Áp suất là gì? Cách tính áp suất của chất rắn, chất lỏng, chất khí

Áp suất là một đại lượng rất quan trọng, thường gặp trong chương trình học vật lý cấp trung học. Nắm được cách tính áp suất các chất rắn, lỏng, khí sẽ giúp các bạn làm tốt các bài tập liên quan. Trong bài viết này, hãy cùng ihoc tìm hiểu các công thức tính áp suất sau.

Áp suất là gì?

Áp suất là một đại lượng trong vật lý học, được định nghĩa là lực trên 1 đơn vị diện tích tác dụng theo chiều vuông góc với bề mặt vật thể. Hoặc có thể hiểu đơn giản, áp suất là lực tác động kết hợp với diện tích và vuông góc tạo thành.

Con người chúng ta đang sinh sống trong môi trường áp suất khí quyển của trái đất. Áp suất tại mực nước biển là ~14 psi, trên 10.000km áp suất gần bằng 0. Áp suất có mối liên hệ mật thiết, tương tác qua lại với gió, nhiệt độ và nhiều yếu tố khác trong tự nhiên.

Đơn vị áp suất

Trong hệ SI, đơn vị áp suất bằng Newton trên mét vuông (N/m2), 1 N/m2 = 1 Pa. Trong đó Pa là viết tắt của Pascal, là tên nhà toán học và vật lý người Pháp Blaise Pascal ở thế kỷ 17.

Nếu áp suất bằng 1 Pa thì rất nhỏ, chỉ bằng xấp xỉ áp suất của một đồng đô la tác dụng lên mặt bàn. Thường thì áp suất được đo với tỉ lệ bắt đầu bằng 1kPa = 1000Pa.

Đơn vị đo áp suất ở những khu vực khác nhau cũng thường khác nhau. Dưới đây là thống kê một số đơn vị phổ biến được dùng:

• Pa (Pascal), Kpa (Kilopascal), Mpa (Megapascal): đây là đơn vị đo áp suất trong hệ đo lường quốc tế SI, được đặt theo tên nhà toán học Blaise Pascal. Trong đó, 1Kpa = 1000Pa, 1 Mpa = 1000Kpa = 1000000 Pa.
• Bar: đơn vị đo lường áp suất được giới thiệu bởi Vilhelm Bjerknes – nhà khí tượng học người Na uy, 1 Bar = 100000 Pa.
• Psi (Pounds per square inch): là đơn vị đo áp suất của khí hoặc chất lỏng, 1 Psi = 0.0689 Bar.
• Atm (Atmotphe): đây là đơn vị đo áp suất được hội nghị toàn thể về cân đo lần thứ 10 thông qua, 1 atm = 101325 Pa, 1 atm = 1 bar.

Cách tính áp suất

Cách tính áp suất chất rắn

Áp suất của chất rắn là áp lực tác dụng lên 1 đơn vị diện tích xác định. Được ứng dụng trong các lĩnh vực y tế, xây dựng, thực phẩm,…

Công thức tính: P = F / S

Trong đó:

• P là áp suất của chất rắn, đơn vị tính là N/m2, Pa, Bar, Psi…
• F là áp lực vuông góc tác động lên bề mặt diện tích, đơn vị tính là N.
• S là diện tích bề mặt bị F tác động (đơn vị tính là m2).

Cách tính áp suất chất lỏng và chất khí

Tại một điểm bất kì trong lòng chất lỏng hoặc chất khí, giá trị áp lực lên 1 đơn vị diện tích đặt tại điểm đó. Áp suất cũng có quan hệ mật thiết với thể tích và nhiệt độ của chất khí (theo định luật sác lơ). Lực đẩy càng nhanh thì áp suất lại càng mạnh, lực đẩy càng yếu thì áp suất càng yếu.

Công thức tính: P = D.H

Trong đó:

• P là áp suất chất lỏng hoặc chất khí(đơn vị tính là Pa, bar)
• D là trọng lượng riêng của chất lỏng hoặc chất khí (đơn vị tính là N/m2).
• H là chiều cao của chất lỏng chất hoặc chất khí (đơn vị tính là m)

Công thức tính áp suất thẩm thấu

Áp suất thẩm thấu là lực đẩy trong hiện tượng thẩm thấu (đây là sự dịch chuyển của dung môi từ dung dịch có nồng độ thấp sang dung dịch có nồng độ cao). Áp suất này tỷ lệ thuận với nồng độ và nhiệt độ của dung dịch.

