Никому не нравится быть под давлением. И не важно, под каким. Об этом спела еще группа Queen вместе с Дэвидом Боуи в своем знаменитом сингле «Under pressure». Что такое давление? Как понять давление? В чем оно измеряется, какими приборами и методами, куда направлено и на что давит. Ответы на эти и другие вопросы – в нашей статье про давление в физике и не только.
Давление в физике
Если преподаватель давит на вас, задавая каверзные задачки, мы сделаем так, чтобы вы смогли верно на них ответить. Ведь понимание самой сути вещей – ключ к успеху! Итак, что такое давление в физике?
По определению:
Давление – скалярная физическая величина, равная силе, действующей на единицу площади поверхности.
В международной системе СИ измеряется в Паскалях и обозначается буквой p. Единица измерения давления – 1 Паскаль. Русское обозначение – Па, международное – Pa.
Согласно определению, чтобы найти давление, нужно силу разделить на площадь.
Любая жидкость или газ, помещенный в сосуд, оказывает на стенки сосуда давление. Например, борщ в кастрюле действует на ее дно и стены с некоторым давлением. Формула определения давления жидкости:
где g – ускорение свободного падения в гравитационном поле земли, h – высота столба борща в кастрюле, греческая буква «ро» – плотность борща.
Одно из важнейших свойств жидкостей — изотропность. Это значит, что по закону Паскаля во всех направлениях жидкости производимое ею давление передается одинаково. Кстати, подробнее о жидкостях, их свойствах и движении читайте в нашем материале про уравнение Бернулли.
Наиболее распространенный в быту прибор для определения давления – барометр. Но в чем измеряют давление? Кроме паскаля существуют и другие внесистемные единицы измерения:
- атмосфера;
- миллиметр ртутного столба;
- миллиметр водяного столба;
- метр водяного столба;
- килограмм-сила.
В зависимости от контекста применяются разные внесистемные единицы.
Например, когда вы слушаете или читаете прогноз погоды, там и речи не идет о паскалях. Говорят о миллиметрах ртутного столба. Один миллиметр ртутного столба – это 133 Паскаля. Если вы ездите за рулем, то наверное знаете, что нормальное давление в колесах легкового автомобиля — около двух атмосфер.
Давление в шинах — это давление газа. Оно обусловлено столкновениями молекул воздуха с поверхностью шины
Законодательные нормативы
При составлении проекта на подключение жилого дома к газовой магистрали учитываются многие технические параметры. Для этого важно знать тип прокладки трубы и величину давления топлива. Исходя из подобных данных на газораспределительной станции принимается решение о выдаче согласования на проект.
Оборудование для газа Источник profile.ru
Природный газ является одним из наиболее дешевых и экологичных видов топлива, поэтому он получил широкое распространение в быту и промышленности. Постоянно возрастающее количество пользователей газа обуславливает разработку новых законов и норм, которые регулируют его применение. К важным документам в законодательстве относят определение стандарта подключения дома к газовой магистрали.
Строительство газовой магистрали Источник biz.liga.net
В 2010 году в Российской Федерации были приняты нормативные акты, которые являются:
- Официальной документацией, требования которой обязательны к исполнению;
- Предметом контроля и проверок надзирательных органов для обеспечения безопасности оборудования;
- Основанием для судебных дел и подачи исков;
- Значимой причиной для наложения штрафных санкций в случае правонарушений.
Размещение газовой трубы Источник geoinfo.ru
Атмосферное давление
Атмосфера – это газ, точнее, смесь газов, которая удерживается у Земли благодаря гравитации. Атмосфера переходит в межпланетное пространство постепенно, а ее высота – примерно 100 километров.
Как понимать выражение «атмосферное давление»? Над каждым квадратным метром земной поверхности находится стокилометровый столб газа. Конечно, воздух прозрачен и приятен, но у него есть масса, которая давит на поверхность земли. Это и есть атмосферное давление.
