Zinātnē spiediens ir spēka mērījums uz laukuma vienību. SI vienība spiediena lielums ir paskāls (Pa), kas ir ekvivalents N / m2 (ņūtoni uz kvadrātmetru).
Pamata piemērs
Ja jums būtu 1 ņūtonis (1 N) spēka, kas sadalīts uz 1 kvadrātmetru (1 m2), rezultāts ir 1 N / 1 m2 = 1 N / m2 = 1 Pa. Tas pieņem, ka spēks ir vērsts perpendikulāri virsmas laukumam.
Ja jūs palielinātu spēka daudzumu, bet pielietotu to tajā pašā apgabalā, spiediens proporcionāli pieaugtu. 5 N spēks, kas sadalīts tajā pašā 1 kvadrātmetra platībā, būtu 5 Pa. Tomēr, ja jūs arī paplašinātu spēku, jūs redzētu, ka spiediens palielinās apgrieztā proporcija uz platības pieaugumu.
Ja jums būtu 5 N spēks, kas sadalīts 2 kvadrātmetros, jūs iegūtu 5 N / 2 m2 = 2,5 N / m2 = 2,5 Pa.
Spiediena vienības
Stienis ir vēl viena spiediena metriskā vienība, kaut arī tā nav SI vienība. To definē kā 10 000 Pa. To 1909. gadā izveidoja britu meteorologs Viljams Napiers Šavs.
Atmosfēras spiediens, bieži tiek atzīmēts kā lppa, ir Zemes atmosfēras spiediens. Kad jūs stāvat ārā gaisā, atmosfēras spiediens ir vidējais visa gaisa spiediens virs un ap jums, spiežot uz ķermeņa.
Vidējā atmosfēras spiediena vērtība jūras līmenī tiek definēta kā 1 atmosfēra vai 1 atm. Ņemot vērā, ka tas ir vidējais fizikāls lielums, lielums laika gaitā var mainīties, pamatojoties uz precīzāku mērījumu metodes vai, iespējams, tādu faktisku izmaiņu dēļ vidē, kurām varētu būt globāla ietekme uz vidējo spiedienu atmosfēra.
- 1 Pa = 1 N / m2
- 1 bārs = 10 000 Pa
- 1 atm ≈ 1,013 × 105 Pa = 1,013 bar = 1013 milibāri
Kā darbojas spiediens
Vispārīgais jēdziens spēks bieži izturas tā, it kā tas iedarbojas uz objektu idealizētā veidā. (Tas faktiski ir raksturīgi lielākajai daļai zinātnes lietu, jo īpaši fizikā, kā mēs to veidojam idealizētie modeļi izcelt parādības, kurām mēs pievēršam īpašu uzmanību, un ignorēt tik daudz citu parādību, cik mēs pamatoti varam.) Šajā idealizētajā pieejā, ja mēs sakām, ka spēks iedarbojas uz objektu, mēs uzzīmējam bultiņu, kas norāda spēka virzienu, un rīkojamies tā, it kā viss spēks notiek tajā brīdī.
Tomēr patiesībā lietas nekad nav tik vienkāršas. Ja jūs ar roku nospiežat sviru, spēks faktiski tiek sadalīts pa visu roku un stumjas pret sviru, kas ir sadalīta pa visu sviras zonu. Lai šajā situācijā padarītu lietas vēl sarežģītākas, spēks gandrīz noteikti nav vienmērīgi sadalīts.
Šajā vietā tiek radīts spiediens. Fiziķi izmanto spiediena jēdzienu, lai atpazītu, ka spēks ir sadalīts virs virsmas.
Lai gan mēs varam runāt par spiedienu dažādos kontekstos, viena no agrīnākajām formām, kurā zinātnē tika apspriesta ideja, bija gāzu apsvēršana un analīze. Labi pirms termodinamikas zinātne tika formalizēts 1800. gados, tika atzīts, ka gāzes, sildot, pieliek spēku vai spiedienu uz objektu, kas tās satur. Apsildāmo gāzi izmantoja karstā gaisa balonu levitācijai, sākot ar Eiropā 1700. gadiem, un ķīnieši un citas civilizācijas līdzīgus atklājumus bija paveikušas jau labu laiku pirms tam. 1800. gados notika arī tvaika dzinēja parādīšanās (kā parādīts saistītajā attēlā), kas izmanto spiedienu kas izveidots katlā, lai radītu mehānisku kustību, piemēram, tāds, kāds nepieciešams upes laivas, vilciena vai rūpnīcas pārvietošanai stelles.
Šis spiediens tika fiziski izskaidrots ar gāzu kinētiskā teorija, kurā zinātnieki saprata, ka, ja gāze satur ļoti dažādas daļiņas (molekulas), tad konstatēto spiedienu fiziski var attēlot ar šo daļiņu vidējo kustību. Šī pieeja izskaidro, kāpēc spiediens ir cieši saistīts ar siltuma un temperatūras jēdzieniem, kas arī tiek definēti kā daļiņu kustība, izmantojot kinētisko teoriju. Viens īpašs termodinamikas interešu gadījums ir izobārs process, kas ir termodinamiska reakcija, kurā spiediens paliek nemainīgs.
Rediģēja Anne Marie Helmenstine, Ph.