Cos'è il vuoto. Fondamenti della tecnologia del vuoto

Il vuoto (dal latino vuoto - vuoto) è lo stato di un gas scaricato quando la sua pressione è molto inferiore a quella atmosferica. La pressione assoluta serve come caratteristica quantitativa del vuoto.

Nell'ingegneria a bassa pressione, vengono spesso utilizzate espressioni come le seguenti: "Pressione meno quattro, pompata fino a meno quinta". Si riferisce alla pressione nel sistema del vuoto, rispettivamente 10 –4 e 10 –5 mm Hg. Arte. La natura del corso dei processi fisico-chimici nel vuoto dipende dal rapporto tra il numero di collisioni delle molecole di gas residuo con le pareti della nave e il numero di collisioni reciproche delle molecole. In generale, questo rapporto caratterizza il numero di molecole nel volume considerato (camera del vuoto). Numericamente, questo rapporto è caratterizzato dal rapporto del cammino libero medio delle molecole X alla dimensione lineare caratteristica (definitiva) S il volume considerato. Questo rapporto è la base per suddividere le aree di vuoto nei seguenti intervalli: vuoto basso, medio, alto e ultraalto.

Basso vuoto - λ<< s – соответствующая область давлений от атмосферного до 100 Па (около 1 мм рт. ст.). Средний вакуум – λ ≈ s – соответствующая область давлений от 100 до 0,1 Па. Высокий вакуум – λ >> s - il corrispondente campo di pressione da 0,1 a 10 –5 Pa. L'ultraalto vuoto è caratterizzato dal fatto che non vi è alcun cambiamento sensibile nelle proprietà della superficie, inizialmente priva di gas adsorbito, durante un tempo significativo per il processo in esame. Il vuoto ultraelevato si riferisce al campo di pressione inferiore a 10 –5 Pa.

Il grado di rarefazione raggiunto nei volumi pompati è determinato dalla pressione di equilibrio, che si stabilisce sotto l'influenza di almeno tre processi: 1) pompaggio di gas mediante pompe (o eventuale suo assorbimento); 2) perdita di gas attraverso interstizi nel volume considerato; 3) rilascio di gas dalle pareti della nave (o penetrazione di gas attraverso di esse).

Va notato qui che non esistono navi assolutamente sigillate. Anche il concetto di "purezza" del vuoto è importante. Il fatto è che quando si utilizzano vari tipi di pompe meccaniche oa getto di vapore, le molecole del fluido di lavoro della pompa, ad esempio l'olio, possono entrare nel volume pompato e quindi distorcere la composizione del gas residuo. Inoltre, va tenuto presente che la velocità di pompaggio di vari gas non è la stessa e inizia a pompare un volume pieno di aria, dove i componenti principali sono azoto (~ 80%) e ossigeno (~ 20%) , ad una pressione di circa 10 -5 mm Hg. Arte. in camera si ottiene un rapporto di componenti residui completamente diverso.

I dispositivi progettati per misurare la pressione ben al di sotto della pressione atmosferica sono chiamati vacuometri. I vacuometri sono costituiti da un trasduttore di pressione (PD) e da un'unità di misura (IB). PD è un dispositivo collegato ad una camera a vuoto per la percezione diretta della pressione e la sua conversione in un'altra grandezza fisica da misurare. IB è un dispositivo che fornisce la modalità di funzionamento richiesta del PD, l'amplificazione e la misurazione del suo segnale di uscita.

I vacuometri sono classificati in base al principio di funzionamento e al metodo di misurazione della pressione. In base al metodo di misura si distinguono i vacuometri, in base a misurazioni assolute o indirette.

Il primo gruppo comprende vacuometri che misurano direttamente la pressione come forza agente sulla superficie dell'elemento sensibile. Si tratta di vacuometri a liquido, a peso morto ea deformazione, caratterizzati dall'indipendenza delle letture dal tipo di gas residuo. La pressione più piccola che può essere misurata con dispositivi di questo gruppo è 10 –4 - 10 –5 Pa.

Il secondo gruppo comprende i vacuometri, il cui principio di funzionamento si basa sull'uso della dipendenza dei parametri di alcuni processi fisici dalla pressione. Si tratta di vacuometri a ionizzazione, viscosi, radiometrici e termici.

