Tlak plynu v uzavřené nádobě. Manometr

Prezentace na téma: "Tlak plynu v uzavřené nádobě. Manometr"— Transkript prezentace:

1 Tlak plynu v uzavřené nádobě. Manometr
(Učebnice strana 143 – 145) Nepůsobí-li na píst stříkačky žádná vnější síla, je píst stříkačky v klidu. Uvnitř i vně pístu stříkačky je stejný atmosférický tlak. Ucpeme dobře otvor stříkačky a tlačíme píst co nejvíce k otvoru. F Vzduch pod pístem uvnitř stříkačky se stlačí. Přestane-li síla na píst působit, píst se pomalu vrací do původní polohy. Tlak stlačeného vzduchu uvnitř stříkačky je větší než atmosférický tlak vzduchu vně stříkačky. Říkáme, že uvnitř stříkačky vznikl přetlak vzduchu. Přestane-li vnější síla na píst působit, píst se pohybuje do původní polohy, pokud se tlaky nevyrovnají.

2 Přetlak využíváme v praxi při různých činnostech a v různých zařízeních.
Přetlak vzniká např. v bombičkách na výrobu šlehačky a nápojů, v duši jízdního kola, plovacího kola, v míči, v pneumatikách automobilů, v ocelových láhvích potápěčů, tlakových lahvích s plyny, ve sprejích apod. Při uvolnění otvoru uniká plyn díky přetlaku z nádoby (z duše kola, z míče…) ven.

3 Ucpeme dobře otvor stříkačky a táhneme píst co nejdále od otvoru.
Vzduch pod pístem uvnitř stříkačky se zřeďuje. F Přestane-li síla na píst působit, píst se pomalu vrací do původní polohy. Tlak zředěného vzduchu uvnitř stříkačky je menší než atmosférický tlak vzduchu vně stříkačky. Říkáme, že uvnitř stříkačky vznikl podtlak vzduchu. Přestane-li vnější síla na píst působit, píst se pohybuje do původní polohy, pokud se tlaky nevyrovnají. Podobně funguje kapátko. stlačením gumového návleku je vypuzen vzduch z válce. Při vzniká podtlak a kapalina se nasává působením atmosférického tlaku. Gumový zvon, který se používá v koupelně k uvolnění odpadů ve výtoku umývadla, položíme na hladkou podložku a silně ho k ní přitiskneme. Pod zvonem vznikl podtlak. Atmosférický tlak vně zvonu je větší, proto tlaková síla vzduchu přitlačuje zvon k podložce. Na stejném principu jsou přitlačovány gumové přísavky, např. háčky na ručníky.

4 Podtlak vznikne např. při zavařování potravin při ochlazení vzduchu pod víčkem zavařovací sklenice.
Podtlak využíváme při vysávání elektrickým vysavačem, pumpování hustilkou, podtlak se vytváří při nasávání kapaliny v rozprašovačích. Proudící vzduch vytváří v trubičce, která je ponořená do kapaliny, podtlak. Tím se nasává kapalina a rozstřikuje. vzduch

5 Vysvětli, proč stoupá limonáda v brčku, kterým pijeme.
Při pití snižujeme tlak vzduchu v ústech. Atmosférický přetlak pak vtlačuje limonádu do úst. Vysvětli, proč děláme do plechovky s kondenzovaným mlékem dvě dírky proti sobě. Kdybychom udělali pouze jednu dírku, při vytékání mléka by se uvnitř plechovky vytvořil podtlak. Atmosférický tlak vzduchu vně plechovky by pak bránil vytékání mléka. Do nádoby s vodou dáme malou svíčku, zapálíme ji a přiklopíme ji sklenicí. Po chvíli svíčka zhasne a do sklenice vnikne voda. Ve sklenici se vytvořil podtlak, voda je nasávána dovnitř .

