La presión es una cantidad física que juega un papel especial en la naturaleza y la vida humana. Este fenómeno, imperceptible a la vista, no solo afecta el estado del medio ambiente, sino que todos lo sienten muy bien. Averigüemos qué es, qué tipos existen y cómo encontrar la presión (fórmula) en diferentes entornos.
Lo que se llama presión en física y química
Este término hace referencia a una cantidad termodinámica importante, que se expresa como la relación entre la fuerza de presión ejercida perpendicularmente y el área superficial sobre la que actúa. Este fenómeno no depende del tamaño del sistema en el que opera, por lo tanto se refiere a cantidades intensivas.
En un estado de equilibrio, según la ley de Pascal, la presión es la misma para todos los puntos del sistema.
En física y química, esto se denota con la letra "P", que es una abreviatura del nombre latino del término: pressūra.
Si estamos hablando de la presión osmótica de un líquido (el equilibrio entre la presióndentro y fuera de la jaula), se utiliza la letra "P".
Unidades de presión
Según los estándares del sistema SI internacional, el fenómeno físico considerado se mide en pascales (cirílico - Pa, latín - Ra).
Según la fórmula de la presión, resulta que un Pa es igual a un N (newton, una unidad de fuerza) dividido por un metro cuadrado (una unidad de área).
Sin embargo, en la práctica, es bastante difícil aplicar pascales, ya que esta unidad es muy pequeña. En este sentido, además de los estándares SI, este valor se puede medir de otra manera.
Abajo están sus análogos más famosos. La mayoría de ellos son ampliamente utilizados en la antigua URSS.
- Barras. Una barra es igual a 105 Pa.
- Torrs, o milímetros de mercurio. Aproximadamente un Torr corresponde a 133.3223684 Pa.
- Milímetros de columna de agua.
- Metros de columna de agua.
- Ambientes técnicos.
- Atmósferas físicas. Una atm es igual a 101.325 Pa y 1,033233 at.
- Kilogramo-fuerza por centímetro cuadrado. También hay tonelada-fuerza y gramo-fuerza. Además, hay una libra-fuerza analógica por pulgada cuadrada.
Fórmula general para la presión (física de 7º grado)
A partir de la definición de una cantidad física dada, puedes determinar el método para encontrarla. Se parece a la foto de abajo.
En él, F es fuerza y S es área. En otras palabras, la fórmula para encontrar la presión es su fuerza dividida por el área de superficie sobre la que se encuentra.afecta.
También se puede escribir así: P=mg / S o P=pVg / S. Por lo tanto, esta cantidad física está relacionada con otras variables termodinámicas: volumen y masa.
Para la presión, se aplica el siguiente principio: cuanto menor es el espacio afectado por la fuerza, mayor es la cantidad de fuerza de presión que tiene. Sin embargo, si el área aumenta (con la misma fuerza), el valor deseado disminuye.
Fórmula de presión hidrostática
Diferentes estados agregados de sustancias, prevén la presencia de sus propiedades que son diferentes entre sí. En base a esto, los métodos para determinar P en ellos también serán diferentes.
Por ejemplo, la fórmula para la presión del agua (hidrostática) se ve así: P=pgh. También se aplica a los gases. Sin embargo, no se puede utilizar para calcular la presión atmosférica debido a la diferencia de altitudes y densidades del aire.
En esta fórmula, p es la densidad, g es la aceleración gravitatoria y h es la altura. En base a esto, cuanto más profundo se hunde un objeto u objeto, mayor es la presión ejercida sobre él dentro del líquido (gas).
La variante considerada es una adaptación del ejemplo clásico P=F / S.
Si recordamos que la fuerza es igual a la derivada de la masa por la velocidad de caída libre (F=mg), y la masa del líquido es la derivada del volumen por la densidad (m=pV), entonces la fórmula de la presión se puede escribir como P=pVg / S. En este caso, el volumen es el área multiplicada por la altura (V=Sh).
Si insertas estos datos, resulta que el área en el numerador yel denominador se puede reducir y la salida - la fórmula anterior: P=pgh.
Teniendo en cuenta la presión en los líquidos, vale la pena recordar que, a diferencia de los sólidos, la capa superficial a menudo se puede distorsionar en ellos. Y esto, a su vez, contribuye a la formación de presión adicional.
Para tales situaciones, se utiliza una fórmula de presión ligeramente diferente: P=P0 + 2QH. En este caso, P0 es la presión de la capa no curvada y Q es la superficie de tensión del líquido. H es la curvatura promedio de la superficie, que está determinada por la Ley de Laplace: H=½ (1/R1+ 1/R2). Las componentes R1 y R2 son los radios de curvatura principal.
Presión parcial y su fórmula
Aunque el método P=pgh es aplicable tanto para líquidos como para gases, es mejor calcular la presión en estos últimos de una manera ligeramente diferente.
El hecho es que en la naturaleza, por regla general, las sustancias absolutamente puras no son muy comunes, porque en ella predominan las mezclas. Y esto se aplica no solo a los líquidos, sino también a los gases. Y como sabes, cada uno de estos componentes ejerce una presión diferente, llamada presión parcial.
Es bastante fácil de detectar. Es igual a la suma de las presiones de cada componente de la mezcla considerada (gas ideal).
De aquí se deduce que la fórmula de presión parcial se ve así: P=P1+ P2+ P3… y así sucesivamente, según el número de componentes.
