Đại lượng vật lý áp suất được sử dụng khi chúng ta còn ngồi trên ghế nhà trường. Đơn vị đo hay công thức dùng cho áp suất chất lỏng hoặc chất khí luôn gắn liền với đời sống con người từ thời xa xưa. Vậy, đứng trên cương vị của một kỹ sư hay nhân viên ngành công nghiệp thì bạn đã biết về áp suất là gì? Công thức tính áp suất là gì? Các đơn vị đo và chuyển đổi áp suất? Cùng tìm hiểu ngay nhé.
Áp suất là gì?
Áp suất là độ lớn mà áp lực tác động trên một diện tích có phương vuông góc xuống bề mặt vật chất bị tác động lực.
Áp suất [Pressure] được kí hiệu là P trong vật lú học. Đối với hệ SI, đơn vị áp suất tính bằng N/m2, hay Pascal [Pa].
Minh họa: 1 pa có giá trị xấp xỉ một tờ tiền đô la tác dụng lực lên một mặt bàn vậy. Đơn vị đo: 1 KPa = 1000 Pa.
Công thức tính áp suất là gì?
Công thức tính áp suất chất lỏng
Áp suất chất lỏng là áp suất tồn tại ở một số điểm bên trong chất lỏng. Ví dụ, dòng chảy trong kênh hở như bề mặt đại dương hoặc bể bơi, dòng chảy trong ống dẫn nước.
Trong chất lỏng nói chung, áp suất nước sẽ được truyền đi theo mọi phương. Phương trình Bernoulli cho phép xác định áp suất ở điểm bất kỳ trong chất lỏng. Vì thế, công thức viết giữa điểm a và điểm b trong một hệ thống được thực hiện như sau: Pa/V + v2a/2g + za = Pb/V + v2b/2g + zb
Công thức tính áp suất chất lỏng: p = d.h
Công thức tính áp suất chất khí
Ta có phương trình: F = P/S
Trong đó:
+ F là lực tác động lên bề mặt
+ P là áp suất
+ S là diện tích mà lực tác động
Công thức tính áp suất thẩm thấu
Áp suất thẩm thấu xuất hiện khi lực đẩy có hiện tượng thẩm thấu. Áp suất này tỉ lệ thuận với các đơn vị nồng độ, nhiệt độ, dung dịch.
Công thức tính: P = R*T*C
Trong đó:
+ P là áp suất thẩm thấu, đơn vị đo atm.
+ R là hằng số cố định, giá trị 0,082.
+ T là nhiệt độ tuyệt đối, nhiệt độ T = 273 + t oC.
+ C là nồng độ dung dịch được phân li.
Áp suất thủy tĩnh
Áp suất thủy tính là áp suất sử dụng khi chất lỏng ở trạng thái cân bằng, không xảy ra các dao động trong chất lỏng.
Công thức tính: P = Po + pgh
Trong đó:
+ P là khối lượng riêng, đơn vị đo kg/m3.
+ Po là áp suất của khí quyển.
+ g là gia tốc trọng trường.
+ h là chiều cao từ đáy đến mặt tĩnh chất lỏng.
Áp suất riêng phần
Áp suất riêng phần là áp suất tính cho môi trường khí, nếu như lượng khí chiếm toàn bộ thể tích ở trong hộp.
Công thức tính: pi = xi.p
Trong đó:
+ pi là áp suất riêng phần.
+ xi là phần mol trong toàn bộ hỗn hợp khí.
+ p là áp suất toàn phần.
Áp suất dư
Áp suất dư là áp suất tính tại một thời điểm mà chất lỏng hoặc chất khí được lựa chọn làm mốc.
Công thức tính: Pd = P – Pa
Trong đó:
+ Pd: áp suất tương đối
+ P là áp suất tuyệt đối
+ Pa là áp suất khí quyển
Áp suất tuyệt đối
Áp suất tuyệt đối là tổng của áp suất tương đối + áp suất khí quyển.
