Manometers ทำงานอย่างไร?

เมื่อคุณตรวจสอบสภาพอากาศ ถ้าคุณเป็นเหมือนคนส่วนใหญ่ สิ่งที่คุณสนใจมากที่สุดคือสิ่งที่กำหนดชุดของคุณ: หรือไม่ หยาดน้ำฟ้าบางชนิดมีแนวโน้มที่จะตกลงมาจากท้องฟ้าระหว่างที่คุณอยู่กลางแจ้ง อุณหภูมิของอากาศเป็นอย่างไร และเป็นอย่างไร ลมแรง

ขึ้นอยู่กับว่าคุณอาศัยอยู่ที่ไหนและช่วงเวลาของปีคุณอาจตรวจสอบ (บางครั้งด้วยความกลัว) เพื่อดูญาติ ระดับความชื้นเพื่อให้แน่ใจว่าคุณมีน้ำเพียงพอสำหรับเหงื่อออกที่มีแนวโน้มว่าจะสูง การอ่าน

คนส่วนใหญ่ตระหนักถึงปรากฏการณ์ของความกดอากาศ (ปกติเรียกว่าความกดอากาศ) เพราะได้ยินว่าเป็นคุณลักษณะมาตรฐาน ของการพยากรณ์อากาศ แต่คนส่วนใหญ่ยังไม่เข้าใจว่าความสัมพันธ์คืออะไร และเหตุใดอากาศจึงได้รับแรงกดดันที่เปลี่ยนแปลง ทั้งหมด. ลมไม่พัดในแนวนอนในขณะที่ความดันวัดจากด้านบนเป็น "การผลัก" หรือไม่?

ความดัน เป็นปริมาณทางฟิสิกส์ที่ใช้กับกระบวนการทางกายภาพเกือบทุกอย่างที่จินตนาการได้ มันเกี่ยวข้องกับกำลัง F ไปยังพื้นที่ อา ในบริบทต่างๆ แสดงและกำหนดทางคณิตศาสตร์ในรูปแบบที่ง่ายที่สุดเช่น P = F/A. มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในด้านพลศาสตร์ของไหล (ของเหลวประกอบด้วยสสารในสถานะของเหลวหรือก๊าซ) บรรยากาศรอบตัวคุณเป็นของเหลว และมันสร้างแรงกดดันต่อคุณและทุกสิ่งมากกว่าที่คุณคิด

อย่างเป็นทางการ ความดันคือการวัดผลของการแพร่กระจายของ บังคับ (วัดเป็นนิวตันหรือ N ในระบบการวัดมาตรฐานสากล) บนพื้นผิวที่กำหนดจริงหรือทางคณิตศาสตร์บางส่วน (วัดเป็นตารางเมตรหรือ m²). คุณอาจเคยเจอปัญหาทางฟิสิกส์ที่แรง (เช่น แรงโน้มถ่วง หรือตัวคุณเอง) กระทำและเคลื่อนที่ วัตถุที่มีมวลแต่ความดันต่างกันตรงที่วัตถุนั้นอธิบายการเจือจางหรือความเข้มข้นของ บังคับ.

• ลองนึกภาพกล่องทึบสองกล่องที่แตกต่างกัน แต่ละกล่องมีปริมาตร วี จาก 10 m³ (ลูกบาศก์เมตร) และบรรจุด้วยวัสดุแข็งสม่ำเสมอที่มีความหนาแน่น ρ

