Давление в сосуде можно измерить

Общие сведения

Жидкие и газообразные вещества воздействуют с определенной силой на соприкасающиеся с ними тела. Величина этого воздействия, зависящая от свойств вещества и внешних факторов (температуры, сжатия и др.), характеризуется понятием давление.

Давлением называют отношение силы, действующей перпендикулярно поверхности к площади поверхности при условии равномерного распределения силы по всей площади. Различают абсолютное и избыточное давление.

Абсолютное давление – это полное давление газа или жидкости с учетом всех действующих сил, в том числе давления атмосферного воздуха. Избыточное давление – это разность между абсолютным и атмосферным давлением при условии, что абсолютное давление больше атмосферного. В технике, как правило, измеряют избыточное давление.

Абсолютное давление может быть меньше атмосферного. Если при этом их разность имеет небольшую величину, то ее называют разрежением, если она достаточно велика – вакуумом.

Для измерения избыточного давления применяют манометры, в связи, с чем это давление часто называют манометрическим. Разрежение и вакуум измеряют вакуумметрами, атмосферное давление – барометрами.

Единицей измерения давления в системе СИ является ньютон на квадратный метр (Н/м2). Однако выпускаемые приборы градуируют пока в старых единицах – миллиметрах водяного столба (мм вод. ст.), миллиметрах ртутного столба (мм. рт. ст.) и технических атмосферах (кгс/см2).

Одна техническая атмосфера равна давлению на площадь в 1 см2 столба ртути высотой 735,56 мм при температуре 0°С или столба воды высотой 10 м при температуре 4° С, т. е. 1 кгс/см2= = 735,56мм рт. ст. = 104мм вод. ст.

Вакуум измеряют в процентах атмосферного давления или в тех же единицах, что и давление. Средняя величина давления атмосферного воздуха определена в результате многочисленных измерений и составляет 760мм.рт.ст.,

Измерение давления манометром

Рубрики: Опыты , Поделки , физика , Эксперименты | Теги: Измерение давления манометром, Опыты, Поделки, физика, эксперимент | 20 июня 2013 | Svetlana

Для измерения давления воздуха или газа внутри какого-либо сосуда манометром надо его резиновую трубку присоединить к этому сосуду. Следить за уровнем жидкости в обоих коленах манометра.

а) Если в обоих коленах манометра жидкость стоит на одинаковом уровне, считать давление газа внутри сосуда таким же, как и давление окружающего воздуха.

б) Если уровень жидкости в коротком колене манометра ниже, чем в другом, считать давление внутри сосуда большим, чем давление окружающего воздуха.

в) Если в коротком колене манометра жидкость стоит выше, чем в другом колене, считать, что внутри сосуда давление меньше, чем давление окружающего воздуха.

При разности уровней жидкости в трубках манометра расчёт разницы асмосферного давления и давления в сосуде делается по формуле:

Можно проделать следующие опыты с использованием своего манометра.

Насадив крепко конец резиновой трубки манометра на стеклянную воронку, широкое отверстие её затянуть резиновой плёнкой. Когда жидкость в манометре успокоится, опустить воронку в ведро с водой. Следить, как изменяется давление внутри воды с глубиной погружения воронки. Установив воронку на определённой глубине в воде, повёртывать её отверстием в разные стороны, вверх и вниз, следя за показанием манометра.

2. Открыть трубу у вытопленной незадолго до опыта печи. Ввести в печь резиновую трубку манометра. Уровень воды в коротком колене манометра поднимается. Рассчитать давление тёплого воздуха в печи (при тяге).

3. Резиновый мешок медицинской грелки надуть слегка воздухом и соединить его накрепко с резиновой трубкой манометра. Положить мешок горизонтально и класть на него одну за другой толстые книги (груз). Манометр хорошо покажет изменение давления воздуха, замкнутого в мешке.

4. Если достать стеклянную трубку общей длиной около 1,7 м, можно сделать манометр для измерения уже значительно большего избыточного давления, например, наибольшего напора воздуха при дутье ртом. Этим способом контролируется «сила лёгких». Дуть надо не рывками, а плавно увеличивая давление.

5. Этим же прибором можно измерить наибольшее разрежение, создаваемое при всасывании ртом. В этом случае надо ртом тянуть воздух из верхнего конца трубки.

