды действует во все стороны равнозначно" ???
Закон гидростатики был открыт Паскалем в 1653 году. Звучит закон так: давление на поверхность жидкости, которое передается внешними силами, передается в жидкости во всех направлениях одинаково. Другими словами, давление на жидкость передается не только в направлении действия силы, но и равнозначно во все другие направления. Подвергнем данную информацию проверке на предмет содержания научно технической дезинформации:
Сила давления воды в озере определяется только ее весом. Сила давления столба воды определяется весом самого столба воды над точкой давления. Вектор веса неподвижно стоящей воды ВСЕГДА направлен ВНИЗ по направлению силы тяжести самой воды. Таким образом "давление воды" передается одинаково не "во всех направлениях одинаково", а только по направлению действия вектора веса самой воды.
-----------------------------------------------------------------------------------
Трубка Бурдона — это изогнутая металлическая трубка (чаще всего спиральная) с круглым сечением, которая является основным чувствительным элементом механических манометров-вакуумметров. Один конец трубки закрыт, а второй конец трубки через соединительную трубку (штуцер) соединяется с внешней атмосферой. Никуда не подключенный манометр вакуумметр с закрытым штуцером показывает внешнее давление среды. (на воздухе - атмосферное давление, под водой давление воды) При повышении давления на трубку выше атмосферного она разгибается и наоборот при разряжении давления ниже атмосферного она сгинается. При этом движение передается через механизм на стрелку, которая показывает значение давления на шкале.
Принцип действия манометра (вакуумметра) состоит в том, что внутри него имеется чувствительный элемент, согнутая до значения среднего атмосферного давления трубка Бурдона, которая разгибается или згинается при изменении внешнего или внутреннего давления в системе. В деформационных манометрах-вакуумметрах, где в качестве деформационного элемента используется трубка Бурдона, ноль шкалы соответствует атмосферному давлению, в среднем оно равно 760 мм ртутного столба. Трубка с одного конца закрыта, а с другого конца открыта для внешнего давления среды. Трубка будет сгинаться или разгинаться если мы будем изменять давление идущую на трубку или будет изменяться давление среды вокруг трубки с закрытым штуцером. Не имеет значения как мы будем это делать: Подавать сжатый воздух через штуцер на прибор увеличивая давление или же это будет делать внешняя среда, делая тоже самое но с закрытым штуцером. Таким образом самый простой манометр-вакуумметр может быть использован в качестве высотомера, глубиномера, прибора измеряющего внешнее давление относительно внутреннего, внутреннее давление относительно внешнего, а также измерять колебания давления. Вопрос только в чувствительности самого прибора, который может быть сделан для очень сильных давлений (разряжений) или для очень слабых колебаний давления, например крови.
Какой объем займет масса воздуха равная 1 кг, плотность которого равна плотности окружающего воздуха ? то бишь ты мне хочешь сказать, что если я пластиковый контейнер объемом 1 кубический метр и весом 100 грамм с простым воздухом, поставлю на весы они покажут 1 кг 100 грамм ?
Мы откачали из жестяной банки воздух, банка сжалась за счет разницы низкого давления внутри (вакуума) и внешним атмосферным давлением. Внешнее давление остается постоянным и не меняется, а меняется именно давление вакуума внутри. Так какое давление сжимает банку ? Давление которое остается постоянным или давление которое изменяется ? Конечно то которое изменяется т.е. давление ниже атмосферного.
Давление атмосферы в официальной науке принято равным 1 атм. Давление атмосферы это точка отсчета для измерения относительного давления внешней или внутренней среды. Поэтому давление выше атмосферного может принимать значения от 1 атмосферы и выше вплоть до 1000 атмосфер в природе и намного выше в техническом смысле, а давление ниже атмосферного вмещается в позорный интервал значений от 1 до 0. Но ведь значения давлений выше и ниже атмосферного абсолютно симметричны, почему тогда давлению ниже атмосферного выделили такой ущербный интервал значений от 1 до 0 ?
-----------------------------------------------------------------------------------
Я бы назвал эти устройства термонасосом если повышать давление и крионасосом чтобы понижать давление. Суть простая.
Имеется емкость например закрытый баллон с клапаном который выпускает воздух изнутри наружу, но не пускает снаружи внутрь. Т.е. простой ниппель вкрученный наоборот. Мы нагреваем сам баллон, воздух внутри расширяется и выпускает расширенный объем воздуха. Ждем когда баллон придет к нормальной температуре, воздух опять сжимается но меньшего объема создавая внутри разряжение. Дальше повторяем эти циклы до создания необходимого вакуума внутри. Время на создание вакуума таким способом нужно много, но зато мы можем создать любой вакуум внутри даже ниже космического, главное чтобы баллон выдержал и не сжал в центр стенки самого баллона силами Каземира.
Из пустой банки из-под пива постоянно откачивают воздух, внутри банки будет создаваться отрицательное давление т.е. вакуум и одновременно понижаться температура. Разница давлений снаружи и внутри будет стремиться вогнуть банку внутрь, не одно только давление снаружи расплющит банку по полу, а разница давлений внутри и снаружи вогнет банку в центр самой банки. Силу которая всасывает внутрь банки называют эффектом Казимира.
Вакуумным насосом откачиваем из емкости воздух примерно до -0,1 Мпа
Наблюдаем: температура внутри емкости упала на пару градусов, чем глубже вакуум тем больше будет понижаться температура
На дне стакана образовались пузыри, которые не всплывают на поверхность стакана и прижимаются к дну стакана. Чем глубже создан вакуум тем размер пузырей становится больше. Итак почему температура внутри упала и почему пузыри прижимаются к дну и не всплывают ?
И какой газ внутри пузырей, сможешь это выяснить сам Юный Техник ?
----------------------------------------------------------------------------------
В металлической подставке я сделал два отверстия продел пару проводов и закрыл герметиком. Внутрь самой колбы я поместил автомобильный насос а напорный шланг соединил с выходом наружу через вакуумметр. При включении насоса насос начинает "накачивать" атмосферу но воздух он берет из самой колбы, внутри которой понижается давление.
Стальная трубка D=1 см и L= 50 км стоит вертикально. На конце манометр вакуумметр. Какое давление покажет прибор ??? У нас есть баллон из которого откачан воздух, внутри которого создана среда давления ниже атмосферного, мы подключаем к нему трубку на конце которой вакуумметр, наблюдаем значение вакуума. Так как в трубке будет столб воздуха, который имеет какой то вес, то необходимо выдавить весь этот воздух в космос, чтобы начался постоянный процесс откачивания воздуха. Не важно закрытая емкость космоса или открытая, космос является средой низкого давления. Поэтому трубка соединенная со средой давления ниже атмосферного начнет выравнивать баланс, откачивая воздух с поверхности планеты в космос. Но Какое значение вакуума на вакуумметре мы будем наблюдать если трубка будет длиной скажем 50 км ???
-----------------------------------------------------------------------------------
