Почему атмосфера имеет давление?

Вопрос: Почему у атмосферы давление?

Кроме того, когда ветер дует, вы в основном не осознаёте, что воздух имеет массу и оказывает давление. Тем не менее, если бы внезапно не было давления, ваша кровь закипела бы, и воздух в ваших легких расширился бы, чтобы поднять ваше тело, как воздушный шар. Но почему воздух оказывает давление? Это газ, поэтому вы можете подумать, что он улетучиться в космос? Почему у любого газа есть давление?

В двух словах, это потому, что молекулы в атмосфере имеют энергию, поэтому они взаимодействуют и отскакивают друг от друга, и потому что они связаны гравитацией, чтобы оставаться рядом друг с другом. Присмотритесь ближе:

Как работает давление воздуха

Воздух состоит из смеси газов. Молекулы газа имеют массу (хотя и немного) и температуру. Вы можете использовать закон идеального газа как один из способов визуализации давления:

PV = nRT

где P — давление, V — объем, n — число молей (связанное с массой), R — постоянная, T — температура. Объем не бесконечен, потому что гравитация Земли достаточно «тянет» на молекулы, чтобы удерживать их близко к планете. Некоторые газы убегают, как гелий, но более тяжелые газы, такие как азот, кислород, водяной пар и углекислый газ, связаны более жестко. Да, некоторые из этих более крупных молекул все еще истекают кровью в космос, но наземные процессы поглощают газы (например, углеродный цикл) и генерируют их (например, испарение воды из океанов).

Поскольку существует измеримая температура, молекулы атмосферы имеют энергию. Они вибрируют и передвигаются, натыкаясь на другие молекулы газа. Эти столкновения в основном эластичны, что означает, что молекулы отскакивают больше, чем они склеиваются. «Отскок» — это сила. Когда он применяется над областью, например, вашей кожей или поверхностью Земли, это становится давлением.
Сколько атмосферного давления?

Давление зависит от высоты, температуры и погоды (в основном от количества водяного пара), поэтому он не является постоянным. Однако среднее давление воздуха в обычных условиях на уровне моря составляет 14,7 фунта на квадратный дюйм, 29,92 дюйма ртути или 1,01 × 105 паскалей. Атмосферное давление составляет лишь примерно половину высоты на высоте 5 км (около 3,1 мили).

Почему давление намного выше, чем у поверхности Земли? Это потому, что это действительно показатель веса всего воздуха, прижимающегося к этому моменту. Если вы высоко в атмосфере, вам не так много воздуха, чтобы надавить. На поверхности Земли вся атмосфера сложена над вами. Хотя молекулы газа очень легкие и далеко друг от друга, их очень много!

Преобразование единиц измерения давления: бары в атмосферы

Приведем пример преобразования единиц измерения давления (бар) в атмосферы (атм). Первоначально атмосфера была единицей, связанной с давлением воздуха на уровне моря. Позднее она была определена как 1,01325 x 105 паскалей. Бар представляет собой еденицу давления, определяемую как 100 килопаскалей. Это делает одну атмосферу почти равной одному бару, в частности: 1 атм = 1,01325 бар.

Задача:
Давление под уровнем океана увеличивается примерно на 0,1 атм на метр.

На глубине одного километра давление воды составляет 99,136 атмосферы. Выразите это давление в барах?


Решение:
1 атм = 1,01325 бар

Выполним преобразование так, чтобы желаемую единицу вынести за знак равенства. В данном случае мы хотим вынести бары:
давление в барах = (давление в атм) x (1,01325) бар

давление в барах = 100,45 бар

Ответ:
Давление воды на глубине 1 км составляет 100,45 бар.

Что такое крутящий момент?