  ครึ่งหนึ่งของน้ำ หรือ 0.5 กก./ลิตร หรือ (500 กก./ลบ.ม³). กล่องหนึ่งยาว 1 ม. กว้าง 1 ม. และสูง 10 ม. ในขณะที่อีกกล่องยาว 2.5 ม. กว้าง 2.5 ม. และสูง 1.6 ม. ไม่ต้องหมุนกล่องใดกล่องหนึ่งจากตำแหน่ง หากคุณต้องการแน่ใจว่าแท่นใกล้เคียงที่ดูโบราณ สามารถ สนับสนุน ทั้ง แต่เลือกได้เพียงอย่างใดอย่างหนึ่งเพื่อยืนยันสิ่งนี้ คุณจะเลือกอันไหน?
  มวลของวัตถุเท่ากันเพราะปริมาตรและความหนาแน่นเท่ากัน (ρ = m/V ดังนั้น m = ρV = (500 kg/m)³)(10 ม.³) = 5,000 กก. เนื่องจากความเร่งที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงบนพื้นผิวโลกเท่ากับ 9.8 m/s²ดังนั้น แรง (หรือน้ำหนัก) ของแต่ละกล่องจึงเท่ากับ (5,000 กก.)(9.8 ม./วินาที2) = 49,000 นิวตัน
  อย่างไรก็ตาม เปรียบเทียบพื้นที่ที่มีการกระจายมวลตามลำดับเหล่านี้: กล่องแรกมีฐาน (ความยาวคูณความกว้าง) 1 ม. × 1 ม. = 1 ม.²ในขณะที่อีกกล่องหนึ่งมีฐาน 2.5 × 2.5 = 6.25 m². เนื่องจากแรงกดเท่ากับแรงหารด้วยพื้นที่ กล่องแคบที่มีพื้นที่ฐานน้อยกว่าหนึ่งในหกของพื้นที่ทำงานเป็นกล่องที่สองจึงออกแรง แรงกว่า 6.25 เท่า บนแพลตฟอร์มตามที่พันธมิตรต้องการ ดังนั้นหากแพลตฟอร์ม ramshackle สามารถรองรับกล่องแรกได้ มันก็ควรจะสามารถเก็บกล่องที่สองไว้ตามลำพังได้เช่นกัน – หากคุณสามารถยกมันขึ้นที่นั่นได้!

ในตัวอย่างข้างต้น ความดันของกล่องแรกบนพื้นผิวใดๆ ที่วางอยู่คือ (49,000 N)/(1 m²) และที่สองคือ (49,000 N) (6.25 m²). หน่วยของความดันในระบบมาตรฐานจึงเป็น N/m²เรียกอีกอย่างว่าปาสกาล (Pa) เนื่องจากการทำงานนี้มีจำนวนน้อยในโลกแห่งความเป็นจริง กิโลปาสคาล (kPa) จึงถูกใช้บ่อยกว่ามาก

ความดันบรรยากาศที่พื้นผิวโลกประมาณ101,325 ปา, หรือ 101.3 kPa. เนื่องจากวิธีการที่มนุษย์กำหนดแรงกดดัน จึงมีหน่วยอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่งที่ใช้ในชีวิตประจำวัน หนึ่งคือ ทอร์หรือที่เรียกว่ามิลลิเมตรปรอท (มม. ปรอท) (ความอยากรู้ใด ๆ ที่คุณมีเกี่ยวกับสาเหตุที่โลหะนี้ถูกเลือกจะพึงพอใจในไม่ช้า 101.3 kPa หรือเรียกอีกอย่างว่า 1 atm สำหรับการอ้างอิง เท่ากับ 760 torr ตามมาตรฐานนี้ ตั้งแต่ 1 นิ้ว = 25.4 มม., 760 มม. ปรอท = (760/25.4) = 29.92 ใน Hg. สุดท้าย 1 มิลลิบาร์ = 0.001 atm ดังนั้นความดันบรรยากาศในหน่วยมิลลิบาร์ = 1,013 มิลลิบาร์

สุดท้ายแล้วปอนด์ต่อตารางนิ้วล่ะ (psi หรือ lb/in²) โดยทั่วไปใช้สำหรับวัดแรงดันลมยางในประเทศสหรัฐอเมริกา? หลังจากเรียกใช้การแปลงระหว่าง lb และ kg และระหว่าง in และ m คุณสามารถแสดงว่า 101.3 kPa = 14.7 lb/in². เนื่องจากแรงดันลมยางรถยนต์ขั้นต่ำที่แนะนำคือประมาณ 30 psi เท่านั้น สิ่งนี้แนะนำอะไรเกี่ยวกับสัญชาตญาณของคุณเกี่ยวกับน้ำหนัก "เล็กน้อย" และความดันอากาศ