Công thức tính: P = pa + pd
Trong đó:
+ P là áp suất tuyệt đối
+ pa là áp suất tương đối
+ pd là áp suất khí quyển
Ví dụ về công thức tính áp suất:
Một lọ hoa có khối lượng 500g được đặt trên bàn. Tính áp suất mà lọ hoa tác dụng lên mặt bàn, biết đáy bình hoa là hình tròn có đường kính bằng 5cm.
Thực hiện:
Đổi đơn vị đo: 500 g = 0,5 kg; 5 cm = 0,05 m.
Áp lực sinh ra do trọng lượng của lọ hoa tác dụng lên mặt bàn bằng:
F = P = 10.m = 10.0,5 = 5 [N].
Diện tích đáy của bình hoa chính là diện tích mặt bị ép:
S = p.r2 = p.0,052 » 7,85.10-3 [m2]
Áp suất mà lọ hoa tác dụng lên mặt bàn là:
P = F/S = 5/[7,85.10-3] 637 [Pa]
Đơn vị đo áp suất là gì?
Những đơn vị đo áp suất được sử dụng nhiều nhất hiện nay như: Pa [pascal]; atm [atmosphere]; torr [torr]; psi [pound/ inch vuông].
Một vài cách để tăng giảm áp suất theo yêu cầu như:
+ Tăng hoặc giảm áp lực tác động đến bề mặt nhưng vẫn giữ nguyên diện tích bề mặt nhận lực.
+ Tăng hoặc giảm lực tác động theo phương vuông góc, đồng thời giảm cả điện tích và bề mặt tác động.
+ Tăng giảm diện tích bề mặt nhận lực nhưng giữ nguyên áp lực tác dụng.
Quy đổi các đơn vị đo áp suất
Áp suất ứng dụng trong công nghiệp ra sao?
Trong ngành cơ điện, ngành công nghiệp thì thiết bị đo áp suất là không thể thiếu. Ứng dụng trong ngành công nghiệp sản xuất, nhà máy, xí nghiệp, lọc hóa dầu, chế biến lương thực và chế biến thực phẩm có đồng hồ đo áp suất. Thiết bị đo áp suất hỗ trợ đo giá trị áp suất chất lỏng hoặc chất khí bằng nhiều đơn vị đo khác nhau.
Tùy theo môi trường làm việc mà lắp đặt thiết bị đo áp suất khác nhau, bao gồm: đo áp suất nước, đo áp suất nhiên liệu đốt, đo áp suất khí gas, tính áp suất hóa chất hoặc chất lỏng khác.
Dải đo và tính toán áp suất nằm trong khoảng từ 0 bar đến 1000 bar. Bên cạnh đó, để đáp ứng nhu cầu sử dụng thì áp suất đo cho hệ thống nước hoặc khí nén có dải đo lên đến hơn 1000 bar.
Các máy đo áp suất thường gặp
Đồng hồ đo áp suất là thiết bị đo chuyên sử dụng để đo giá trị áp suất cho hệ thống chất lỏng, chất khí, hơi. Phương pháp đo áp suất đơn giản khi áp lực nước sẽ tác động lên hệ thống chuyển động gắn trong đồng hồ. Thông qua những bánh răng sắp xếp theo dây chuyền thì đồng hồ chỉ tới dải áp suất trên mặt thiết bị đo. Sau đó hiển thị cho chúng ta biết mức áp suất trên màn hình hiển thị hoặc hệ thống.
Thông thường, người ta sử dụng đồng hồ đo áp suất để kiểm soát áp suất tại thời điểm nhất định.
Các bạn có biết, không khí dù nhẹ nhưng vẫn có trọng lượng. Và luôn gây ra sức ép lên chúng ta… Đó cũng chính là nội dung bài học mà hôm nay cô Kayla muốn giới thiệu đến Jupiter, Air pressure – Áp suất không khí.
Trước tiên, cả lớp được làm quen với khái niệm áp suất [pressure]. Nó chính là lực [force] tác động lên một đơn vị diện tích [area]. Ở bài này, các bạn sẽ được tiếp xúc với một số khái niệm đã từng học qua ở trường, nhưng các bạn biết đấy, trong chương trình Summer Fun, chúng ta sẽ “tiếng Anh hóa” chúng lên.