6. Если в приборе 4-го опыта вместо короткого колена трубки вставить оттянутую на сужение трубочку, то при дутье в длинное колено из короткой трубки будет бить фонтан.

Е.Н. Соколова “Юному физику”

Физика для средней школы

Барометры. Манометры

Барометры – приборы, служащие для измерения атмосферного давления. Ртутный барометр (рис. 1) состоит из заполненной ртутью U-образной стеклянной трубки, один конец которой запаян, а на другом находится открытый резервуар с ртутью. Барометр имеет шкалу с миллиметровыми делениями, по которой непосредственно измеряют атмосферное давление в миллиметрах ртутного столба. Оно численно равно высоте столба ртути между ее уровнями в закрытом и открытом коленах барометра.

Рис. 1

Преимущество таких барометров -большая точность показаний. Недостатки – они громоздки, хрупки, пары ртути вредны для здоровья людей.

Металлический барометр – анероид (рис. 2) состоит из цилиндрической камеры K, из которой откачан воздух. Камера герметично закрыта тонкой гофрированной крышкой-мембраной М.

Рис. 2

Чтобы атмосферное давление не сплющило мембрану, она соединена посредством тяги Т с пружиной П, закрепленной на корпусе прибора. К пружине прикреплена стрелка С, конец которой перемещается по шкале Ш. При изменении атмосферного давления мембрана прогибается внутрь или наружу и перемещает стрелку по шкале.

Преимущества анероидов в том, что они удобны в работе, прочны, малогабаритны. Основной недостаток – они менее точны, чем ртутные барометры.

Для измерения давления, большего или меньшего атмосферного, используют манометры. Манометры бывают жидкостные и металлические.

Жидкостный манометр делают в виде U-образной трубки с жидкостью (обычно водой или ртутью), одно колено которой присоединяется к сосуду, давление в котором нужно измерить (рис. 3, а). Уровень жидкости в этом колене понизится (если давление в сосуде больше атмосферного) или повысится (если оно меньше атмосферного) по сравнению с уровнем жидкости во втором колене. Измеряемое давление будет p = pa ± pgh, где pa – атмосферное давление, pgh – гидростатическое давление избыточного столба жидкости в колене манометра.

Рис. 3

Для измерения таким манометром давления внутри жидкости к одному из его колен присоединяют с помощью резиновой трубки плоскую коробочку, одна сторона которой затянута резиновой пленкой (рис. 3, б).

Простейший металлический манометр устроен следующим образом (рис. 3, в). Тонкая упругая пластинка М – мембрана – герметически закрывает коробку К, из которой частично откачан воздух. К мембране присоединен указатель Р, вращающийся около оси О. При погружении прибора в жидкость мембрана прогибается под действием сил давления, и ее прогиб передается указателю, передвигающемуся по шкале.

Классификация приборов

Типы манометров различаются по двум признакам: по виду измеряемого ими показателя и по принципу действия.

По первому признаку они подразделяются на:

• приборы, предназначенные для измерения атмосферного давления, иначе они называются барометры;
• приборы, измеряющие избыточное и абсолютное;
• вакуумметры, призваны измерять разность атмосферного и абсолютного давлений;
• напорометры, измеряют малое (до 40 кПа) избыточное давление;
• тагометры, вид вакуумметра, которое измеряет избыточное давление верхнего предела 40 кПа;
• дифференциальные манометры, измеряют разность давлений.

Они работают по принципу уравновешивания разницы давлений определенной силой. Поэтому устройство манометров разное, в зависимости от того, как именно происходит это уравновешивание.