Крутящий момент — это тенденция силы вызывать или изменять вращательное движение тела. Крутящий момент рассчитывается умножением силы и расстояния. Это векторная величина, то есть она имеет как направление, так и величину. Либо изменяется угловая скорость для момента инерции объекта, либо и то, и другое.
Крутящий момент также известен как: момент кручения, момент силы.
ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА
Единицы измерения в СИ — это ньютон-метры или N*м.
Несмотря на то, что это то же самое, что и у Джоулей, крутящий момент — это не работа или энергия, поэтому это просто ньютон-метры. Крутящий момент в расчетах представлен греческой буквой tau: τ. Когда он называется моментом силы, он обозначается как — М. В имперских единицах вы можете встечать фунт-силы- фут (lb⋅ft), которые могут быть сокращены как фунт-футы, причем подразумевается «сила».
КАК РАБОТАЕТ МОМЕНТ
Величина крутящего момента зависит от того, какая сила приложена, длина рычага, который соединяет ось с точкой приложения силы, и угол между вектором силы и рычагом.
Расстояние — это плечо, часто обозначаемое буквой r. Это вектор, указывающий от оси вращения туда, где действует сила. Чтобы увеличить крутящий момент, необходимо применить силу дальше от точки опоры, т. е. Увеличить плечо или применить большее усилие. Как сказал Архимед, «дайте мне точку опоры с достаточно длинным рычагом, и я сдвину мир».
Пример: если вы надавите на дверь рядом с петлями, вам нужно использовать больше силы, чтобы открыть ее, чем если бы вы надавили на ее дверную ручку на пол метра дальше от петель.
Если вектор силы (плечо) θ = 0 ° или 180 °, то сила не будет приводить к вращению на оси. Он либо отодвигал бы ось вращения, потому что он находится с ней в одной плоскости или приближал бы ось вращения. Значение крутящего момента для этих двух случаев равно нулю.
Наиболее эффективными плечами силы для создания момента являются θ = 90 ° или -90 °, которые перпендикулярны плечу положения.
Трудность работы с крутящим моментом заключается в том, что он вычисляется с использованием направления вектора. Это означает, что вы должны применить правило правой руки. В этом случае возьмите правую руку и скрутите пальцы вашей руки в направлении вращения, вызванном силой. Теперь большой палец правой руки указывает в направлении вектора крутящего момента.
СУММАРНЫЙ МОМЕНТ
В реальном мире вы часто наблюдаете больше одной силы, действующие на объект, вызывающие крутящий момент. Суммарный крутящий момент представляет собой сумму отдельных крутящих моментов. Во вращательном равновесии нет чистого крутящего момента на объекте. Так же существуют отдельные моменты, которые складываются до нуля и отменяют друг друга (уравновешивают).

Давление — это сила!

Давление определяется как мера силы, приложенной к единице площади. Давление часто выражается в единицах Паскалей (Па), ньютонов на квадратный метр (Н/м2 или кг/м · с2) или фунтов на квадратный дюйм. Есть и другие единицы измерения:  атмосферы (атм), торры, бары и метры морской воды (м.д.с.).

В уравнениях давление обозначается заглавной буквой P или строчной буквой p.

Давление является производной единицей, обычно выраженной в единицах уравнения:

P = F / A

где P — давление, F — сила, а A — площадь

 

Давление представляет собой скалярную величину. то есть оно имеет величину, но не направление. Это может показаться запутанным, так как обычно очевидно, что сила имеет направление. Это может помочь рассмотреть давление газа в воздушном шаре. Нет никакого очевидного направления движения частиц в газе. Фактически, они движутся во всех направлениях, так что чистый эффект кажется случайным. Если газ заключен в воздушный шар, обнаруживается давление, так как некоторые молекулы сталкиваются с поверхностью баллона. Независимо от того, где именно на поверхности вы измеряете давление, оно будет одинаково.

Обычно давление является положительным значением. Однако возможно отрицательное давление.

ПРОСТОЙ ПРИМЕР ДАВЛЕНИЯ

Простой пример давления можно увидеть, держа нож на кусоке плода. Если вы держите плоскую часть ножа против плода, он не режет поверхность. Сила распространяется на большую площадь (низкое давление).

 

Если вы поворачиваете лезвие так, чтобы режущая кромка была прижата к плоду, такая же сила приходится на гораздо меньшую площадь поверхности (значительно повышенное давление), поэтому поверхность легко разрезается.

Что такое парциальное давление газа

Парциальное давлениеОпределение парциального (частичного) давления

В смеси газов каждый газ из входящих в нее способствует общему давлению смеси. Этот вклад и является парциальным давлением (видимо от слова «порция» :)). Парциальное давление представляет собой давление газа, как если бы газ находится в одном объеме и температуре сам по себе.

Пример: согласно закону Далтона полное давление смеси идеальных газов является суммой парциального давления каждого отдельного газа.

Рсм=Р1+Р2+Р3+…

Что такое эмульсия?