Hay ocasiones en las que es necesario determinar la presión del aire. Sin embargo, algunos realizan cálculos por error solo con oxígeno según el esquema P=pgh. Pero el aire es una mezcla de diferentes gases. Contiene nitrógeno, argón, oxígeno y otras sustancias. Según la situación actual, la fórmula de la presión del aire es la suma de las presiones de todos sus componentes. Por lo tanto, debe tomar la P=P1+ P2+ P3…
Manómetros más comunes
A pesar de que no es difícil calcular la cantidad termodinámica bajo consideración utilizando las fórmulas anteriores, a veces simplemente no hay tiempo para realizar el cálculo. Después de todo, siempre debes tener en cuenta numerosos matices. Por lo tanto, por conveniencia, se han desarrollado varios dispositivos a lo largo de los siglos para hacer esto en lugar de las personas.
De hecho, casi todos los dispositivos de este tipo son variedades de un manómetro (ayuda a determinar la presión en gases y líquidos). Sin embargo, difieren en diseño, precisión y alcance.
- La presión atmosférica se mide con un manómetro llamado barómetro. Si es necesario determinar el vacío (es decir, la presión está por debajo de la presión atmosférica), se utiliza otra versión del mismo, un vacuómetro.
- Para saber la presión arterial de una persona, se utiliza un esfigmomanómetro. Para la mayoría, es mejor conocido como un tonómetro no invasivo. Hay muchas variedades de tales dispositivos: desde mecánicos de mercurio hasta digitales completamente automáticos. Su precisión depende de los materiales con los que están hechos y de dónde se miden.
- Caídas de presión en el ambiente (segúnInglés - caída de presión) se determinan utilizando manómetros de presión diferencial o dinamómetros (no confundir con dinamómetros).
Tipos de presión
Teniendo en cuenta la presión, la fórmula para encontrarla y sus variaciones para diferentes sustancias, vale la pena conocer las variedades de esta cantidad. Son cinco.
- Absoluto.
- Barométrico
- Exceso.
- Vacuometrico.
- Diferencial.
Absoluto
Este es el nombre de la presión total bajo la cual se encuentra una sustancia u objeto, sin tener en cuenta la influencia de otros componentes gaseosos de la atmósfera.
Se mide en pascales y es la suma del exceso y la presión atmosférica. También es la diferencia entre los tipos barométrico y de vacío.
Se calcula mediante la fórmula P=P2 + P3 o P=P2 - D4.
Como punto de referencia de la presión absoluta en las condiciones del planeta Tierra, se toma la presión en el interior del recipiente del que se extrae el aire (es decir, el vacío clásico).
Solo este tipo de presión se usa en la mayoría de las fórmulas termodinámicas.
Barométrico
Este término se refiere a la presión de la atmósfera (gravedad) sobre todos los objetos y objetos que se encuentran en ella, incluida la superficie de la Tierra misma. También es conocido por la mayoría como atmosférico.
Se clasifica como un parámetro termodinámico, y su valor varía según el lugar y la hora de la medición, así como las condiciones climáticas y el estar por encima/por debajo del nivel del mar.
Valor de la presión barométricaigual al módulo de la fuerza de la atmósfera sobre un área de la unidad a lo largo de la normal a ella.
En una atmósfera estable, la magnitud de este fenómeno físico es igual al peso de una columna de aire sobre una base de área igual a uno.
Presión barométrica normal - 101 325 Pa (760 mm Hg a 0 grados Celsius). Además, cuanto más alto está el objeto de la superficie de la Tierra, menor es la presión del aire sobre él. Cada 8 km disminuye 100 Pa.
Gracias a esta propiedad en las montañas, el agua en las teteras hierve mucho más rápido que en casa en la estufa. El hecho es que la presión afecta el punto de ebullición: con su disminución, este último disminuye. Y viceversa. En esta propiedad se construye el trabajo de electrodomésticos de cocina tales como una olla a presión y un autoclave. El aumento de presión dentro de ellos contribuye a la formación de temperaturas más altas en los platos que en las ollas ordinarias en la estufa.
La fórmula de altitud barométrica se utiliza para calcular la presión atmosférica. Se parece a la foto de abajo.
P es el valor deseado en altura, P0 es la densidad del aire cerca de la superficie, g es la aceleración de caída libre, h es la altura sobre la Tierra, m es la masa molar del gas, t es la temperatura del sistema, r es la constante universal de los gases de 8,3144598 J⁄(mol x K) y e es el número de Euclair igual a 2,71828.
A menudo, en la fórmula de presión atmosférica anterior, en lugar de R, se usa Kes la constante de Boltzmann. La constante universal de los gases a menudo se expresa en términos de su producto por el número de Avogadro. Es más conveniente para los cálculos cuando el número de partículas se da en moles.
A la hora de realizar los cálculos, siempre se debe tener en cuenta la posibilidad de cambios en la temperatura del aire debido a un cambio en la situación meteorológica o al ascender sobre el nivel del mar, así como la latitud geográfica.
Manómetro y vacuómetro
La diferencia entre la presión atmosférica y la presión ambiental medida se denomina sobrepresión. Dependiendo del resultado, el nombre del valor cambia.
Si es positivo, se llama presión manométrica.
Si el resultado obtenido es con signo menos, se llama vacío. Vale la pena recordar que no puede ser más que barométrica.
Diferencial
Este valor es la diferencia de presión en diferentes puntos de medición. Como regla general, se utiliza para determinar la caída de presión en cualquier equipo. Esto es especialmente cierto en la industria petrolera.
Habiendo averiguado qué tipo de cantidad termodinámica se llama presión y con qué fórmulas se encuentra, podemos concluir que este fenómeno es muy importante y, por lo tanto, conocerlo nunca será superfluo.
