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Gasdruck

November 24, 2021 by admin

Eine wichtige Eigenschaft eines Gasist sein Druck. Wir haben einige Erfahrungen mit Gasdruck, die wir mit Eigenschaften wie Viskosität und Kompressibilität nicht haben. Jeden Tag hören wir den TV-Meteorologen gebenwert des Luftdrucks deratmosphäre(29,8 Zollquecksilber, zum Beispiel). Und die meisten von uns haben einen Ballon gesprengt oder benutzteine Pumpe zum Aufblasen eines Fahrradreifens oder eines Basketballs.

Da das Verständnis, was Druck ist und wie er funktioniert, für das Verständnis der Aerodynamik von grundlegender Bedeutung ist, nehmen wir im Anfängerleitfaden mehrere Folien zum Gasdruck auf. Aninteractive atmosphere simulatorermöglicht es Ihnen zu studierenwie sich der statische Luftdruck mit der Höhe ändert. TheFoilSim programshows Sie, wie der Druck um einen anhebenden Flügel sich ändert, und theEngineSim programshows, wie sich der Druck durch einen Turbinentriebwerk ändert.Ein anderer Simulator hilft Ihnen zu untersuchen, wie sich der Druck ändertschockwellen, die bei hohen Geschwindigkeiten auftreten.Es gibt zwei Möglichkeiten, den Druck zu betrachten: (1) die kleinräumige Wirkung einzelner Luftmoleküle oder (2) die großräumige Wirkung einer großen Anzahl von Molekülen.

Molekulare Definition des Drucks

Aus derkinetischen Theorie der Gase besteht ein Gas aus einer großen Anzahl von Molekülen, die im Verhältnis zur Entfernung zwischen Molekülen sehr klein sind. Die Moleküle von Agassind in ständiger, zufälliger Bewegung und kollidieren häufig miteinander und mit den Wänden jedes Behälters. Die Moleküle besitzen die physikalischen Eigenschaften Masse, Impuls und Energie.Der Impuls eines einzelnen Moleküls ist das Produkt seiner Masse und Geschwindigkeit, während die kinetische Energie die Hälfte der Masse mal das Quadrat der velocity.As die Gasmoleküle kollidieren mit den Wänden eines Behälters, wie auf der linken Seite der Figur gezeigt, die Moleküle impartmomentum an den Wänden, eine Kraft senkrecht zur Wand zu erzeugen.Die Summe der Kräfte aller Moleküle, die auf die Wand treffen, geteilt durch die Fläche der Wand, wird als Druck definiert. Der Druck eines Gases istdann ein Maß für das durchschnittliche lineare Momentumder sich bewegenden Moleküle eines Gases.Der Druck wirkt senkrecht (normal) zur Wand; Die tangentiale (Scher-) Komponente der Kraft hängt mit Derviskosität des Gases zusammen.

Skalare Größe

Betrachten wir ein statisches Gas; eines, das sich nicht zu bewegen oder zu fließen scheint.Während sich das Gas als Ganzes nicht zu bewegen scheint, sind die einzelnen Moleküle des Gases, die wir nicht sehen können, in ständiger zufälliger Bewegung. Weil wir es mit einer nahezu unendlichen Anzahl von Molekülen zu tun haben und weil die Bewegung der einzelnen Moleküle in jede Richtung zufällig ist, erkennen wir keine Bewegung. Wenn wir das Gas in einem Behälter einschließen, erkennen wir einen Druck im Gas von den Molekülen, die mit den Wänden unseres Behälters kollidieren. Wir können die Wände unseres Behälters überall innerhalb des Gases setzen, und der Druck pro Bereich (der Druck) ist der selbe.Wir können die Größe unseres „Behälters“ auf einen unendlich kleinen Punkt verkleinern, und der Druck hat an diesem Punkt einen einzigen Wert. Daher ist Druck ascalarquantity, nicht avector Menge. Es hat eine Größe, aber keine damit verbundene Richtung. Druck wirkt in alle Richtungen an einem Punkt innerhalb eines Gases. An der Oberfläche eines Gases wirkt die Druckkraft senkrecht zur Oberfläche.

Wenn sich das Gas als Ganzes bewegt,ist der gemessene Druck in derRichtung der Bewegung. Die geordnete Bewegung des Gases erzeugt eine geordnete Komponente des Impulses in der Bewegungsrichtung.Wir assoziieren eine zusätzliche Druckkomponente, genanntdynamischer Druckmit diesem Fluidimpuls.Der in Bewegungsrichtung gemessene Druck wird als Gesamtdruck bezeichnet und ist gleich der Summe des statischen und dynamischen Drucks, wie in der Bernoulli-Gleichung beschrieben.

Makroskala Definition von Druck

Wenn man sich dem größeren Maßstab zuwendet, ist der Druck einzustand variableof eines Gases, wie thetemperature und thedisity.Die Druckänderung während eines Prozesses wird durch die Gesetze der Thermodynamik geregelt.Im animierten Gaslabor können Sie die Auswirkungen des Drucks auf andere Gasvariablen untersuchen.Obwohl der Druck selbst ein Skalar ist, können wir einen definierendruckkraftgleich dem Druck (Kraft / Fläche) mal der Oberfläche in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche.Die Druckkraft ist eine Vektorgröße.

Druckkräfte haben einige einzigartige Eigenschaften im Vergleich zu gravitationaloder mechanisch forces.In die Abbildung oben rechts gezeigt, haben wir ein rotes Gastdas ist in einer Box beschränkt. Eine mechanische Kraft wird auf die Oberseite derbox. Die Druckkraft innerhalb des Kastens widersetzt sich der angewandten Kraft nach Newtons drittem Bewegungsgesetz.Der skalare Druck entspricht der äußeren Kraft geteilt durch die Fläche der Oberseiteder Box. Im Inneren des Gases wirkt der Druck in alle Richtungen. So drückt der Druck auf den Boden der Box und auf die Seiten. Dies unterscheidet sich von der einfachen Festkörpermechanik. Wenn das Gas ein Feststoff wäre, würden keine Kräfte auf die Seiten des Kastens ausgeübt; Die aufgebrachte Kraft würde einfach auf den Boden übertragen. Da sich die Moleküle in einem Gas jedoch frei bewegen und miteinander kollidieren können, verursacht eine in vertikaler Richtung aufgebrachte Kraft Kräfte in horizontaler Richtung.

Aktivitäten:
Führungen