Нормальное атмосферное давление принято считать равным 101325 Па. Это давление на уровне мирового океана при температуре 0 градусов Цельсия. Такое же давление при этой же температуре оказывает на свое основание столб ртути высотой 766 миллиметров.
Чем больше высота над уровнем моря, тем ниже атмосферное давление. Например, на вершине горы Джомолунгма оно составляет всего одну четвертую от нормального атмосферного давления.
Эверест. На его вершине давление в 4 раза меньше, чем у подножия
Правила использования газовых приборов
Эксплуатация газового оборудования должна происходить согласно государственным стандартам. Важно соблюдать установленные правила при применении аппаратуры:
- Обслуживание внутренних и наружных сетей осуществляется квалифицированными специалистами, которые обладают лицензией на проведение такого вида работ;
- Запрещена замена деталей сети и газового оборудования без согласования с компетентными органами;
- Аппаратура должна монтироваться только профессиональными работниками, предварительно необходимо согласовать проект на установку в соответствующей организации.
Самостоятельный ремонт или замена оборудования недопустимы, все работы должны выполняться исключительно лицензированными специалистами. В противном случае может возникнуть угроза аварийной ситуации. Чтобы предотвратить утечку газа и другие неприятные последствия, важно обращаться к уполномоченным сотрудникам.
Артериальное давление
Еще один пример, где мы сталкиваемся с давлением в повседневной жизни – это измерение кровяного давления.
Артериальное давление – это кровяное давление, т.е. давление, которое кровь оказывает на стенки сосудов, в данном случае – артерий.
Если вы измерили артериальное давление и оно у вас 120 на 80, то все хорошо. Если 90 на 50 или 240 на 180, то вам уже точно будет неинтересно разбираться, в чем это давление измеряется и что это вообще значит.
Артериальное давление — давление крови на стенки артерий
Тем не менее, возникает вопрос: 120 на 80 чего именно? Паскалей, миллиметров ртутного столба, атмосфер или еще каких-то единиц измерения?
Артериальное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба. Оно определяет превышение давления жидкости в кровеносной системе над атмосферным давлением.
Кровь оказывает давление на сосуды и тем самым компенсирует действие атмосферного давления. Будь иначе, нас бы просто раздавило огромной массой воздуха над нами.
Но почему в измерении артериального давления две цифры?
Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
Дело в том, что кровь движется в сосудах не равномерно, а толчками. Первая цифра (120) называется систолическим давлением. Это давление на стенки сосудов в момент сокращения сердечной мышцы, его величина – наибольшая. Вторая цифра (80) определяет наименьшее значение и называется диастолическим давлением.
При измерении фиксируются значения систолического и диастолического давлений. Например, для здорового человека типичное значение артериального давления составляет 120 на 80 миллиметров ртутного столба. Это означает, что систолическое давление равно 120 мм. рт. ст., а диастолическое – 80 мм рт. ст. Разница между систолическим и диастолическим давлениями называется пульсовым давлением.
Классификация газопроводов
В системе обеспечения населения природным газом важную роль играет сооружение и обслуживание газопроводов, через которые топливо подается к конечному потребителю. В это оборудование инвестируются основные средства газовых компаний, причем большей протяженностью обладают именно сети с низким и средним давлением. Современная классификация газовых магистралей включает в себя такие типы газопроводов:
- Высокого давления 1 категории (от 1,2 МПа). Это в основном крупные магистрали, по которым топливо транспортируется между населенными пунктами, а также распределяется между группами потребителей. Такие трубы прокладываются до ГРС, где происходит снижение давления.
- Высокого давления 2 категории (от 0,3 до 1,2 МПа). Подобные газопроводы располагаются в пределах городов и сел, по ним газ транспортируется на котлы и другое оборудование.
- Среднего давления (от 0,05 до 0,3 МПа). Большинство промышленных потребителей получают топливо из такого типа магистралей.
- Низкого давления (до 0,05 МПа). Этот вид труб характерен для газообеспечения жилых домов и квартир.
Физический вакуум
Вакуум – это отсутствие давления. Точнее, практически полное его отсутствие. Абсолютный вакуум является приближением, как идеальный газ в термодинамике и материальная точка в механике.
