Druckdefinition, Einheiten und Beispiele

In der Wissenschaft, Druck ist eine Messung der Kraft pro Flächeneinheit. Das SI-Einheit Druck ist der Pascal (Pa), der N / m entspricht² (Newton pro Quadratmeter).

Wenn Sie 1 Newton (1 N) Kraft hatten, verteilt auf 1 Quadratmeter (1 m)²), dann ist das Ergebnis 1 N / 1 m² = 1 N / m² = 1 Pa. Dies setzt voraus, dass die Kraft senkrecht zur Oberfläche gerichtet ist.

Wenn Sie die Kraft erhöhen, sie aber auf dieselbe Fläche anwenden, steigt der Druck proportional an. Eine Kraft von 5 N, die auf dieselbe Fläche von 1 Quadratmeter verteilt ist, würde 5 Pa betragen. Wenn Sie jedoch auch die Kraft ausdehnen, werden Sie feststellen, dass der Druck in a zunimmt umgekehrtes Verhältnis auf die Fläche erhöhen.

Wenn Sie 5 N Kraft auf 2 Quadratmeter verteilt hätten, würden Sie 5 N / 2 m erhalten² = 2,5 N / m² = 2,5 Pa.

Ein Balken ist eine andere metrische Druckeinheit, obwohl es sich nicht um die SI-Einheit handelt. Es ist als 10.000 Pa definiert. Es wurde 1909 vom britischen Meteorologen William Napier Shaw geschaffen.

Luftdruck, oft als bezeichnet p_einist der Druck der Erdatmosphäre. Wenn Sie draußen in der Luft stehen, ist der atmosphärische Druck die durchschnittliche Kraft der gesamten Luft über und um Sie herum, die auf Ihren Körper drückt.

Der Durchschnittswert für den atmosphärischen Druck auf Meereshöhe wird als 1 Atmosphäre oder 1 atm definiert. Da dies ein Durchschnitt einer physikalischen Größe ist, kann sich die Größe im Laufe der Zeit aufgrund einer genaueren Messung ändern Methoden oder möglicherweise aufgrund tatsächlicher Änderungen in der Umgebung, die einen globalen Einfluss auf den durchschnittlichen Druck der Umwelt haben könnten Atmosphäre.

• 1 Pa = 1 N / m²
• 1 bar = 10.000 Pa
• 1 atm ≤ 1,013 × 10⁵ Pa = 1,013 bar = 1013 Millibar

Das allgemeine Konzept von Macht wird oft so behandelt, als ob es idealisiert auf ein Objekt einwirkt. (Dies ist tatsächlich für die meisten Dinge in der Wissenschaft und insbesondere in der Physik üblich, wie wir sie erschaffen idealisierte Modelle Um die Phänomene hervorzuheben, achten wir darauf, so viele andere Phänomene wie möglich zu berücksichtigen und zu ignorieren.) In diesem idealisierten Ansatz, wenn Wir sagen, dass eine Kraft auf ein Objekt wirkt, wir zeichnen einen Pfeil, der die Richtung der Kraft angibt, und tun so, als ob die Kraft alle an diesem Punkt stattfindet.

In Wirklichkeit sind die Dinge jedoch nie so einfach. Wenn Sie mit Ihrer Hand auf einen Hebel drücken, wird die Kraft tatsächlich auf Ihre Hand verteilt und drückt gegen den Hebel, der über diesen Bereich des Hebels verteilt ist. Um die Sache in dieser Situation noch komplizierter zu machen, ist die Kraft mit ziemlicher Sicherheit nicht gleichmäßig verteilt.

Hier kommt der Druck ins Spiel. Physiker wenden das Konzept des Drucks an, um zu erkennen, dass eine Kraft über eine Oberfläche verteilt ist.

Obwohl wir in verschiedenen Kontexten über Druck sprechen können, bestand eine der frühesten Formen, in denen das Konzept in der Wissenschaft diskutiert wurde, darin, Gase zu betrachten und zu analysieren. Gut vor dem Wissenschaft der Thermodynamik wurde im 19. Jahrhundert formalisiert, es wurde erkannt, dass Gase beim Erhitzen eine Kraft oder einen Druck auf das Objekt ausübten, das sie enthielt. Erhitztes Gas wurde ab dem 18. Jahrhundert in Europa zum Schweben von Heißluftballons verwendet, und die Chinesen und andere Zivilisationen hatten schon lange zuvor ähnliche Entdeckungen gemacht. In den 1800er Jahren kam auch die Dampfmaschine (wie im zugehörigen Bild dargestellt) auf den Markt, die den Druck nutzt in einem Kessel aufgebaut, um mechanische Bewegungen zu erzeugen, wie sie zum Bewegen eines Flussboots, eines Zuges oder einer Fabrik erforderlich sind Webstuhl.

Dieser Druck erhielt seine physikalische Erklärung mit dem kinetische Theorie der Gase, in dem Wissenschaftler erkannten, dass, wenn ein Gas eine Vielzahl von Partikeln (Molekülen) enthielt, der erfasste Druck physikalisch durch die durchschnittliche Bewegung dieser Partikel dargestellt werden konnte. Dieser Ansatz erklärt, warum Druck eng mit den Konzepten von Wärme und Temperatur zusammenhängt, die unter Verwendung der kinetischen Theorie auch als Bewegung von Partikeln definiert werden. Ein besonderer Fall von Interesse in der Thermodynamik ist ein isobarer ProzessDies ist eine thermodynamische Reaktion, bei der der Druck konstant bleibt.

Bearbeitet von Anne Marie Helmenstine, Ph. D.