Le letture indirette del vacuometro dipendono dal tipo di gas residuo. La calibrazione di tali dispositivi viene solitamente eseguita in aria o azoto e vengono utilizzati fattori di correzione per misurare la pressione di altri gas. I dispositivi di questo gruppo possono misurare pressioni fino a 10 –12 Pa. Il principio di funzionamento dei vacuometri per liquidi (Fig. 6.19) si basa sul bilanciamento della pressione misurata (o differenza di pressione) con la pressione della colonna di liquido. La pressione misurata è giudicata dall'altezza della colonna del liquido di equilibrazione.

Il più semplice tu il vacuometro a forma di è una lettera curva tu un tubo di vetro di sezione costante riempito di liquido. Il diametro interno del tubo deve essere di almeno 7 mm per evitare errori causati da forze capillari. Un'estremità del tubo è collegata a un sistema di vuoto ( R NS) e l'altro può essere aperto o chiuso. La pressione del ginocchio chiuso dovrebbe essere significativamente inferiore a quella misurata. La pressione misurata è calcolata dalle formule:

insieme a

Riso. 6.19. Principio operativo

vacuometro per liquidi

; (6.6)

con un ginocchio chiuso -

, (6.7)

dove R UN - Pressione atmosferica;
- la densità del liquido; G- accelerazione di gravità; Δ h- la differenza nei livelli dei liquidi.

L'intervallo dei valori di pressione misurati dipende dal liquido, dalle dimensioni geometriche del dispositivo e dal metodo di misurazione della differenza di livello, per il quale vengono utilizzati vari metodi, da un righello convenzionale con divisioni millimetriche ai metodi di interferenza. In quest'ultimo caso, la precisione di lettura del livello è ~ 10 –5 mm e il limite di misurazione della pressione è –10 –3 Pa.

Come fluidi di lavoro, vengono scelti liquidi con una bassa pressione di vapore saturo e una bassa capacità di dissolvere i gas. Per misurare la pressione vicino a quella atmosferica, è necessario scegliere un liquido con un'alta densità (solitamente mercurio) e per misurare basse pressioni - liquidi con una densità minima (spesso si usa l'olio sottovuoto).

Nei vacuometri a deformazione, la pressione è determinata dalla deformazione dell'elemento elastico, che si verifica sotto l'influenza della differenza di pressione. Tali vacuometri si distinguono per il tipo di elemento sensibile e il metodo di misurazione della deformazione.

Dal tipo di elemento sensibile: tubolare, a soffietto, a membrana. Nei vacuometri tubolari e a soffietto, la parte mobile dell'elemento sensibile è collegata tramite un sistema di ingranaggi con una freccia, dalla cui deviazione si valuta la pressione.

Nei vacuometri a membrana, vengono utilizzati metodi ottici, ma più spesso elettrici, per determinare la deflessione della membrana. In quest'ultimo caso, la deflessione viene misurata mediante estensimetri o viene utilizzato il metodo capacitivo, in cui la membrana, insieme a un elettrodo fisso, forma un condensatore, la cui capacità cambia al variare della pressione. Con lievi deviazioni, la variazione relativa di capacità è direttamente proporzionale alla variazione di pressione. I trasduttori a membrana consentono di misurare la pressione da quella atmosferica a 10 –4 Pa (già menzionata nella descrizione dei sensori capacitivi).

Secondo la definizione in fisica, il concetto di "vuoto" presuppone l'assenza di qualsiasi sostanza ed elementi di materia in un certo spazio, in questo caso si parla di vuoto assoluto. Il vuoto parziale si osserva quando la densità della sostanza in un dato luogo nello spazio è bassa. Diamo un'occhiata più da vicino a questo problema nell'articolo.

Vuoto e pressione

La definizione del concetto di "vuoto assoluto" si riferisce alla densità della materia. È noto dalla fisica che se si considera la materia gassosa, la densità della sostanza è direttamente proporzionale alla pressione. A loro volta, quando parlano di vuoto parziale, intendono che la densità delle particelle di materia in un dato spazio è inferiore a quella dell'aria alla normale pressione atmosferica. Ecco perché il problema del vuoto è una questione di pressione nel sistema in questione.