В зависимости от концентрации вещества различают низкий, средний и высокий вакуум. Наилучшее приближение к физическому вакууму – космическое пространство, в котором концентрация молекул и давление минимальны.
В космосе наблюдается почти полное отсутствие давления
Давление – основной термодинамический параметр состояния системы. Определить давление воздуха или другого газа можно не только по приборам, но и пользуясь уравнениями, формулами и законами термодинамики. А если у вас нет времени разбираться, студенческий сервис поможет решить любую задачу на определение давления.
Хранение и транспортировка газов
Если нужно перевезти значительное количество газа из одного места в другое, или когда газы необходимо длительно хранить — их помещают в специальные прочные металлические сосуды. Из-за того, что при уменьшении объема увеличивается давление, газ можно закачать в небольшой баллон, но он должен быть очень прочным.
Сосуды, предназначенные для транспортировки газов, выдерживают высокие давления. Поэтому с помощью специальных насосов (компрессоров) туда можно закачать значительные массы газа, которые в обычных условиях занимали бы в сотни раз больший объем.
Поскольку давление газов в баллонах даже при комнатной температуре очень велико, их ни в коем случае нельзя нагревать. Например, держать под прямыми лучами солнца или любым способом пытаться сделать в них отверстие, даже после использования.
Как происходит отключение подачи топлива
Любая система требует периодического обслуживания, которое включает в себя замену определённых деталей и контроль состояния узлов и агрегатов. Чтобы ремонт проходил легко и безопасно, во время проведения работ необходимо отключение подачи газа. Для обеспечения быстрого прекращения поступления топлива промышленные и бытовые сети оснащаются специальными задвижками, которые иначе называют пробковыми кранами.
Отключающие устройства обычно устанавливают снаружи здания, для этого могут использовать защитный шкаф. При надобности отключения здания от подачи газа достаточно просто повернуть вентиль. Задвижки обычно устанавливаются:
- На газораспределительных пунктах в местах входа и выхода труб;
- При разделении магистралей на местные городские сети;
- В начале преграждающего путь объекта – например, перед железной дорогой, автомобильной трассой или водоемом.
На газопроводах наружного типа отключающие устройства монтируются в специальных колодцах. Рядом с приборами устанавливаются линзовые компенсаторы. Эти аппараты служат для контроля показателей газа, а также для упрощения работ с запорной арматурой. Установка колодцев разрешается на расстоянии не менее 2 метров от ближайшего объекта.
На жилых зданиях и прочих строениях задвижки располагаются на внешней стене, при этом выдерживается дистанция до проемов не менее 1 метра. Количество отключающих устройств не зависит от давления в системе, протяженности труб или степени разветвленности сети. Наличие каждого аппарата должно быть экономически обоснованным, следует стараться обойтись их минимальным количеством для объекта.
Канализационные трубопроводы
Канализационные трубопроводы применяются для отведения и сброса сточных вод за пределы промышленных объектов и населённых пунктов.
В напорных канализационных трубопроводах среда перемещается под избыточным давлением, в без напорных — самотеком.
Канализационные системы согласно СНиП 2.04.01-85 классифицируются:
- Бытовая — применяется для перемещения сточных вод от санитарно-технических устройств (унитазов, ванны, умывальников, бассейнов, и т.п.);
- Производственная — применяется для отведения различных видов промышленных сточных вод;
- Объединенная — применяется для перемещения бытовых и промышленных сточных вод «совместно». При возможности и допуске их совместного транспортирования и последующей очистки;
- Внутренние водостоки — применяются для удаления дождевой и талой воды с кровли здания.
Источник
Охранные зоны других сетей
Необходимо учитывать, что водопровод, канализация и другие коммуникации тоже имеют свои санитарно-защитные зоны. Их также называют охранными. Да, охранная территория газопровода уже это учитывает.