Определение эмульсии

Эмульсия представляет собой коллоид двух или более несмешивающихся жидкостей, где одна жидкость содержит дисперсию других жидкостей. Другими словами, эмульсия представляет собой особый тип смеси, приготовленной путем объединения двух жидкостей, которые обычно не смешиваются. Слово «эмульсия» происходит от латинского слова означающего «молоко» (молоко является одним из примеров эмульсии жира и воды). Процесс превращения жидкой смеси в эмульсию называется эмульгированием.
ЭмульсияПримеры эмульсий

  • Смеси масла и воды являются эмульсиями при встряхивании. Масло будет образовывать капли и рассеиваться по объему воды.
  • Яичный желток представляет собой эмульсию, содержащую лецитин эмульгирующего агента.
  • Кремат на эспрессо представляет собой эмульсию, состоящую из воды и кофейного масла.
  • Масло — это эмульсия воды в жире.
  • Майонез представляет собой эмульсию масла в воде, которая стабилизируется лецитином в яичном желтке.
  • Фоточувствительную сторону фотопленки покрывают эмульсией галогенида серебра в желатине.

Свойства эмульсий

Эмульсии обычно кажутся матовыми или белыми, потому что свет рассеивается от фазовых интерфаз между компонентами в смеси. Если весь свет рассеивается одинаково, эмульсия будет выглядеть белой. Разбавленные эмульсии могут казаться слегка синими, потому что свет с низкой длиной волны рассеивается больше. Это называется эффектом Тиндалла. Это обычно видно в обезжиренном молоке. Если размер частиц капель меньше 100 нм (микроэмульсия или наноэмульсия), возможно, чтобы смесь была полупрозрачной.

Поскольку эмульсии являются жидкостями, они не имеют статической внутренней структуры. Капли распределяются более или менее равномерно по всей жидкой основе, называемой дисперсионной средой. Две жидкости могут образовывать различные типы эмульсий. Например, масло и вода могут образовывать эмульсию масло в воде, где капли масла диспергируются в воде или они могут образовывать эмульсию типа «вода в масле», с водой, диспергированной в масле.

Кроме того, они могут образовывать несколько эмульсий, таких как вода в масле в воде.

Большинство эмульсий нестабильны, с компонентами, которые не будут смешиваться сами по себе или оставаться приостановленными на неопределенный срок.
Определение эмульгатора

Вещество, которое стабилизирует эмульсию, называется эмульгатором. Эмульгаторы работают, увеличивая кинетическую стабильность смеси. Поверхностно-активные вещества или поверхностно-активные вещества являются одним типом эмульгаторов. Моющие средства являются примером поверхностно-активного вещества.

Еще примеры эмульгаторов:

  • лецитин,
  • горчица,
  • соевый лецитин,
  • фосфаты натрия,
  • сложный эфир диацетилвинной кислоты моноглицерида (DATEM)
  • стеароиллактилат натрия.

 

Различие между коллоидом и эмульсией

Иногда термины «коллоид» и «эмульсия» используются взаимозаменяемо, но термин «эмульсия» применяется, когда обе фазы смеси являются жидкостями. Частицы в коллоиде могут быть любой фазой вещества. Таким образом, эмульсия представляет собой тип коллоида, но не все коллоиды являются эмульсиями.
Как работает эмульгация

Существует несколько механизмов, которые могут быть задействованы в эмульгировании:

Эмульгирование может возникать, когда поверхностное натяжение между двумя жидкостями уменьшается. Так работают поверхностно-активные вещества.
Эмульгатор может образовывать пленку в течение одной фазы в смеси для образования глобул, которые отталкивают друг друга, позволяя им оставаться равномерно диспергированными или суспендированными.

Некоторые эмульгаторы увеличивают вязкость среды, что облегчает суспензию суспензий.

Силы Ван-дер-Ваальса

Определение:

К описанию сил Ван дер ваальсасилы Ван-дер-Ваальса — это незначительные силы, которые способствуют межмолекулярному связыванию между молекулами. Молекулы по своей природе обладают энергией, а их электроны всегда находятся в движении, поэтому переходные концентрации электронов в одной области или другой приводят к электрически положительным областям молекулы, которые притягиваются к электронам другой молекулы. Аналогично, отрицательно заряженные области одной молекулы отталкиваются отрицательно заряженными областями другой молекулы.

Силы Ван-дер-Ваальса являются суммой притягивающих и отталкивающих электрических сил между атомами и молекулами. Эти силы отличаются от химического связывания, поскольку они обусловлены изменениями плотности заряда частиц.

Примеры:

водородная связь, дисперсионные силы, диполь-дипольные взаимодействия.

Что такое поверхностное натяжение?