In fisica, la pressione assoluta è un valore pari al rapporto tra la forza (misurata in newton (N)), che viene applicata perpendicolarmente a una certa superficie, all'area di tale superficie (misurata in metri quadrati), cioè , P = F / S, dove P è la pressione , F - forza, S - superficie. L'unità di misura della pressione è il pascal (Pa), risulta che 1 [Pa] = 1 [N] / 1 [m 2].

Vuoto parziale

È stato stabilito sperimentalmente che a una temperatura di 20 ° C sulla superficie terrestre a livello del mare, la pressione atmosferica è di 101.325 Pa. Questa pressione è chiamata la prima atmosfera (atm.). Approssimativamente possiamo dire che la pressione è di 1 atm. equivale a 0,1 MPa. Rispondendo alla domanda su quanto facciamo la proporzione appropriata e otteniamo che 1 Pa = 10 -5 atm. Il vuoto parziale corrisponde a qualsiasi pressione nello spazio in esame, che è inferiore a 1 atm.

Se traduciamo queste cifre dal linguaggio delle pressioni nel linguaggio del numero di particelle, allora si dovrebbe dire che a 1 atm. 1 m 3 di aria contiene circa 10 25 molecole. Qualsiasi riduzione di quanto sopra porta alla formazione di un vuoto parziale.

Misura del vuoto

Il dispositivo più comune per misurare un piccolo vuoto è un barometro convenzionale, che può essere utilizzato solo quando la pressione del gas è di diverse decine di percento della pressione atmosferica.

Un circuito a ponte di Wheatstone viene utilizzato per misurare valori di vuoto più elevati. L'idea d'uso è misurare la resistenza dell'elemento sensibile, che dipende dalla concentrazione di molecole nel gas che lo circonda. Maggiore è questa concentrazione, più molecole colpiscono l'elemento sensibile e più calore trasferisce loro, questo porta ad una diminuzione della temperatura dell'elemento, che influisce sulla sua resistenza elettrica. Questo dispositivo riesce a misurare il vuoto con pressioni di 0,001 atm.

Riferimento storico

È interessante notare che il concetto di "vuoto assoluto" è stato completamente rifiutato da famosi filosofi greci antichi, come Aristotele. Inoltre, l'esistenza della pressione atmosferica non era nota fino all'inizio del XVII secolo. Solo con l'avvento della New Age iniziarono esperimenti con tubi pieni di acqua e mercurio, che dimostrarono che l'atmosfera terrestre esercita una pressione su tutti i corpi circostanti. In particolare, nel 1648 Blaise Pascal riuscì a misurare la pressione con un barometro a mercurio ad un'altitudine di 1000 metri sul livello del mare. Il valore misurato si è rivelato molto più basso rispetto al livello del mare, quindi lo scienziato ha dimostrato l'esistenza della pressione atmosferica.

Il primo esperimento che dimostrò chiaramente la forza della pressione atmosferica, e sottolineò anche il concetto di vuoto, fu condotto in Germania nel 1654, ed è ora noto come Esperimento delle Sfere di Magdeburgo. Nel 1654, il fisico tedesco Otto von Guericke fu in grado di collegare strettamente due emisferi metallici con un diametro di soli 30 cm, quindi pompare aria dalla struttura risultante, creando così un vuoto parziale. La storia racconta che due squadre di 8 cavalli ciascuna, che tiravano in direzioni opposte, non potevano separare queste sfere.

Vuoto assoluto: esiste?

In altre parole, esiste un luogo nello spazio che non contiene materia? Le moderne tecnologie consentono di creare un vuoto di 10 -10 Pa e anche meno, ma questa pressione assoluta non significa che non siano rimaste particelle di materia nel sistema in esame.

Passiamo ora allo spazio più vuoto dell'Universo: lo spazio aperto. Qual è la pressione nel vuoto dello spazio? La pressione nello spazio esterno intorno alla Terra è di 10 -8 Pa, con questa pressione ci sono circa 2 milioni di molecole in un volume di 1 cm 3. Se parliamo di spazio intergalattico, allora secondo gli scienziati, anche in esso c'è almeno 1 atomo in un volume di 1 cm 3. Inoltre, il nostro Universo è permeato di radiazioni elettromagnetiche, trasportate da fotoni. La radiazione elettromagnetica è energia che può essere convertita nella massa corrispondente secondo la famosa formula di Einstein (E = m * c 2), ovvero l'energia, insieme alla materia, è uno stato della materia. Da ciò ne consegue che non esiste un vuoto assoluto nell'Universo a noi noto.

