تفاوت فشار ترمودینامیک با فشار هیدرواستاتیک چیست؟

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: roham hesami

محل اقامت: Tehran -Qeytariyeh, Ketabi Street, 8 meters from Saba

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 726

سپاس: 427

جنسیت:

تماس:

تفاوت فشار ترمودینامیک با فشار هیدرواستاتیک چیست؟

پست توسط rohamjpl »

تفاوت فشار کار با فشار هیدرواستاتیک چیست؟
وقتی مایع ساکن است ، هر دو یکسان هستند و منبع انرژی اضافی در مایع وجود ندارد. اما هنگام حرکت ، مایع دارای انرژی جنبشی است که از نظر سرعت است. بنابراین فشار ترمودینامیکی مجموع فشار هیدرواستاتیک به علاوه سر فشار بر اساس سرعت است
تفاوت فشار ترمودینامیکی با فشار مکانیکی چیست؟
فشار مکانیکی اندازه گیری انرژی انتقالی مولکول ها است. از طرف دیگر ، فشار ترمودینامیکی اندازه گیری کل انرژی است که ممکن است شامل حالتهای ارتعاشی و چرخشی اضافی و برای مایعات و گازهای متراکم ، جذب بین مولکولی باشد.
تفاوت فشار مکانیکی و ترمودینامیکی چیست؟
برای شروع می دانم ترمودینامیک با فرآیندهای در تعادل سروکار دارد. از این رو فشار ترمودینامیکی به احتمال زیاد باید فشار یک مایع در تعادل باشد.
مطمئن نیستم که جریان سیال (به طور کلی ناپایدار) در تعادل ترمودینامیکی باشد (مثلاً جریان در کانالی که دارای گرادیان فشار است) و بنابراین آیا فشار استاتیک در یک نقطه از کانال با فشار ترمودینامیکی متفاوت است؟
این امر درمورد قانون ایده آل گاز p = ρRT به چه معناست؟ آیا می توان از آن برای حرکت جریان استفاده کرد؟ فشار معادله به چه چیزی اشاره دارد. مکانیکی یا ترمودینامیکی؟
برای از بین بردن هرگونه سردرگمی - در یک جریان معین می توانیم فشار را در هر نقطه اندازه گیری کنیم ، مثلاً با استفاده از یک لوله پیتوته به حالت رکود و فشار استاتیک برسیم. سوال من این است که ، آیا فشار استاتیکی که اندازه گیری می کنیم (که طبق تعریف مقدار "F / A" (نیرو / منطقه) است متفاوت از فشار ترمودینامیکی است؟ فشار در P = ρRT باید به فشار ترمودینامیکی اشاره داشته باشد ، زیرا این معادله صرفاً از قوانین ترمودینامیک گرفته شده است. با این حال ، در تمام ادبیاتی که من دیده ام ، جریان های فشرده از معادله گاز ایده آل برای ایجاد ارتباط بین متغیرهای غیرقابل تراکم (p ، V) و مجموعه کامل متغیرهای قابل فشرده سازی استفاده می کنند (p ، V ، ρ، T). بنابراین به نظر می رسد این دو فشار برابر هستند؟
در ترمودینامیک ، فشار به روشهای مختلفی تعریف می شود. اگر به هویت ترمودینامیکی نگاه کنیم:
$dU = TdS - PdV + \mu dN$
(جایی که U انرژی است ، T دما است ، S آنتروپی است ، P فشار است ، V حجم است ، μ پتانسیل شیمیایی است و N تعداد ذرات است) می توانیم فشار را ببینیم:
$P = -\left( \dfrac{dU}{dV} \right)_{\text{constant } S,N} = T \left( \dfrac{dS}{dV} \right)_{\text{constant } U,N} = \mu \left( \dfrac{dN}{dV} \right)_{\text{constant } S,U}.$
با این حال ، اگر از انرژی آزاد هلمهولتز استفاده کنیم ، هویت بیشتری برای فشار وجود دارد (به همان روش مشتق شده است):
$F = U - TS \to dF = -S dT - PdV + \mu dN.$.
فشار مکانیکی - حداقل به روشی که فکر می کنم به آن فکر می کنید - حداقل به طور نسبی بسیار ساده است. فشار فقط:
P = FA ،
نیرو در واحد سطح.
من این را می دانم ، معادله ای که ذکر کردید:
P = ρRT
اساساً فشار را به عنوان نیرو بر سطح می شناسیم:
$p = \dfrac {F}{A} = \dfrac {F x}{A x} = \dfrac {Work}{Volume} = \dfrac{Energy}{Volume}.$.
در مکانیک پیوسته ، فشار از طریق استخراج انرژی کرنش تابعی با توجه به ژاکوبین از شیب تغییر شکل ارزیابی خواهد شد:
$p = \dfrac{\partial(\psi)}{ \partial J},$،
جایی که ψ عملکرد انرژی کرنش است و J = det (F). این فشار می تواند تابعی از J و همچنین دما باشد ، بسته به انرژی تابعی مدل سازه به کار رفته.
، من فکر می کنم بهترین راه برای تشخیص تعاریف مختلف از فشار ، بررسی معادله برنولی در مورد این واقعیت است که این فقط برای مایعات غیرقابل فشرده معتبر است به شرح زیر:
$\dfrac{p(static)}{\gamma} + \dfrac{1}{2} \rho v^2 (dynamic~pressure) + Z (related ~to ~hydrostatic ~pressure) = Cte,$
جایی که $\gamma = \rho g$
فشار استاتیک: فشار در هر نقطه از یک مایع (فشار پذیر یا غیر قابل فشردن)