Chúng ta có công thức tính diện tích như sau: Area = length x width [chiều dài x chiều rộng]. Khi đã có được diện tích rồi thì áp suất Pressure = force / area [lực / diện tích]. Cũng qua 2 công thức này mà chúng mình được làm quen với 2 đơn vị mới toanh là Pascal [chuẩn quốc tế luôn đó nha] và PSI của áp suất.
Phải tranh thủ ghi lại công thức mới được.Trái Đất có một lớp không khí bao bọc gọi là khí quyển. Do không khí có trọng lượng nên Trái Đất và mọi vật trên Trái Đất đều chịu áp suất của lớp không khí này gọi là áp suất khí quyển [atmospheric pressure]. Ngoài ra, chúng mình còn được làm quen với khái niệm độ cao so với mực nước biển [elevation], như tên gọi, độ cao này được tính so với mực nước biển. Ở các độ cao khác nhau, áp suất không khí cũng khác nhau. Càng lên cao, không khí càng loãng nên áp suất không khí thấp, và ngược lại, càng xuống thấp, mật độ không khí càng nhiều, nên áp suất càng tăng.
Đó là lý do vì sao chúng ta có thể cảm nhận áp suất không khí tác động lên cơ thể khi lên máy bay, tai sẽ bị ù; hoặc khi lên núi cao, do áp suất không khí thấp, chúng ta thấy khó thở. Đó chính là do cơ chế cân bằng của cơ thể nên các hiện tượng trên xảy ra. Để minh họa, cô Kayla đã cho tụi mình xem video “Why don’t we get crushed by atmospheric pressure” [“Vì sao chúng ta không bị áp suât không khí nghiền nát”]. Với hình hoạt họa sinh động, bài học đã dần trở nên dễ hiểu hơn.
Những hình ảnh đầy màu sắc mà cô chuẩn bị trước góp phần làm cho tiết học thù vị và dễ hiểu hơn.Bây giờ đã đến lúc thực hành, chúng mình sẽ cùng nhau giải các bài toán về áp suất không khí. Bài toán chỉ là các phép tính nhân chia cơ bản để áp dụng công thức phía trên, nhưng có vể do các bạn chưa quen với nhiều khái niệm mới nên còn gặp một số thử thách khi làm bài.
Đừng lo, cô Kayla luôn sẵn sàng giúp đỡ để chắc chắn rằng các bạn đều nắm được bài.Để bài học dễ hình dung hơn, chúng ta hãy cùng nhau làm vài thí nghiệm nho nhỏ với bong bóng nhé!
Công tác chuẩn bị có vẻ… hơi vất vả nhỉ? Ai đi ngang lớp Jupiter chắc nghĩ các bạn đang tổ chức liên hoan với đầy bong bóng…Tiếp theo, tụi mình phải bắt cặp để thực hành. Cô Kayla hướng dẫn tụi mình thổi vào giữa 2 quả bóng. Chắc hẳn mọi người đều nghĩ, 2 quả bóng sẽ bay ra xa nhau đúng không. Tuy nhiên, trái với dự đoán ban đầu, chúng lại xích gần nhau hơn, thậm chí nếu thổi mạnh, chúng còn va vào nhau nữa cơ. Đấy chính là do khi thổi, chúng ta đã “đuổi” một lượng áp suất nhất định ra khỏi khu vực giữa 2 quả bong bóng, làm lượng áp suất còn lại khá nhỏ, nhỏ hơn cả áp suất 2 bên. Vì thế, áp suất 2 bên quả bong bóng đã đẩy chúng lại sát nhau đấy!
Cô minh họa… …các bạn kiểm chứng lại.Bài học ban đầu nghe có vẻ “kinh hoàng” với các khái niệm và công thức nhưng các bạn thấy không, chúng lại hóa giản đơn và vô cùng gần gũi với chúng ta. Môn khoa học nói riêng và tất cả các môn khác trong chương trình Summer Fun nói chung đều được đội ngũ các thầy cô giáo thực tế hóa, có như vậy thì chúng mình mới say mê chương trình chứ, đúng không nè?