6

7 Pod zvon vývěvy jsme umístili na polystyren dva zčásti nafouknuté balónky a začali pomocí vývěvy snižovat tlak. Po zapnutí vývěvy se snižuje tlak vně balónku, uvnitř balónku zůstává tlak stejný.Tudíž dojde k nerovnováze tlaků uvnitř a vně balónku a síla působící na stěnu balónku zevnitř je větší než síla působící na stěnu balónku zvnějšku (síla je přímo úměrná tlaku, F = p · S , kde S je plocha stěny balónku). Výsledná síla na stěnu balónku působí zevnitř ven, dochází k zvětšování balónku, čímž se vyrovnávají tlaky uvnitř a vně. Dokud vyčerpáváme vzduch z prostoru pod zvonem (snižujeme tlak), balónek se zvětšuje. Při vpouštění vzduchu pod zvon vývěvy tlak naopak narůstá a díky vyrovnávání tlaků se balónek zmenšuje.

8 Vznik podtlaku je základem činnosti nejrůznějších pump, které mohou čerpat např. vodu ze studně, ale také vývěv, kterými můžeme z určitého prostoru odčerpávat vzduch. Sací pumpa na čerpání vody ze studně může mít různou technickou konstrukci, ale princip činnosti je založen na vzniku podtlaku. 2 Sací pumpa má dvě záklopky, jednu v sací trubici, druhou v pístu. Při pohybu pístu nahoru vzniká v prostoru pod pístem podtlak a otevře se klapka 1, voda se nasává pod píst. Při pohybu pístu dolů se uzavře klapka 1 a voda se protlačí přes klapku 2 do prostoru nad píst a vytéká. 1

9 Vznik podtlaku je základem činnosti nejrůznějších pump, které mohou čerpat např. vodu ze studně, ale také vývěv, kterými můžeme z určitého prostoru odčerpávat vzduch. Sací pumpa na čerpání vody ze studně může mít různou technickou konstrukci, ale princip činnosti je založen na vzniku podtlaku. 2 Sací pumpa má dvě záklopky, jednu v sací trubici, druhou v pístu. Při pohybu pístu nahoru vzniká v prostoru pod pístem podtlak a otevře se klapka 1, voda se nasává pod píst. Při pohybu pístu dolů se uzavře klapka 1 a voda se protlačí přes klapku 2 do prostoru nad píst a vytéká. 1

10 Vznik podtlaku je základem činnosti nejrůznějších pump, které mohou čerpat např. vodu ze studně, ale také vývěv, kterými můžeme z určitého prostoru odčerpávat vzduch. Sací pumpa na čerpání vody ze studně může mít různou technickou konstrukci, ale princip činnosti je založen na vzniku podtlaku. 2 Sací pumpa má dvě záklopky, jednu v sací trubici, druhou v pístu. Při pohybu pístu nahoru vzniká v prostoru pod pístem podtlak a otevře se klapka 1, voda se nasává pod píst. Při pohybu pístu dolů se uzavře klapka 1 a voda se protlačí přes klapku 2 do prostoru nad píst a vytéká. 1

11 Vznik podtlaku je základem činnosti nejrůznějších pump, které mohou čerpat např. vodu ze studně, ale také vývěv, kterými můžeme z určitého prostoru odčerpávat vzduch. Sací pumpa na čerpání vody ze studně může mít různou technickou konstrukci, ale princip činnosti je založen na vzniku podtlaku. 2 Sací pumpa má dvě záklopky, jednu v sací trubici, druhou v pístu. Při pohybu pístu nahoru vzniká v prostoru pod pístem podtlak a otevře se klapka 1, voda se nasává pod píst. Při pohybu pístu dolů se uzavře klapka 1 a voda se protlačí přes klapku 2 do prostoru nad píst a vytéká. 1

12 Vznik podtlaku je základem činnosti nejrůznějších pump, které mohou čerpat např. vodu ze studně, ale také vývěv, kterými můžeme z určitého prostoru odčerpávat vzduch. Sací pumpa na čerpání vody ze studně může mít různou technickou konstrukci, ale princip činnosti je založen na vzniku podtlaku. 2 Sací pumpa má dvě záklopky, jednu v sací trubici, druhou v pístu. Při pohybu pístu nahoru vzniká v prostoru pod pístem podtlak a otevře se klapka 1, voda se nasává pod píst. Při pohybu pístu dolů se uzavře klapka 1 a voda se protlačí přes klapku 2 do prostoru nad píst a vytéká. 1