По принципу действия они делятся на:

• жидкостные, уравновешивание разницы давлений в таких приборах происходит за счет гидростатического давления столба жидкости, в устройстве используется принцип сообщающихся сосудов;
• пружинные имеют простую конструкцию, и широко применяются для измерения давления среды в широких диапазонах;
• мембранные, основаны на пневматической компенсации, уравновешивание давления происходит за счет силы упругости мембранной коробки;
• электроконтактные, применяются в автоматических системах контроля и сигнализации, поскольку с их помощью можно регулировать измеряемую среду благодаря встроенному в корпус электроконтактному механизму;
• дифференциальные используются для измерения уровня жидкостей под напором расхода жидкости, пара и газа с помощью диафрагм.

https://youtube.com/watch?v=MLdd1XPX7cA

По назначению существуют такие виды манометров, как:

• общетехнические приборы применяются для измерения напора жидкостей, газов и паров, химически нейтральных к сплавам меди;
• кислородные, они производятся в корпусах голубого цвета с указанием О2 на циферблате, применяются для измерения кислородного давления в баллонах или вакуумах;
• ацетиленовые применяются для контроля избыточного давления ацетилена;
• эталонные применяются в целях проверки других приборов, поскольку они обладают большой точностью;
• судовые применяются в судах и морском транспорте;
• железнодорожные используются на железнодорожном транспорте;
• самопишущие имеют встроенный механизм, который позволяет воспроизводить на бумаге результат работы.

Источник

Определение и формула давления

Определение Давление

– это физическая величина,характеризующая состояние сплошной среды. Оно равно пределу отношения нормальной составляющей силы, которая действует на участок поверхности тела площади $Delta S$ к размеру данной площади при $Delta S rightarrow 0$ . Обозначается давление буквой p. Тогда математической записью определения давления станет формула:

$$p=lim _{Delta S rightarrow 0} frac{Delta F_{n}}{Delta S}=frac{d F_{n}}{d S}$$

Выражение (1) определяет давление в точке.

Автоматические приборы

Автоматический аппарат, измеряющий артериальное давление у человека, прост в использовании, поэтому им сможет пользоваться даже ребенок. В комплекте с данным тонометром идет инструкция, объясняющая, как определить артериальное давление. Также на некоторых тонометрах имеется адаптер для изменения питания и специальная таблица, подсказывающая, как узнать, не покинуло ли внутрисосудистое напряжение нормальные рамки.

Измерительные функции такого устройства дополняют возможности полуавтоматических приборов, поэтому он самый точный и лучший среди всех аналогичных устройств. Данный аппарат имеет манжеты для измерения артериального давления и электрический монитор, позволяющий измерить давление, нажимая всего одну кнопку.

Этот тип тонометров разделяется на несколько разновидностей:

• Плечевой.
• Пальцевой.
• Запястной.

Неважно, чем измеряется давление, а именно – каким автоматическим прибором. Цель каждого из них звучит одинаково – предоставить самые точные результаты. Любой автоматический электронный прибор, измеряющий давление самостоятельно, накачивает манжету для измерения давления воздуха. Она располагается на плече, пальце или запястье (в зависимости от выбора медицинского оборудования, предназначенного для фиксации внутрисосудистых показателей). Далее устройство спускает манжету, и показывает больному готовый результат.

Каждый из этих тонометров имеет адаптер для подключения к электросети, поэтому приобретая данные измерители давления, можно применять их как в поездке, дома, так и на курорте.

Плечевой тонометр

При гипертонии и гипотонии, других болезнях сосудисто-сердечной системы, характеризующихся повышением внутрисосудистого давления, лучше использовать аппараты для измерения давления плечевого типа. При этом подвергаются измерению крупные артерии, что позволяет узнать самый точный результат среди всех видов автоматических измерителей.

Запястной тонометр

Аппарат для измерения давления на запястье чаще всего применяется для контроля функциональности сосудистой системы у спортсменов. Такой прибор от давления называется браслет от гипертонии (или гипотонии, в зависимости от проблем больного).

Также измеритель давления на запястье позволяет проводить суточное измерение, чтобы проверить, как себя ведет сосудистая система на протяжении всего дня (при выполнении физических нагрузок и отдыха). Рекомендуется дополнительно измерять давление плечевым тонометром, ведь при исследовании может быть небольшая погрешность.

Чтобы применить браслет для измерения давления, потребуется надеть манжет на запястье, выбрать нужный режим и немного подождать, пока устройство измеряет внутрисосудистые значения. Учитывая, что измеритель давления на запястье компактен и легок в применении, им регулярно измеряют артериальное давление у людей, имеющих большие физические нагрузки или высокую активность, провоцирующую увеличение напряжения внутри сосудов.