E per tecnologia si intende un ambiente in cui il gas è contenuto a una pressione inferiore a quella atmosferica. Cosa sono i gas rarefatti quando li hanno conosciuti per la prima volta?

Pagine di storia

L'idea del vuoto è stata oggetto di controversie per secoli. Gli antichi filosofi greci e romani hanno cercato di analizzare i gas sottili. Democrito, Lucrezio, i loro studenti credevano: se non ci fosse spazio libero tra gli atomi, il loro movimento sarebbe impossibile.

Aristotele e i suoi seguaci hanno confutato questo concetto, secondo loro, non dovrebbe esserci "vuoto" in natura. Nel Medioevo in Europa, l'idea della "paura del vuoto" divenne una priorità, fu utilizzata per scopi religiosi.

La meccanica dell'antica Grecia, durante la creazione di dispositivi tecnici, si basava su Ad esempio, le pompe dell'acqua, che funzionavano quando si creava un vuoto sopra il pistone, apparvero ai tempi di Aristotele.

Lo stato rarefatto del gas, l'aria, divenne la base per la produzione di pompe per vuoto a pistone, che ora sono ampiamente utilizzate nella tecnologia.

Il loro prototipo era la famosa siringa a stantuffo di Airone di Alessandria, che creò per estrarre il pus.

A metà del XVII secolo fu sviluppata la prima camera a vuoto e sei anni dopo lo scienziato tedesco Otto von Guerick riuscì a inventare la prima pompa a vuoto.

Questo cilindro a pistone evacuava facilmente l'aria da un contenitore sigillato, creando un vuoto lì. Ciò ha permesso di studiare le principali caratteristiche del nuovo stato, di analizzarne le proprietà operative.

Vuoto tecnico

In pratica, lo stato rarefatto di gas e aria è chiamato vuoto tecnico. In grandi volumi, è impossibile ottenere un tale stato ideale, poiché a una certa temperatura i materiali hanno una densità di vapori saturi diversa da zero.

La ragione dell'impossibilità di ottenere un vuoto ideale è anche la trasmissione di sostanze gassose da parte di vetro, pareti metalliche di recipienti.

In piccole quantità, è del tutto possibile ottenere gas rarefatti. Come misura del vuoto, vengono utilizzate la lunghezza del percorso senza ostacoli delle molecole di gas che si scontrano casualmente, nonché la dimensione lineare del recipiente utilizzato.

Un sedimento principale viene posto tra la pompa per alto vuoto e l'aria atmosferica, che crea un vuoto preliminare. Nel caso di una successiva diminuzione della pressione nella camera, si osserva un aumento della lunghezza del percorso delle particelle della sostanza gassosa.

A pressioni da 10 -9 Pa, viene creato un vuoto ultra-alto. Sono questi gas rarefatti che vengono utilizzati per gli esperimenti utilizzando un microscopio a scansione a effetto tunnel.

È possibile ottenere tale stato nei pori di alcuni cristalli anche a pressione atmosferica, poiché il diametro dei pori è molto più piccolo del percorso delle particelle libere.

Strumenti a base di vuoto

Lo stato sparso del gas viene utilizzato attivamente in dispositivi chiamati pompe per vuoto. I getter vengono utilizzati per aspirare gas e ottenere un certo grado di vuoto. La tecnologia del vuoto implica anche numerosi dispositivi necessari per monitorare e misurare questo stato, nonché per controllare oggetti, eseguendo vari processi tecnologici. I dispositivi tecnici più complessi che utilizzano gas rarefatti sono le pompe per alto vuoto. Ad esempio, i dispositivi di diffusione funzionano sulla base del movimento delle molecole di gas residuo sotto l'influenza di un flusso di gas di lavoro. Anche nel caso di un vuoto ideale, c'è poca radiazione di calore quando viene raggiunta la temperatura finale. Questo spiega le proprietà di base dei gas rarefatti, ad esempio l'inizio dell'equilibrio termico dopo un certo intervallo di tempo tra il corpo e le pareti della camera a vuoto.