13 Malý přetlak a podtlak můžeme měřit otevřeným kapalinovým manometrem.
Je to skleněná trubice tvaru U částečně naplněná kapalinou. Obě ramena jsou otevřená. Před připojením jsou hladiny kapaliny v obou ramenech ve styku s vnějším vzduchem, proto jsou obě ve stejné vodorovné rovině. pa p1 h1 Jedno rameno připojíme k nádobě s plynem. Druhé rameno zůstává otevřené. Když se ustálí hladina kapaliny v otevřeném ramenu trubice výš než v druhém ramenu, ke kterému je připojena nádoba s plynem, je tedy v uzavřené části přetlak (větší tlak než je atmosférický tlak na volnou hladinu v otevřeném ramenu trubice). Přetlak v nádobě se rovná hydrostatickému tlaku kapaliny v hloubce h1 dané svislou vzdáleností mezi hladinami kapaliny v obou ramenech. p1 > pa p1 – pa = h1ρg, kde ρ je hustota kapaliny

14 pa Když se ustálí hladina kapaliny v otevřeném ramenu trubice níže než v druhém ramenu, ke kterému je připojena nádoba s plynem, je tedy v uzavřené části podtlak (menší tlak než je atmosférický tlak na volnou hladinu v otevřeném ramenu trubice). p2 h2 Podtlak v nádobě se rovná hydrostatickému tlaku kapaliny v hloubce h2 dané svislou vzdáleností mezi hladinami kapaliny v obou ramenech. p2 < pa pa – p2 = h2ρg, kde ρ je hustota kapaliny Je-li tlak plynu v uzavřené nádobě větší než atmosférický tlak pa, p1 > pa, jedná se o přetlak. Jeho velikost odpovídá hydrostatickému tlaku kapaliny o sloupci h p1 – pa = h1ρg, kde ρ je hustota kapaliny Je-li tlak plynu v uzavřené nádobě menší než atmosférický tlak pa, p2 < pa, jedná se o podtlak. Jeho velikost odpovídá hydrostatickému tlaku kapaliny o sloupci h pa – p2 = h2ρg, kde ρ je hustota kapaliny

15 V první nádobě je přetlak 2,2 kPa, v druhé nádobě je podtlak 1,8 kPa.
Příklady Na obrázcích je znázorněn otevřený vodní manometr, pomocí kterého můžeme měřit tlak plynu v připojené nádobě. a) Urči, zda je v připojené nádobě přetlak nebo podtlak. b) Urči hodnotu tlaku plynu v nádobě. Jeden dílek na stupnici odpovídá 1 cm. h1 = 22 cm = 0,22 m ρ = kg/m3 (voda) p1 – pa= ? Pa h2 = 18 cm = 0,18 m ρ = kg/m3 (voda) p2 – pa= ? Pa p1 > pa V nádobě je přetlak. p2 < pa V nádobě je podtlak. p1 – pa = h1ρg pa – p2 = h2ρg p1 – pa = 0,22 · · 10 pa – p2 = 0,18 · · 10 p1 – pa = Pa = 2,2 kPa pa – p2 = Pa = 1,8 kPa V první nádobě je přetlak 2,2 kPa, v druhé nádobě je podtlak 1,8 kPa.

16 V technické praxi se měří velké přetlaky deformačními manometry.
Jako deformační členy se nejčastěji používají např. membrány, vlnovce nebo tzv. Bourdonova trubice, která se zhotovuje nejčastěji z mosazi nebo (pro vyšší tlaky) z oceli. Bourdonova trubice je trubice eliptického průřezu stočená do spirály. Jeden konec je spojen se vstupem tlaku, např. se vnitřkem kotle, ve kterém se měří přetlak páry, a druhý uzavřen a spojen přes převodové ústrojí s ukazatelem na stupnici. Při zvětšení přetlaku vzroste tlaková síla na stěny trubice, ta má tendenci se narovnávat a eliptický průřez změnit na kruhový. Ručka ukazuje větší přetlak. Když se přetlak zmenší, trubice se více zakřiví a ručka ukazuje menší přetlak. Rozsahy těchto manometrů jsou od 0 do cca 2000 MPa. Otázky a úlohy k opakování – učebnice strana 147 – 149.