Công thức tính: P = R*T*C

Trong đó:

• P là áp suất thẩm thấu, đơn vị tính là atm.
• R là là hằng số cố định (R = 0,082)
• T là nhiệt độ tuyệt đối, giá trị T = 273 + toC
• C là lượng nồng độ dung dịch được phân li theo tỉ lệ từng dung chất, đơn vị tính là gam/lít.

Áp suất thủy tĩnh

Áp suất tĩnh (tiếng Anh là Hydrotatic Pressure), đây là áp lực được tính khi mực chất lỏng ở mức cân bằng không có dao động.

Công thức tính: P = Po + pgh

Trong đó:

• P là khối lượng riêng mặc định của một đơn vị chất lỏng, đơn vị tính là kg/m3
• Po là áp suất khí quyển
• g là gia tốc trọng trường
• h là chiều cao từ đáy lên mặt tĩnh của chất lỏng, đơn vị tính là m.

Áp suất riêng phần

Trong một hỗn hợp các chất khí, mỗi khí đều có một áp suất riêng phần hay áp suất từng phần. Đây là áp suất của khí đó nếu giả thiết rằng chỉ một mình nó chiếm toàn bộ thể tích của hỗn hợp ban đầu ở cùng 1 nhiệt độ.

Công thức tính: pi = xi.p

Trong đó:

• pi là áp suất riêng phần
• xi là phần mol x của phần tử i trong hỗn hợp khí
• p là áp suất toàn phần

Áp suất dư

Áp suất dư hay còn được gọi là áp suất tương đối, đây là áp suất tại 1 thời điểm mà chất lỏng và khí lấy làm mốc là áp suất của khí quyển lân cận xung quanh.

Công thức tính: Pd = P – Pa

Trong đó:

• Pd là áp suất tương đối
• P là áp suất tuyệt đối
• Pa là áp suất khí quyển

Lưu ý: Nếu chất lỏng đứng yên sẽ có công thức tính áp suất dư là Pdu = y.h. Trong đó y là khối lượng riêng của chất lỏng và h là chiều sâu của điểm đang xét tính từ mặt thoáng của chất lỏng đó.

• Bạn đang xem bài viết của ihoc.vn

Áp suất tuyệt đối

Cách tính áp suất tuyệt đối được tính bằng tổng của áp suất tương đối và áp suất khí quyển. Bởi vì áp suất tuyệt đối được gây ra bởi cả khí quyển và cột chất lỏng tác dụng lên điểm trong lòng của chất lỏng.

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

Công cụ đo áp suất trong công nghiệp

• Đồng hồ đo áp suất: là công cụ có chức năng hiển thị áp suất cho người quan sát.
• Cảm biến đo áp suất: Có chức năng chuyển đổi áp suất thành tín hiệu điện analogue cho bo mạch điều khiển tự động.
• Công tắc áp suất: Là công cụ giúp chuyển đổi ngưỡng áp suất thành dạng tín hiệu điện on/off cho mạch điều khiển.

• Có thể bạn quan tâm: Lực kế dùng để làm gì?

Ứng dụng áp suất trong công nghiệp hiện nay

Áp suất được ứng dụng rất nhiều trong đời sống và trong công nghiệp. Nhờ biết được cách tính áp suất, người ta có thể dễ dàng điều chỉnh và vận dụng chúng trong việc sản xuất máy móc, thiết bị, bơm bóng bay, lốp xe, ngành thủy lực (áp suất chất lỏng), khí nén (áp suất chất khí)…

Để tạo ra áp suất, người ta thường vận dụng các phương pháp hóa học, nhiệt học, cơ học,… Ví dụ nấu nồi áp suất (áp suất trong nồi tăng lên, giúp gia vị ngấm, thực phẩm mềm); Bơm xe (dùng lực cơ học),…

Khi nói về áp suất trong công nghiệp, người ta thường bàn về áp suất chất lỏng và chất khí. Có khá nhiều cách để tạo ra áp suất trong công nghiệp như máy bơm nước tạo áp suất đẩy nước đi cao và xa; Máy bơm thủy lực tăng áp suất dầu thủy lực đẩy xi lanh nâng hạ thiết bị (máy xúc); Máy nén khí tăng áp suất khí nén trên nguyên lý thể tích (khí nén là dạng năng lượng quan trọng thứ 3 dưới dạng áp suất trong công nghiệp, chỉ sau điện và nước).