Un sottile gas monoatomico è un eccellente isolante termico. In esso, il trasferimento di energia termica viene effettuato solo con l'aiuto di radiazioni, non si osservano conduttività termica e convezione. Questa proprietà viene utilizzata in (termosi), costituito da due contenitori, tra i quali c'è il vuoto.

Il vuoto ha trovato ampia applicazione nei tubi radio, ad esempio magnetron dei cinescopi, forni a microonde.

Vuoto fisico

Nella fisica quantistica, questo stato è inteso come lo stato energetico fondamentale (più basso) del campo quantistico, che è caratterizzato da valori zero

In questo stato, il gas monoatomico non è completamente vuoto. Secondo la teoria dei quanti, le particelle virtuali appaiono e scompaiono sistematicamente nel vuoto fisico, causando oscillazioni di punto zero dei campi.

Teoricamente, possono esistere contemporaneamente diversi vuoti, che differiscono per densità di energia, oltre che per altre caratteristiche fisiche. Questa idea è diventata la base per la teoria dell'inflazione del botto enorme.

Falso vuoto

Significa lo stato del campo nella teoria quantistica, che non è uno stato con energia minima. È stabile per un certo periodo di tempo. Esiste la possibilità di "tunneling" uno stato falso in un vero vuoto quando vengono raggiunti i valori richiesti delle quantità fisiche di base.

Spazio

Discutendo su cosa significhi un gas rarefatto, è necessario soffermarsi sul concetto di "vuoto cosmico". Può essere considerato vicino al vuoto fisico, ma esistente nello spazio interstellare. I pianeti, i loro satelliti naturali, molte stelle hanno determinate forze gravitazionali che mantengono l'atmosfera a una certa distanza. Allontanandosi dalla superficie di un oggetto stellare, la densità del gas rarefatto cambia.

Ad esempio, c'è la linea di Karman, che è considerata una definizione comune con lo spazio esterno del confine del pianeta. Dietro di esso, la pressione del gas isotropo diminuisce drasticamente rispetto alla radiazione solare e alla pressione dinamica del vento solare, quindi è difficile interpretare la pressione di un gas rarefatto.

Ci sono molti fotoni nello spazio esterno, neutrini reliquie difficili da rilevare.

Funzioni di misurazione

Il grado di vuoto è generalmente determinato dalla quantità di sostanza che rimane nel sistema. La caratteristica principale della misurazione di questo stato è la pressione assoluta, inoltre viene presa in considerazione la composizione chimica del gas e la sua temperatura.

Un parametro importante per il vuoto è il valore medio della lunghezza del percorso dei gas rimasti nel sistema. Esiste una suddivisione del vuoto in determinati intervalli in base alla tecnologia necessaria per la misurazione: falsa, tecnica, fisica.

Formatura sottovuoto

Questa è la produzione di prodotti da moderni materiali termoplastici allo stato caldo utilizzando una bassa pressione dell'aria o il vuoto.

La formatura sotto vuoto è considerata un metodo di trafilatura, in conseguenza del quale il foglio di plastica, situato sopra la matrice, viene riscaldato a un certo valore di temperatura. Inoltre, il foglio ripete la forma della matrice, questo è spiegato dalla creazione di un vuoto tra esso e la plastica.

Dispositivi elettrovuoto

Sono dispositivi progettati per creare, amplificare e trasformare l'energia elettromagnetica. In un tale dispositivo, l'aria viene rimossa dall'area di lavoro e viene utilizzato un guscio impermeabile per proteggerlo dall'ambiente. Esempi di tali dispositivi sono i dispositivi elettronici del vuoto in cui gli elettroni si inseriscono nel vuoto. Anche le lampade ad incandescenza possono essere considerate dispositivi elettrici per il vuoto.

Gas a basse pressioni

Un gas è detto rarefatto se la sua densità è insignificante e la lunghezza del percorso delle molecole è paragonabile alla dimensione del recipiente in cui si trova il gas. In tale stato, si osserva una diminuzione del numero di elettroni in proporzione alla densità del gas.