Поверхностное натяжение представляет собой явление, при котором поверхность жидкости, в которой жидкость находится в контакте с газом, действует как тонкий эластичный лист. Этот термин обычно используется только тогда, когда поверхность жидкости контактирует с газом (например, воздухом). Если поверхность находится между двумя жидкостями (например, водой и маслом), это называется «взаимным натяжением».
Причиной поверхностного натяжения являются различные межмолекулярные силы, такие как силы Ван-дер-Ваальса, которые объединяют жидкие частицы по поверхности, частицы тянутся к остальной части жидкости. Поверхностное натяжение (обозначается греческой переменной гамма — γ) определяется как отношение поверхностной силы F к длине d, вдоль которой действует сила:

   γ = F / d

Единицы измерения поверхностного натяжения

Поверхностное натяжение в единицах СИ обозначается как Н/м (ньютон на метр), хотя наиболее распространенной является единица cgs: дин/см (дин на сантиметр).
С точки зрения термодинамики, иногда полезно рассматривать поверхностное натяжение с точки зрения работы на единицу площади. Единицей СИ в этом случае является Дж/м2 (джоули на квадратный метр). Единица cgs равна эрг/см2.
Эти силы связывают поверхностные частицы вместе. Хотя это связывание слабое — довольно легко в итоге сломать поверхность жидкости.

Примеры поверхностного натяжения

Капли воды. При каплепадении вода не течет в непрерывном потоке, а в массиве капель.
Форма капель обусловлена поверхностным натяжением воды. Единственная причина, по которой капля воды не является полностью сферической, заключается в том, что сила тяжести воздействует на нее. В отсутствие силы тяжести капля уменьшит площадь поверхности, чтобы свести к минимуму напряжение, что приведет к совершенно сферической форме.

Насекомые ходят по воде. Несколько насекомых могут ходить по воде, например, водомерки.
Поверхностное натяжение водыИх ноги сформированы таким образом, что бы вес распределялся по воде, в результате чего поверхность жидкости становится придавленной, минимизируя потенциальную энергию, чтобы создать баланс сил, так что водомерка может перемещаться по поверхности воды, не продавливая ее поверхность. Это то же самое, что ношение «снежных» ботинок для хождения сквозь глубокие сугробы без проваливания в них ног.

Игла (или скрепка), плавающая на воде. Несмотря на то, что плотность этих объектов больше воды, сил ее поверхностного натяжения достаточно, чтобы противодействовать силе тяжести, тянущей вниз металлический предмет.

В приведенной ниже таблице показаны значения поверхностного натяжения, полученные для разных жидкостей при различных температурах.

Таблица величин поверхностного натяжения

Жидкость, контактирующая с воздухом Температура

(градусы C)

Напряжение поверхности

(мН/м, или дин/см)

Бензол 20 28,9
Тетрахлорид углерода 20 26,8
Этанол 20 22,3
Глицерин 20 63,1
Ртуть 20 465,0
Оливковое масло 20 32,0
Мыльный раствор 20 25,0
Вода 20 75,6
40 72,8
60 66,2
100 58,9
Кислород -193 15.7
Неон -247 5,15
Гелий -269 0,12

 

Некоторая терминология по химии

  Химическая запись     

 

  Для понимания вопросов связанных с измерениями рабочих жидкостей (жидких нефтепродуктов, газов, пищевых продуктов) необходимо четко понимать ряд терминов и определений из химии.

 

Итак, приведем список важных терминов по химии и их определения.

 