Подземная тепловая сеть
Однако перед проведением каких-либо работ важно учесть такие параметры для каждой сети, чтобы ничего не осталось без внимания. И чтобы в итоге не получилось так, что какая-то сеть никак не помещается относительно других
Важно учитывать, что санитарную зону у тех или иных коммуникаций требуется устанавливать в каждую сторону от оси. Для каждой такой системы с охранной зоной имеется своя таблица СНиП (СП) с нормативами расстояний до тех или иных объектов
Всегда стоит руководствоваться именно строительными нормами и правилами насчет того, сколько метров в каждую сторону следует отступать.
Нюансы охранных зон
Также важно учитывать, что магистральный газопровод – совсем другая история, нежели газораспределительная станция или узел. И охранная зона в трассах с высоким давлением достигает 50 метров
Размер защитной зоны магистральной трубы
Как правило, это трубы крупного диаметра. С такой шириной при аварии и утечка будет куда масштабнее и интенсивнее. Это связано с объемом вещества внутри и скорости его транспортировки.
Правила расположения охранных зон действуют везде, и в Москве, и в Нижегородской области. Ведь, согласно определению экспертов, этот трубопровод носит статус ОПО (опасный производственный объект).
Надземный магистральный газопровод
И дело не только в серьезных юридических последствиях для того, кто нарушит защитную зону. Судя по практике десятилетий, при неграмотном прокладывании газовых коммуникаций существует вероятность столкнуться с такими рисками, которые будут представлять угрозу для жизни окружающих.
Компрессорные станции
Компрессорные станции нужны для поддержания уровня давления и транспортировки необходимого объема газа по трубопроводу. Там газ проходит очищение от посторонних веществ, осушение, повышение давления и охлаждение. Пройдя обработку, газ под определенным давлением попадает обратно в газопровод.
Компрессорные станции, наряду с газораспределительными станциями и пунктами, входят в комплекс наземных сооружений магистрального газопровода.
К району стройки компрессорные установки транспортируются в виде полностью готовых к сбору блоков. Они возводятся на расстоянии примерно 125 километров друг от друга.
В состав компрессорного комплекса входят:
- сама станция;
- ремонтно-эксплуатационный и служебно-эксплуатационные блоки;
- территория, на которой расположены пылеуловители;
- градирня;
- емкость для воды;
- масляное хозяйство;
- газоохлаждаемые устройства и др.
Рядом с компрессионной установкой обычно возводят жилой поселок.
Такие станции считаются отдельным видом техногенного влияния на природную среду. Исследования показали, что на территории компрессорных установок концентрация оксида азота в воздухе превышает максимально допустимый уровень.
Они также являются мощным источником шума. Ученые выяснили, что длительное воздействие шума от компрессорной станции становится причиной нарушений в человеческом организме, и, как следствие, вызывает различные болезни и может привести к потере трудоспособности. Кроме того, шум вынуждает животных и птиц уходить на новые места обитания, что приводит к их переуплотнению и уменьшению продуктивности охотничьих угодий.
Общая формула
Из классического определения того, что такое давление можно вывести общую формулу для его расчета. Выглядеть она будет таким образом:
P = F/S
Где F – это сила давления, а S – площадь поверхности на которую она действует. То есть иными словами формула нахождения давления – это сила, воздействующая на определенную поверхность, разделенная на площадь этой самой поверхности.
Как видно из формулы, при расчете давления всегда действует следующий принцип: чем меньше пространство, на которое влияет сила, тем большее количество давящей силы на него приходится и наоборот.
Это можно проиллюстрировать простым жизненным примером: хлеб легче всего порезать острым ножом, потому что у острого ножа заточенное лезвие, то есть площадь поверхности S из формулы у него минимальна, а значит, давление ножа на хлеб будет максимально равно приложенной силе F того кто держит нож. А вот тупым ножом порезать хлеб уже сложнее, так как у его лезвия большая площадь поверхности S, и давление ножа на хлеб будет меньшим, и значит, чтобы отрезать себе кусок хлеба нужно приложить большее количество силы F.
Общая формула давления, по сути, отлично описывает формулу давления твердого тела.