Nel caso di un gas altamente rarefatto, non c'è praticamente attrito interno. Invece, appare l'attrito esterno del gas in movimento contro le pareti, che è spiegato dal cambiamento nell'entità del momento delle molecole quando entrano in collisione con il recipiente. In tale situazione, esiste una proporzionalità diretta tra la velocità di movimento delle particelle e la densità del gas.

Nel caso di un vuoto basso, si osservano frequenti collisioni tra particelle di gas a pieno volume, che sono accompagnate da uno scambio stabile di energia termica. Questo spiega il fenomeno del trasferimento (diffusione, conduttività termica) ed è attivamente utilizzato nella tecnologia moderna.

Ottenere gas rarefatti

Lo studio scientifico e lo sviluppo dei dispositivi per il vuoto iniziò a metà del XVII secolo. Nel 1643, l'italiano Torricelli riuscì a determinare il valore della pressione atmosferica e, dopo l'invenzione di O. Guericke di una pompa meccanica a pistoni con una speciale tenuta idraulica, si presentò una reale opportunità per effettuare numerosi studi sulle caratteristiche di un gas scaricato. Allo stesso tempo, sono state studiate le possibilità dell'effetto del vuoto sugli esseri viventi. Esperimenti condotti nel vuoto con una scarica elettrica hanno contribuito alla scoperta di un elettrone negativo, la radiazione a raggi X.

Grazie alla capacità termoisolante del vuoto, è stato possibile spiegare i metodi di trasferimento del calore, utilizzare le informazioni teoriche per lo sviluppo della moderna tecnologia criogenica.

Applicazione sottovuoto

Nel 1873 fu inventato il primo aspirapolvere elettrico. Era una lampada a incandescenza creata dal fisico russo Lodygin. Fu da questo momento che l'uso pratico della tecnologia del vuoto si espanse, apparvero nuovi metodi per ottenere e lo studio di questo stato.

In breve tempo sono state realizzate diverse tipologie di pompe per vuoto:

• rotazionale;
• crioassorbimento;
• molecolare;
• diffusione.

All'inizio del ventesimo secolo, l'accademico Lebedev riuscì a migliorare le basi scientifiche dell'industria del vuoto. Fino alla metà del secolo scorso, gli scienziati non ammettevano la possibilità di ottenere una pressione inferiore a 10-6 Pa.

Al giorno d'oggi, creano quelli interamente in metallo per evitare perdite. Le pompe criogeniche a vuoto sono utilizzate non solo nei laboratori di ricerca, ma anche in vari settori.

Ad esempio, dopo lo sviluppo di mezzi di evacuazione speciali che non inquinano l'oggetto usato, sono emerse nuove prospettive per l'uso della tecnologia del vuoto. In chimica, tali sistemi vengono utilizzati attivamente per l'analisi qualitativa e quantitativa delle proprietà di separazione di una miscela in componenti e per l'analisi della velocità di vari processi.

Il valore numerico della pressione è determinato non solo dal sistema di unità accettato, ma anche dal punto di riferimento selezionato. Storicamente, i sistemi di riferimento della pressione sono stati tre: assoluto, relativo e vacuometro (Figura 2.2).

Riso. 2.2. Scale di pressione. La relazione tra pressione

assoluto, eccesso e vuoto

Pressione assoluta misurato dallo zero assoluto (Fig. 2.2). In questo sistema, pressione atmosferica. Pertanto, la pressione assoluta è

La pressione assoluta è sempre positiva.

Sovrapressione è misurato dalla pressione atmosferica, cioè da uno zero condizionale. Per passare dalla pressione assoluta alla sovrappressione è necessario sottrarre la pressione atmosferica dalla pressione assoluta, che in calcoli approssimativi si può assumere pari a 1 a:

La sovrapressione è talvolta chiamata pressione relativa.

Vuoto o vuoto chiamato una mancanza di pressione atmosferica

La sovrapressione indica un eccesso rispetto all'atmosfera o una carenza rispetto all'atmosfera. È chiaro che il vuoto può essere rappresentato come sovrapressione negativa

Come puoi vedere, queste tre scale di pressione differiscono l'una dall'altra per l'inizio o per la direzione del conteggio, sebbene il conteggio stesso possa essere eseguito in questo caso nello stesso sistema di unità. Se la pressione è determinata in atmosfere tecniche, la designazione dell'unità di pressione ( a) viene assegnata una lettera in più, a seconda di quale pressione viene presa come "zero" e in quale direzione viene presa una lettura positiva.

