Hvordan fungerer manometre?

Når du tjekker vejret, hvis du er som de fleste mennesker, er det, der interesserer dig mest, de ting, der dikterer din kjole: Hvorvidt eller ikke nedbør af en slags vil sandsynligvis falde ud af himlen under din udendørs eksponering, hvad lufttemperaturen er, og om den er blæsende.

Afhængigt af hvor du bor og årstid, kan du også kontrollere (nogle gange med frygt) for at se den pårørende fugtighedsniveau for at sikre, at du er hydreret nok til den sved, der sandsynligvis følger, givet en høj læsning.

De fleste mennesker er opmærksomme på fænomenet atmosfærisk tryk (normalt kaldet barometrisk) tryk, fordi de hører det nævnt som en standardfunktion af vejrudsigter, men de fleste kommer ikke så langt som at undersøge, hvad forholdet er, og hvorfor luften oplever trykændringer kl alle. Blæser ikke vinde vandret, mens tryk måles ovenfra som en slags "skubbe"?

Tryk er en mængde i fysik, der gælder for næsten alle tænkelige fysiske processer. Det relaterer til kraft F til området EN i en række sammenhænge udtrykkes og defineres matematisk i sin enkleste form som

Formelt er tryk en måling af effekten af ​​spredning af kraft (målt i newton eller N, i det internationale standardmålesystem) på tværs af en reel eller matematisk defineret overflade (målt i kvadratmeter eller m²). Du har muligvis allerede stødt på fysiske problemer, hvor en kraft (som tyngdekraften eller dig selv) virker på og bevæger sig et objekt med masse, men trykket er forskelligt, idet det i virkeligheden beskriver fortynding eller koncentration af kraft.

• Forestil dig to forskellige faste kasser, hver med et volumen V på 10 m³ (kubikmeter) og fyldt med et ensartet fast materiale med en densitet ρ

  halvdelen af ​​vandet eller 0,5 kg / l eller (500 kg / m³). Den ene kasse er 1 m lang, 1 m bred og 10 m høj, mens den anden er 2,5 m lang, 2,5 m bred og 1,6 m høj. Ingen af ​​bokse skal drejes fra sin position. Hvis du vil være sikker på en gammel platform i nærheden kunne support enten boks, men kunne kun vælge en af ​​de to for at bekræfte dette, hvilken ville du vælge?
  Objektenes masser er de samme, fordi deres volumener og densiteter er de samme (ρ = m / V, så m = ρV = (500 kg / m³) (10 m³) = 5.000 kg. I betragtning af at accelerationen på grund af tyngdekraften på jordens overflade er 9,8 m / s², er kraften (eller vægten) af hver kasse derfor (5.000 kg) (9.8 m / s2) = 49.000 N.
  Sammenlign imidlertid de områder, hvor disse respektive masser er fordelt: Den første kasse har en base (længde gange bredde) på 1 m × 1 m = 1 m², mens den anden kasse har en base på 2,5 × 2,5 = 6,25 m². Da trykket er lig med kraft divideret med areal, vil den smalle boks, med mindre end en sjettedel af basisarealet at arbejde med som den anden boks, udøve 6,25 gange så meget tryk på platformen som sin partner vil. Således, hvis den ramshackle platform kan understøtte den første boks, skal den også kunne holde den anden alene - forudsat at du kan løfte dem deroppe!

I ovenstående eksempel er trykket i den første kasse på en hvilken som helst overflade, hvorpå den hviler, (49.000 N) / (1 m²) og den anden er (49.000 N) (6,25 m²). Trykenhederne i standardsystemet er således N / m², mere almindeligt kaldet pascal (Pa). Fordi dette viser sig at være en så lille mængde i den virkelige verden, bruges kilopascal (kPa) langt mere almindeligt.

Det atmosfærens tryk på jordens overflade er ca.101.325 Pa, eller 101,3 kPa. På grund af de metoder, hvormed mennesker bestemmer tryk, er der dog en række andre enheder i daglig brug. Den ene er den torr, også kendt som millimeter kviksølv (mm Hg). (Eventuelle nysgerrigheder, du har om, hvorfor dette metal blev valgt, bliver opfyldt om et øjeblik.) 101,3 kPa, også kaldet 1 atm til reference, svarer til 760 torr efter denne standard. Da 1 tomme = 25,4 mm, 760 mm Hg = (760 / 25,4) = 29,92 i Hg. Endelig er 1 millibar = 0,001 atm, så atmosfærisk tryk i millibarer = 1.013 mbar.

Endelig hvad med disse pund pr. Kvadrat tomme (psi eller lb / in²) typisk bruges til måling af dæktryk i USA? Efter at have påkaldt konverteringerne mellem lb og kg og mellem in og m, kan du vise, at 101,3 kPa = 14,7 lb / in². I betragtning af at det anbefalede mindste bildæktryk kun er ca. 30 psi, hvad antyder dette om din intuition vedrørende den "ubetydelige" vægt og dermed trykket af luft?

EN manometer er en enhed, der måler lufttrykket ved hjælp af en beholder med et "U" -formet rør åbent i den ene eller begge ender. I et lukket manometer indføres en prøve af gas i den ene ende, som derefter lukkes. Derefter hældes en væske med kendt densitet i den anden ende. Væsken holder op med at bevæge sig, når trykket fra gassen fanges mellem hætten og væsken sammen med trykket ved bunden af ​​væskesøjlen på den side svarer til lufttrykket plus væskesøjlens tryk på det åbne side.

Væskens højde på den åbne side vil være højere på den side, når lufttrykket er mindre end gastrykket og nederste på den åbne side, når lufttrykket overstiger gastrykket. Du kan bruge denne højdeforskel til at beregne gastrykket.

Da P = F / A = mg / A, m = ρV og V = Ah for et cylindrisk rør (dvs. volumen = areal gange højde), er det kan vises, at trykket skabt af en lodret væskesøjle er ρgh, hvor h = højde i meter. Dette tryk repræsenterer den positive eller negative forskel mellem gastrykket og det atmosfæriske tryk.

• Mand- er den latinske rod for ordet, der betyder hånd, "hvilket også er, hvor" manipulere "kommer fra; en nem måde at formidle begrebet pres på, hvis det er begrænset til ikke-verbalt sprog, er at bruge din hånd til at trykke let mod en anden persons.
  

• EN barometer er en type manometer, der specifikt bruges til at måle atmosfærisk tryk.
  

• Den manuelle enhed, der bruges til at måle blodtrykket i en sundhedsindstilling, kaldes a blodtryksmåler, med sphyg- oversætter løst til "klemme". Dette skyldes, at manchetten skal oppustes mod armen til et niveau over kropsblodtryk for korrekt at måle det de skal bogstaveligt talt presse din arm for at gøre det.

Atmosfærisk tryk er ikke konstant, og det varierer inden for et typisk område ligesom temperatur og andre geofysiske størrelser gør. En separat diskussion i sig selv, dette pres er en pålidelig indikator for forestående vejr. Når en lavtrykssystem kommer ind i et område, resultatet er normalt skyer, vind og nedbør, mens a højtrykssystem producerer normalt retfærdigt og roligt vejr. (Tag det? "Højtryk" ender med "rolig"... kun i den skøre verden af ​​fysik!)