Пальцевой тонометр

Пальцевые тонометры мало востребованы, ведь даже первое измерение данным устройством может показывать большую погрешность. Когда меряют давление у человека этим способом, подвергаются исследованию тонкие сосуды пальца. В итоге может быть недостаточно интенсивности кровотока в исследуемой области, и результаты будут ошибочными.

Автоматический или полуавтоматический аппарат для измерения давления на запястье, пальце или плече имеет адаптер для подключения к электричеству. Также пациент может самостоятельно мерить давление и дожидаться определения внутрисосудистых показателей, получая уже готовый результат. Это общее преимущество использования именно современных тонометров.

Гидростатическое давление

Гидростатическое давление – давление внутри столба жидкости или газа, находится по формуле:

$$p=p_{0}+rho g h(4)$$

где $rho$ – плотность вещества, g=9,8 м/с2 – ускорение свободного падения, h- высота столба вещества. p0 – внешнее давление на газ или жидкость.

Искривление поверхностного слоя жидкости ведет к возникновению дополнительного давления на жидкость, тогда давление под искривленной жидкостью определяется как:

$$p=p_{0}^{*}+2 sigma H(5)$$

где $mathrm{P}_{0}^{*}$ -поверхностное натяжение жидкости,p0* – давление под не искривлённым слоем жидкости, H – средняя кривизна поверхности жидкости, вычисляемая по закону Лапласа:

$$H=frac{1}{2}left(frac{1}{R_{1}}+frac{1}{R_{2}}right)$$

R1, R2 – главные радиусы кривизны.

Механические аппараты

Механический прибор для измерения артериального давления носит это название, ведь позволяет мерить давление, независимо от внешних факторов. Главное, чтобы человек был в силах накачать манжету и оценить результат. Данное оборудование состоит из манжеты для измерения артериального давления, манометра (для измерения давления воздуха внутри манжеты) и груши.

Механический аппарат для неинвазивного измерения артериального давления (также именуемый, как сфигмоманометр) используется следующим образом:

1. Манжеты для измерения артериального давления надевают на руку, как можно выше к плечу и фиксируют специальной липучкой.
2. На уши надевают фонендоскоп, подобный терапевтическому прибору, предназначенному для прослушивания грудной клетки. Другой его конец кладут на внутреннюю часть локтевого изгиба и слегка прижимают.
3. Далее манжета для руки накачивается при помощи груши. Только после этого подводятся итоги и оценка артериального давления.

Чтобы узнать точные внутрисосудистые результаты, потребуется положить манометр для измерения перед собой, и накачивать грушу, пока пульс не перестанет прослушиваться фонендоскопом. Затем следует нащупать на груше небольшое колесико и провернуть его. В результате, манжета для измерения будет медленно сдуваться, а человеку потребуется хорошо прислушиваться к фонендоскопу.

В момент, когда прибор для измерения кровяного давления начнет громко пульсировать в ушах – он будет свидетельствовать о результатах систолических показателей, а на каких значениях затихнет – говорит о диастолических.

В целом, это очень популярный прибор измерения давления, но он требует специальных навыков и знаний, которыми владеет не каждый больной. Такие тонометры регулярно используются в поликлиниках.

В пенсионном возрасте измерить артериальное давление механическим устройством (без посторонней помощи) становится трудней. Если человек ранее не сталкивался с таким оборудованием, не понимает суть его работы, то вряд ли он сможет в старости научиться самостоятельно считывать информацию с манометра. Также в старости начинает слабеть слух – это вторая причина, по которой данная методика исследования тоже становится недоступна людям преклонного возраста.

В результате, чтобы регулярно осуществлять механическим тонометром измерения давления у человека пожилого возраста, потребуется помощь близких. В случае, если пенсионер не имеет наследников или они редко посещают его, рекомендуется использовать усовершенствованные альтернативные устройства.

Ртутный механический тонометр

Также существует тонометр, осуществляющий измерение артериального давления при помощи ртути. Он имеет вместо манометра ртутный экран, которым и измеряют давление человека (оценивают результаты). Учитывая появление усовершенствованных аппаратов от давления, этот измеритель является не совсем удобным при эксплуатации, ведь не подлежит транспортировке.