Per esempio:

La pressione assoluta è di 1,5 kg/cm 2;

La sovrappressione è di 0,5 kg/cm 2;

Il vuoto è di 0,1 kg/cm2.

Molto spesso, l'ingegnere non è interessato alla pressione assoluta, ma alla sua differenza dalla pressione atmosferica, poiché le pareti delle strutture (serbatoio, tubazione, ecc.) Di solito sono influenzate dalla differenza di queste pressioni. Pertanto, nella maggior parte dei casi, gli strumenti di misura della pressione (manometri, vacuometri) mostrano direttamente la pressione in eccesso (manometro) o il vuoto.

Unità di pressione. Come risulta dalla definizione stessa di pressione, la sua dimensione coincide con la dimensione dello stress, cioè è la dimensione della forza riferita alla dimensione dell'area.

Pascal è preso come unità di pressione nel Sistema Internazionale di Unità (SI) - la pressione causata da una forza uniformemente distribuita sulla superficie normale ad essa, ad es. Insieme a questa unità di pressione, vengono utilizzate unità ingrandite: kilopascal (kPa) e megapascal (MPa):

Nella tecnologia, attualmente, in alcuni casi, continuano anche a utilizzare i sistemi di unità tecniche ICGSS (metro, chilogrammo-forza, secondo, a) e fisico CGS (centimetro, grammo, secondo). Vengono utilizzate anche unità non di sistema - atmosfera tecnica e bar:

Inoltre, non dovresti confondere l'atmosfera tecnica con quella fisica, che ha ancora una certa distribuzione come unità di pressione:

2.1.3. Proprietà della pressione idrostatica

La pressione idrostatica ha due proprietà principali.

1a proprietà. Le forze di pressione idrostatica in un fluido a riposo sono sempre dirette verso l'interno lungo la normale al sito di azione, cioè sono compressivi.

Questa proprietà è dimostrata per assurdo. Se assumiamo che le forze siano dirette lungo la normale verso l'esterno, ciò equivale alla comparsa di sollecitazioni di trazione nel fluido, che non può percepire (questo deriva dalle proprietà del fluido).

2a proprietà... L'entità della pressione idrostatica in qualsiasi punto del liquido è la stessa in tutte le direzioni, ad es. non dipende dall'orientamento nello spazio del sito su cui agisce

dove - pressione idrostatica nella direzione degli assi delle coordinate;

Lo stesso in una direzione arbitraria.

Per dimostrare questa proprietà isoliamo in un fluido stazionario un volume elementare a forma di tetraedro con spigoli paralleli agli assi coordinati e, quindi, uguali , e (fig. 2.3).

Riso. 2.3. Schema per dimostrare la proprietà

l'indipendenza della pressione idrostatica dalla direzione

Introduciamo la notazione: - pressione idrostatica agente su una faccia normale all'asse;

Pressione su una faccia normale all'asse;

Pressione su una faccia normale all'asse;

Pressione che agisce su un bordo inclinato;

L'area di questa faccia;

Densità del liquido.

Scriviamo le condizioni di equilibrio per un tetraedro (come per un corpo rigido) sotto forma di tre equazioni delle proiezioni di forza e tre equazioni dei momenti:

Quando il volume del tetraedro diminuisce a zero nel limite, il sistema di forze agenti si trasforma in un sistema di forze passanti per un punto e, quindi, le equazioni dei momenti perdono il loro significato.

Così, all'interno del volume prescelto, agisce sul liquido una forza unitaria di massa, le cui proiezioni delle accelerazioni sono pari a , , e . In idraulica, è consuetudine mettere in relazione le forze di massa con un'unità di massa e, poiché la proiezione di una forza di massa unitaria sarà numericamente uguale all'accelerazione.

dove ,, - proiezione di una forza di massa unitaria sull'asse delle coordinate;

massa liquida;

Accelerazione.

Componiamo l'equazione di equilibrio del volume di liquido prescelto nella direzione dell'asse , tenendo conto che tutte le forze sono dirette lungo le normali alle aree corrispondenti all'interno del volume del liquido:

dove è la proiezione della forza dalla pressione idrostatica;

Proiezione della forza dalla pressione;