  • абсолютный ноль. Абсолютный ноль равен 0 К. Это самая низкая температура. Теоретически при абсолютном нуле атомы перестают двигаться.
  • точность. Точность — это показатель того, насколько близко измеренное значение соответствует его истинному значению. Например, если объект имеет ровно метр длиной, и вы измеряете его как 1,1 метра в длину, это более точно, чем если бы вы измерили его как 1,5 метра в длину.
  • кислота. Существует несколько способов определения кислоты, но они включают любое химическое вещество, которое выделяет протоны или Н + в воде. Кислоты имеют рН менее 7. Они превращают pH-индикатор в фенолфталеин бесцветным и превращают лакмусовую бумагу в красный цвет.
  • ангидрид кислоты. Ангидрид кислоты представляет собой оксид, который образует кислоту при взаимодействии с водой. Например, когда SO3— добавляется в воду, он становится серной кислотой, H2SO4.
  • спирт. Спирт представляет собой любую органическую молекулу, которая имеет группу -ОН.
  • альдегид. Альдегид представляет собой любую органическую молекулу, которая имеет группу -COH.
  • щелочной металл. Щелочной металл представляет собой металл в группе I периодической таблицы. В щелочные металлы входят: литий, натрий и калий.
  • щелочноземельный металл. Щелочноземельный металл является элементом, принадлежащим к группе II периодической таблицы. Примерами щелочноземельных металлов являются магний и кальций.
  • алкан. Алкан представляет собой органическую молекулу, содержащую только углерод-углеродные связи.
  • алкен. Алкен представляет собой органическую молекулу, которая содержит по меньшей мере одну C = C или углерод-углеродную двойную связь.
  • алкин. Алкин представляет собой органическую молекулу, которая содержит по меньшей мере одну углерод-углеродную тройную связь.
  • аллотроп. Аллотропы — это разные формы фазы элемента. Например, алмаз и графит представляют собой аллотропы углерода.
  • альфа-частица. Альфа-частица — другое название ядра гелия, которое содержит два протона и два нейтрона. Он называется альфа-частицей в отношении радиоактивного (альфа) распада.
  • амин. Амин представляет собой органическую молекулу, в которой один или несколько атомов водорода в аммиаке были заменены органической группой. Примером амина является метиламин.
  • основание. Основанием является соединение, которое образует OH-ионы или электроны в воде или которые принимают протоны. Примером общей основы является гидроксид натрия, NaOH.
  • бета-частица. Бета-частица представляет собой электрон, хотя этот термин используется, когда электрон излучается при радиоактивном распаде. бинарное соединение. Бинарное соединение состоит из двух элементов.
  • буфер — жидкость, которая сопротивляется изменению рН при добавлении кислоты или основания. Буфер состоит из слабой кислоты и ее конъюгата. Примером буфера является уксусная кислота и ацетат натрия.
  • Калориметрия. Калориметрия — исследование теплового потока. Калориметрию можно использовать, чтобы найти теплоту реакции двух соединений или, например, теплоту сгорания соединения.
  • карбоновая кислота. Карбоновая кислота представляет собой органическую молекулу, содержащую группу -COOH. Примером карбоновой кислоты является уксусная кислота.
  • катализатор. Катализатор представляет собой вещество, которое снижает энергию активации реакции или ускоряет ее, не поглощаясь реакцией. Например ферменты представляют собой белки, которые действуют как катализаторы для биохимических реакций.
  • катод. Катод — это электрод, который получает электроны или уменьшается. Другими словами, именно там происходит редукция в электрохимической ячейке.
  • химическое уравнение. Химическое уравнение представляет собой описание химической реакции, включая то, что реагирует, что производится, и какое направление реакции протекает.
  • химическое свойство. Химическое свойство является свойством, которое может наблюдаться только при химическом изменении. Воспламеняемость является примером химического свойства, поскольку вы не можете измерить, насколько легко воспламеняется вещество, не воспламеняя его (образуя/разрушая химические связи).
  • ковалентная связь. Ковалентная связь представляет собой химическую связь, образованную, когда два атома разделяют два электрона.
  • критическая масса. Критическая масса — это минимальное количество радиоактивного материала, необходимого для возникновения ядерной цепной реакции.

Следите за обновлениями

Что такое вакуум?

Определение вакуума

Вакуум — это объем, который занимает очень мало или вообще не занимает никакого объема, не имеет значения. Другими словами, это область, которая имеет давление газов намного ниже, чем давление атмосферы.

Частичный вакуум представляет собой вакуум с небольшим количеством вещества, заключенного в оболочку. Полный, идеальный или абсолютный вакуум не имеет значения. Иногда этот вид вакуума называют «свободным пространством».

Термин «вакуум» происходит от латинского vacuus, что означает «пустое».

Vacuus (рус. — вакуус), в свою очередь, происходит от слова vacare, что означает «быть пустым».
Обычные орфографические ошибки: ваккуум, ваккум, вакум
Примеры вакуума

  • Вакуумные лампы — это устройства, обычно сделанные из стекла, которые содержат очень низкое давление газа внутри стеклянной оболочки.
  • Космос считается вакуумом. Космос на самом деле с содержит материю, но давление там намного ниже, чем вы могли бы найти например на Земле.
  • Пылесос всасывает мусор, потому что он создает разность давлений между очищаемой зоной и всасывающей трубкой.
  • Ваши легкие втягивают воздух, когда ваша диафрагма опускается, создавая частичный вакуум в альвеолах легких, заставляя воздух проходить сквозь них.