По сути, этот измеритель давления на руку (ртутный тонометр) тоже имеет манжет. Работает аналогично современному механическому сфигмоманометру, но для его применения человеку потребуется сидеть за столом и смотреть на ртутный датчик. Во время оценки результата, ртутный столб будет находиться перед глазами, поэтому считывание информации не затруднит больного.

Точные науки

Единица измерения давления в физике и химии – буква «Р» (перевод на латинский – «pressūra). Если наблюдается равновесие внутри и снаружи стенок цилиндра, показатель обозначается «П». По международной системе используются Паскали. Используя формулу давления жидкости и силу, можно прийти к выводу, что 1 Па=1 Н/ 1 кв. м. Так как единица мала, применять её в расчётах сложно.

Из таблицы стандартных конвертеров в физике чаще используются обозначения:

1. Бары. 1 Бар=105 Па.
2. Торры либо мм ртутного столба (1 торр равен 133 Па).
3. Мм вод. столба.

Для определения давления используется сила и площадь: Р = mg / S. Существует зависимость величины от объёма и массы. Для показателя характерно следующее свойство: чем меньше площадь, тем большая сила оказывается на тело. Если давление не изменяется, но увеличивается S, тогда искомый показатель уменьшается.

Виды величины

Давление может быть различным (избыточным, барометрическим). Абсолютное понятие характерно для вещества либо объекта, на которое не оказывают влияния иные газы. Показатель измеряется в Паскалях. Он вычисляется по следующему калькулятору: нормальное Р = Р2 + Р3 или Р = Р2 – Р4.

Начало отсчёта идёт от планеты Земля, силы внутри сосуда, из которого удалён воздух. Величина используется во многих термодинамических формулах. Для определения гравитации используется понятие барометрическое либо атмосферное давление. Оно изменяется с учётом температуры атмосферы, времени, высоты.

В норме показатель равняется 760 мм рт. ст., при этом температура должна соответствовать нулю по Цельсию. Чем выше находится объект от Земли, тем ниже оказывается на него давление. Значение уменьшается на 100 Па через каждый восьмой километр.

В горах вода закипает быстрее, чем в домашних условиях: давление воздействует на температуру кипения. Если оно снижается, уменьшается t. Зависимость сохраняется и в обратном порядке. На подобном свойстве функционируют некоторые кухонные приборы: скороварка, автоклав. При повышении номинального Р внутри поднимается температура.

Для расчётов применяется стандартная формула, где используются переменные:

• плотность воздушных масс вблизи уровня Земли;
• высота;
• ускорение;
• температура;
• молярная масса.

Если количество частиц задано в молях, используется формула с постоянной величиной К. При проведении расчётов учитывается вероятность изменения температуры, что связано со сменой погоды, набором высоты, географической широтой. Если из атмосферного Р вычесть измеренное, получится избыточная сила. С учётом результата изменяется название показателя:

• положительный – манометрический;
• отрицательный – вакуумметрический.

Последнее значение не может превышать барометрический уровень. Разница давлений в разных точках называется дифференциальным явлением. Его используют, чтобы определить Р на определённом оборудовании. Такое понятие используется в нефтедобывающей отрасли.

Полуавтоматические устройства

Полуавтоматический измеритель артериального давления является упрощенным оборудованием, позволяющим померить давление любому человеку, независимо от образования и умственного развития. Полуавтоматические приборы продаются в аптеках по умеренной цене. Для использования данного аппарата потребуется:

1. Надеть манжет для измерения, немного выше локтя (ближе к плечу), зафиксировать его.
2. Затем нажать кнопку на оборудовании.
3. Накачать манжет для измерения давления воздуха вручную, используя грушу.

В итоге, измерение давления у человека становится намного проще, ведь полуавтоматический измеритель артериального давления сам спускает манжет, и показывает уже готовые результаты.

Показатели артериального давления: зависимость от возраста

Средние значения АД часто меняются в зависимости от возраста и пола человека. У женщин до 40 лет показатели ниже, чем у мужчин, однако, после 41 года наблюдается обратная тенденция. Это обусловлено особенностями женского организма: во время детородного периода сохраняют свою активность специальные гормоны, укрепляют кровеносную систему женщины.

( 1 оценка, среднее 5 из 5 )

Источник