Bài tập vận dụng cách tính áp suất

Bài 1: Khối lượng của một vật đặt trên mặt bàn nằm ngang là 3kg. Diện tích mặt tiếp xúc của vật với mặt bàn là 64cm2. Hỏi áp suất tác dụng lên mặt bàn lúc này là bao nhiêu?

Giải: Áp suất tác dụng lên mặt bàn là: p = F/S = 3/0,064 = 46,875 (Pa)

Bài 2: Một xe bánh xích có trọng lượng 36000N, diện tích tiếp xúc của các bản xích xe lên mặt đất là 1,15m2. Hỏi áp suất của xe tác dụng lên mặt đất lúc này là bao nhiêu?

Giải: Áp suất của xe tác dụng lên mặt đất là: p = F/S = 3600/1,15 = 3130 (Pa)

Bài 3: Một người thợ lặn mặc bộ áo lặn chịu được 1 áp suất tối đa là 300 000N/m2, biết trọng lượng riêng của nước là 10 000N/m3.

a, Hỏi người thợ đó có thể lặn được sâu nhất là bao nhiêu m?

b, Tính áp lực của nước tác dụng lên cửa kính quan sát của áo lặn có diện tích là 200cm2 khi lặn sâu 25m.

Giải:

a, Theo công thức ta có: P = d.h => h = p/d = 300 000/10 000=30 (m)

b, P = d.h = 25.10 000=250 000 (Pa)

P = F/S => F = P.S = 250 000.0,02= 5 000 (N)

Bài 4: Một bể hình hộp chữ nhật có chiều cao là 1,5m. Người ta đổ đầy nước vào bể, khi đó áp suất của nước tại điểm cách đáy 0,7m là bao nhiêu?

Giải: Áp suất của nước lên điểm cách đáy thùng 0,7m là: p = d.h = 10000(1,5 – 0,7) = 8000 (N/m2) = 8000 (Pa)

Bài 5: Khi được đặt tại vị trí A, cột thủy ngân trong ống Tô-ri-xe-li có chiều cao 76cm. Biết trọng lượng riêng của thủy ngân (Hg) là 136 000N/m3. Khi ấy, tại vị trí A có áp suất khí quyển là bao nhiêu Pa?

Giải: Đổi 76cm = 0,76m

Theo cách tính áp suất chất lỏng ta có: p = d.h

Áp suất khí quyển tại điểm A là: p = 136 000.0,76 = 103 360 (N/m2) = 103 360 (Pa)

Bài 6: Người ta làm thí nghiệm Tô-ri-xe-li để đo áp suất khí quyển tại đỉnh của 1 ngọn hải đăng. Kết quả xác định được áp suất tại đó là 95 200Pa, biết khối lượng riêng của thủy ngân (Hg) là 13 600kg/m3. Khi đó, chiều cao cột thủy ngân trong thí nghiệm là bao nhiêu?

Giải: Trọng lượng riêng của thủy ngân là: d = 13 600.10 = 136 000 (N/m3)

Theo công thức tính áp suất chất lỏng, ta có: p = d.h => h = p / d

Khi đó, chiều cao của cột thủy ngân là: h = 95 200/136 000 = 0,7 (m) = 700 (mm)

Trên đây là các ứng dụng của áp suất trong công nghiệp, các dụng cụ đo áp suất, cách tính áp suất của các chất rắn, chất lỏng, chất khí,… Để ghi nhớ các công thức tính áp suất, nhiệm vụ của bạn là ghi chép lại và làm thật nhiều bài tập để ghi nhớ.