2.3. Виды давления: атмосферное, избыточное, весовое, абсолютное, вакуумметрическое.

Атмосферное давление было открыто ещё в 16 в. известным итальянским учёным Торичелли. В земной атмосфере на любое тело, находящееся на поверхности земли давит воздушный столб. Его среднее давление Р = ρg Н определяется средней плотностью воздуха ρ и высотой воздушного столба Н. Согласно измерениям Торичелли это давление соответствует давлению столба ртути высотой 733 мм. Более поздние исследования показали, что это давление (его назвали нормальным атмосферным давлением) составляет 760 мм.рт.ст. или в системе СИ -0,1013 МПа=101,3 КПа. Округлённо в расчётах его берут равным 100 КПа=0,1 МПа.

В закрытом сосуде над поверхности жидкости с помощью, например, компрессора, можно создать избыточное давление Р_изб. В этом случае абсолютное давление в точке под слоем жидкости на глубине Н будет равно:

Р_А = P₀ + ρ g Н = Р_атм + (Р_изб + ρ g Н) (2-7)

В подобных случаях давление столба жидкости принято называть весовым давлением. Из определения избыточного давления следует, что в закрытом сосуде на глубине Н оно складывается из Р_избвоздуха и весового P_в = ρ g Н (давления столба жидкости высотой Н).

Рисунок 2.1

Избыточное давление Р_изб в воздухе над поверхностью жидкости можно определить с помощью простого прибора, называемого пьезометром. Это стеклянная трубка малого диаметра, подсоединённая к сосуду с жидкостью (рис. 1-2). Из формулы (1-12) следует, что изменение величины P₀ одинаково для всех точек внутри жидкости. Если давление над поверхностью жидкости равно атмосферному (P₀ =Р_атм), то, согласно формуле (2-4) жидкость в трубке установится на той же высоте, что и в сосуде ( уровень 0-0). При увеличении давления

P₀ =P_атм+ Р_изб это избыточное давление Р_изб передаётся всем точкам жидкости, в том числе и тем, которые лежат на границе жидкость-воздух в трубке

(уровень 0-0; абсолютные давления в точках 1 и 2 одинаковы).

Р₀=Р_атм + Р Р _атм

Рис. 2.2. Схема измерения избыточного давления

Так как давление со стороны жидкости на них превысит давление воздуха P_атм, жидкость в трубке начнёт подниматься до нового положения равновесия (на высоту h). Следовательно, Р_изб = ρ gh.

За нулевой уровень можно принять любой другой уровень, например, проходящий на глубине Н (уровень 0₁-0₁). Абсолютные давления в точках 3 и 4 одинаковы .

Но P₃=P₀+ ρ g Н =P_атм+ Р + ρ g Н;

В данном случае давление Р является избыточным давлением Р =Р_изб.P₄=P_атм+ ρ gh + ρ g Н. Сравнивая правые части, снова получаем Р=Р_изб = ρ gh.

Пьезометры рассчитаны на измерение малых давлений (избыточное давление 0,1 ат поднимает воду в пьезометре на высоту 1 м).

Рассмотрим случай, когда абсолютное давление над поверхностью жидкости P_А становится меньше атмосферного (при откачивании воздуха из пространства над жидкостью), Давление в точке 1 при условии Р_А<Р_атм можно измерить с помощью, так называемого обратного пьезометра или вакуумметра (см. рис. 1-3). Очевидно, что горизонт жидкости в изогнутой трубке опустится ниже уровня точки 1 на высоту h_вак. Эта высота по отношению к уровню, проходящему через точку 1, будет отрицательной, если высоту Н считать положительной.

Давление в точке 1 сверху будет равно:

Р_А = Р₀ + ρ g Н.

Давление в точке 1 со стороны трубки равно:

Р_атм - ρ gh_вак.

Из равенства этих формул следует, что давление Р_А = Р_атм - ρ gh_вак. Отсюда

h_вак=(Р_атм – Р_А)/ ρ g. (2-8) Эту величину называют вакуумметрической высотой,

Рисунок 2.3. Схема измерения вакуумметрической высоты с помощью вакуумметра.

Она характеризует разность двух давлений Р_атм – Р_А в точке 1. Именно эту разность и называютвакуумом.

Избыточное давление в жидкости можно создать с помощью насос, оказывая на неё силовое действие (рабочим органом насоса). При движении рабочего органа (поршень, ротор и т.п.) на входе в насос образуется вакуум (разряжение), а нв выходе насоса-избыточное давление. Измеряются они с помощью приборов (манометров, мановакуумметров).