مانومتر

مانومتر وسیله ای برای اندازه گیری فشار است. یک مانومتر ساده معمولی شامل یک لوله شیشه ای U شکل است که با مقداری مایع پر شده است. به طور معمول این مایع به دلیل چگالی بالا جیوه است.

مورد 1

در شکل سمت راست، چنین لوله U شکل پر از مایع را نشان می دهیم. توجه داشته باشید که هر دو انتهای لوله به اتمسفر باز است. بنابراین هر دو نقطه A و B در فشار اتمسفر هستند. دو نقطه نیز ارتفاع عمودی یکسانی دارند.

مورد 1

در شکل سمت راست، چنین لوله U شکل پر از مایع را نشان می دهیم. توجه داشته باشید که هر دو انتهای لوله به اتمسفر باز است. بنابراین هر دو نقطه A و B در فشار اتمسفر هستند. دو نقطه نیز ارتفاع عمودی یکسانی دارند.

هر دو انتهای لوله باز است

مورد 2

حالا بالای لوله سمت چپ بسته شده است. تصور می کنیم که یک نمونه گاز در انتهای بسته لوله وجود دارد.

سمت راست لوله به اتمسفر باز می ماند. پس نقطه A در فشار اتمسفر است.

نقطه C در فشار گاز در انتهای بسته لوله است.

نقطه B به دلیل وزن ستون مایع با ارتفاع h فشاری بیشتر از فشار اتمسفر دارد.

نقطه C در همان ارتفاع B است، بنابراین فشار آن برابر با B است. و قبلاً دیدیم که این فشار برابر با فشار گاز در انتهای بسته لوله است.

بنابراین، در این حالت، فشار گازی که در انتهای بسته لوله محبوس می شود، بیشتر از فشار اتمسفر به میزان فشار وارد شده توسط ستون مایع با ارتفاع h است.

مورد 3

اکنون ترتیب احتمالی دیگری از مانومتر را با بسته بودن بالای سمت چپ لوله نشان می دهیم. شاید انتهای بسته لوله مانند قبل حاوی نمونه ای از گاز باشد یا شاید حاوی خلاء باشد.

نقطه A در فشار اتمسفر است.

نقطه C در هر فشاری است که گاز در انتهای بسته لوله داشته باشد یا اگر انتهای بسته دارای خلاء باشد فشار صفر است.

از آنجایی که نقطه B در همان ارتفاع نقطه A است، باید در فشار اتمسفر نیز باشد. اما فشار در B نیز مجموع فشار در C به اضافه فشار وارد شده توسط وزن ستون مایع با ارتفاع h در لوله است.

بنابراین نتیجه می گیریم که فشار در C از فشار اتمسفر با مقدار فشار وارد شده توسط ستون مایع با ارتفاع h کمتر است.

اگر انتهای بسته لوله حاوی خلاء باشد، فشار در نقطه C صفر است و فشار اتمسفر برابر با فشاری است که وزن ستون مایع با ارتفاع h اعمال می کند. در این حالت می توان از مانومتر به عنوان فشارسنج برای اندازه گیری فشار اتمسفر استفاده کرد.

ما با بحث در مورد واحدهای اندازه گیری فشار نتیجه می گیریم. به یاد بیاورید که فشار به عنوان نیرو در هر منطقه تعریف می شود. واحد SI برای فشار پاسکال است که یک نیوتن بر متر مربع است.

به عنوان مثال، فشار اتمسفر با آب و هوا متفاوت است و معمولاً حدود 100 کیلو پاسکال است. یکی دیگر از واحدهای رایج برای اندازه گیری فشار اتمسفر، میلی متر جیوه است که مقدار آن معمولاً حدود 760 میلی متر است. به عبارت دیگر، اگر انتهای بسته لوله در مورد 3 بالا حاوی خلاء باشد، ارتفاع h حدود 760 میلی متر است.

در بسیاری از موقعیت ها، اندازه گیری فشارها بر حسب واحد طول مایع در مانومتر کاملاً کافی است. بقیه این سند در مورد چگونگی تبدیل از آن واحدها به پاسکال بحث می کند.

شکل سمت راست استوانه ای از مایع به ارتفاع h و مساحت A را نشان می دهد.

وزن استوانه جرم آن m برابر شتاب گرانش g است. این نیرویی است که سیلندر مایع بر هر چیزی که درست زیر آن است وارد می کند:

F = m g

فشار p عبارت است از تقسیم نیرو بر مساحت A صفحه سیلندر.

p = F/A

جرم سیلندر چگالی مایع rho است: چگالی مایع ضربدر حجم V.

m = rho: چگالی مایع V

حجم برابر است با مساحت A صفحه استوانه ضربدر ارتفاع آن h.

V = A h