อา manometer เป็นอุปกรณ์ที่ใช้วัดความดันอากาศโดยใช้ภาชนะที่มีท่อรูปตัว "U" เปิดอยู่ที่ปลายด้านใดด้านหนึ่งหรือทั้งสองข้าง ใน manometer แบบปิด ตัวอย่างก๊าซจะถูกนำเข้าสู่ปลายด้านหนึ่ง จากนั้นจึงปิดฝา จากนั้นของเหลวที่มีความหนาแน่นที่ทราบจะถูกเทลงในปลายอีกด้าน ของเหลวจะหยุดเคลื่อนที่เมื่อความดันของก๊าซติดอยู่ระหว่างฝากับของเหลวพร้อมกับความดันที่ ด้านล่างของคอลัมน์ของเหลวที่ด้านนั้นตรงกับความดันของอากาศบวกกับความดันของคอลัมน์ของเหลวที่ช่องเปิด ด้าน.

ความสูงของของเหลวที่ด้านเปิดจะเป็น สูงกว่า ด้านนั้นเมื่อความดันอากาศน้อยกว่าแรงดันแก๊สและ ต่ำกว่า ด้านเปิดเมื่อความดันอากาศเกินความดันแก๊ส คุณสามารถใช้ส่วนต่างของความสูงนี้ในการคำนวณแรงดันแก๊สได้

เนื่องจาก P = F/A = mg/A, m = ρV และ V = Ah สำหรับหลอดทรงกระบอก (เช่น ปริมาตร = พื้นที่คูณความสูง) สามารถแสดงให้เห็นว่าความดันที่เกิดจากคอลัมน์แนวตั้งของของเหลวคือ ρgh โดยที่ h = ความสูงใน เมตร ความดันนี้แสดงถึงความแตกต่างในเชิงบวกหรือเชิงลบระหว่างความดันแก๊สและความดันบรรยากาศ

• ชาย- เป็นรากภาษาละตินสำหรับคำว่า หมายถึง มือ ซึ่งเป็นที่มาของคำว่า "จัดการ" วิธีง่ายๆ วิธีหนึ่งในการถ่ายทอดแนวคิดเรื่องความกดดัน หากจำกัดการใช้ภาษาอวัจนภาษาคือการใช้มือกดเบาๆ กับบุคคลอื่น
  

• อา บารอมิเตอร์ เป็นเกจวัดความดันชนิดหนึ่งที่ใช้วัดความดันบรรยากาศโดยเฉพาะ
  

• อุปกรณ์วัดความดันโลหิตแบบแมนนวลในสถานพยาบาลเรียกว่า a sphygmomanometer, กับ sphyg- แปลคล่องๆ ว่า "บีบคั้น" เนื่องจากต้องเป่าลมให้ผ้าพันแขนถึงระดับ ข้างบน ความดันโลหิตของร่างกายเพื่อวัดอย่างถูกต้อง พวกเขาต้องบีบแขนของคุณอย่างแท้จริงเพื่อทำเช่นนั้น

ความดันบรรยากาศไม่คงที่ และแปรผันภายในช่วงปกติ เช่นเดียวกับอุณหภูมิและปริมาณธรณีฟิสิกส์อื่นๆ การพิจารณาแยกจากกัน ความกดดันนี้เป็นตัวบ่งชี้ที่เชื่อถือได้ของสภาพอากาศที่กำลังจะเกิดขึ้น เมื่อ ระบบแรงดันต่ำ เข้าสู่พื้นที่ ผลลัพธ์มักจะเป็นเมฆ ลม และฝน ในขณะที่ a ระบบแรงดันสูง มักจะสร้างสภาพอากาศที่ยุติธรรมและสงบ (เข้าใจ? "ความดันสูง" จบลงด้วย "ความสงบ"... เฉพาะในโลกแห่งฟิสิกส์ที่แปลกประหลาด!)