فشار هیدرواستاتیک: فشار در هر نقطه از یک سیال غیر متحرک (ایستا)> غیر قابل تراکم است. به عنوان مثال ، در یک مایع باروتروپیک ، فشار استاتیک و فشار هیدرواستاتیک یکسان هستند.
فشار پیزومتریک (هد) یا هیدرولیک:
$h= Z + \dfrac{p(static)}{\gamma}$
برای مایعات غیرقابل انعطاف
فشار رکود: فشاری که مایع هنگام اجبار به توقف حرکت اعمال می کند:
$p_0 = p (static pressure) + \dfrac{1}{2} \rho v^2 (dynamic~ pressure)$
فشار مکانیکی (کل):
$p(mech) = p (static) + \dfrac{1}{2} \rho v^2$
فشار ترمودینامیکی: تعریف این فشار به غیر قابل فشردگی جریان (فاقد واگرایی) یا فشرده شدن بستگی دارد.
---> غیرقابل انعطاف:
p (مکانیک) = p (حرارتی)
---> قابل فشرده سازی:
$p(mech) = p(thermo) + \nabla \cdot v * A,$
که در آن A اصطلاحی مربوط به خواص مواد جریان مانند مدول حجیم و برشی است.
همچنین فشار می تواند از طریق معادله حالت (EOS) ارزیابی شود و به طور کلی ، این میزان انرژی داخلی با توجه به حجم است:
$p = \dfrac{\partial U}{\partial V}$
از فرمول فوق مشخص است که برابری فشار ترمودینامیکی و مکانیکی هنگامی که جریان بدون واگرایی باشد$\nabla \cdot v=0$ پدیدار می شود
قانون گاز ایده آل (تک اتمی) نامیده می شود و با این فرض حاصل می شود که گاز در تعادل است و با هم تعامل ندارد ، - همراه با چند فرض دیگر که به یاد نمی آورم - بنابراین معمولاً نمی توانید آن را اعمال کنید به مایعات پویا (هر چند ، همانطور که دیگران اشاره کرده اند ، شرایط مختلفی وجود دارد که می توانید آن را استفاده کنید). فشار موجود در این معادله ، فشاری است که گاز بر محیط اطراف خود وارد می کند (یعنی فشاری که گاز درون یک بالون به خارج از بالون وارد می کند).
فشار هیدرواستاتیک فشاری است که توسط یک مایع تراکم ناپذیر (یک مایع) در یک نقطه مشخص اعمال می شود ، به دلیل وزن مایع بالای آن. ... فشارسنج جیوه ای کار می کند زیرا فشار هیدرواستاتیک ستون جیوه باعث ایجاد تعادل در فشار جو اعمال شده بر سطح جیوه می شود.فشار هیدرواستاتیک به تراکم جرمی m / V به عنوان P = ρ ・ g ・ h = (m / V) ・ g ・ h مربوط است ، در حالی که فشار ترمودینامیکی به تراکم تعداد N / V به عنوان P = kT (N / V) مربوط است و بنابراین ارتباطی با جرم ندارد. از آنجا که ارتباطی با جرم ندارد ، اشتباه است که بگوییم فشار در سطح دریا وزن یک ستون از جو است. اگر چنین باشد ، در مناطق کم فشار ستون هوا کمتر و در مناطق فشار بالا زیاد خواهد بود ، یعنی جو با ضخامت های مختلف و تغییر محلی خواهیم داشت ، و اینگونه نیست که جو کار می کند
در محفظه ای پر از آب و مهر و موم شده در پایین اقیانوس ، فشار هیدرواستاتیک مربوط به ارتفاع محفظه و نه مربوط به عمق دریا را دارید ، در محفظه ای پر از آب و مهر و موم شده در سطح دریا فشار شما "کل ستون هوا" و نه فشار مربوط به ارتفاع محفظه. و این دقیقاً به این دلیل است که فشار اتمسفر با وزن ارتباط ندارد.
ما یک قانون تجربی برای آن در نظر گرفته ایم ، که وقتی هوا به هوا می رسد همیشه نادیده گرفته می شود: "یک مقدار مشخص در یک دما و فشار معین همیشه دارای تعداد ذرات یکسانی است ، فارغ از اینکه چه گاز باشد ، یعنی مستقل از جرم ذرات سازنده آن. " (قانون آووگادرو)
تفاوت اساسی دیگر بین هیدرواستاتیک و ترمودینامیک رابطه بین فشار [P] و چگالی [ρ] یا [N / V] است: در هیدرواستاتیک فشار با چگالی ارتباط ندارد ، زیرا چگالی در یک سیال غیرقابل انعطاف ثابت است ، در حالی که در ترمودینامیک ، تعداد چگالی N (h) / V به همان اندازه که فشار P (h) وابسته به ارتفاع است ، و این بدان معنی است که ضریب آنها ثابت می ماند: P (h) V / N (h). از آنجا که فشار بر چگالی یک اصطلاح انرژی (kT) در [J] است ، این انرژی بیش از ارتفاع ستون ثابت می ماند. اگر محتوای انرژی یک حجم گاز ثابت بماند ، قدرت آن برای نفوذ به حجم موجود - یعنی فضای خالی - با ارتفاع کاهش نمی یابد و این بدان معنی است که جو باید مهار شود ، در غیر این صورت به سادگی از بین می رود.
اما یک مشکل خار تر در کمین این مفهوم "ستون هوا" بر روی یک کره کروی وجود دارد: یک ستون با مساحت و ارتفاع پایه تعریف می شود ، به این معنی که سطح مقطع در طول ستون تغییر نمی کند.[media]I hope I help you understand the question. Roham Hesami[/media] smile261 smile072
تصویر

ارسال پست