Металлический манометр физика 7 класс

Обновлено: 03.05.2024

1. Как называют приборы для измерения давлений, отличных от атмосферного?

Для измерения атмосферного давления применяют барометры.
Для измерения давлений, больших или меньших, чем атмосферное, используют манометры.
Манометры бывают жидкостные и металлические.

2. Как устроен открытый жидкостный манометр?

Жидкостный манометр состоит из двухколенной изогнутой стеклянной трубки, в которую наливают какую-нибудь жидкость, и измерительной шкалы.

3. Почему в открытом манометре уровни однородной жидкости в обоих коленах одинаковые?

Изогнутая трубка - это сообщающиеся сосуды, сверху они открыты.
На жидкость в том и другом колене действует одинаковое атмосферное давление.
Основное свойство сообщающихся сосудов:
В сообщающихся сосудах любой поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне, если давление воздуха над жидкостью одинаково.
Поэтому жидкость в манометре устанавливается в обоих коленах на одном уровне.

4. Как действует открытый жидкостный манометр?

Соединим манометр резиновой трубкой с плоской коробкой, одна сторона которой затянута резиновой пленкой.
Слегка надавим пальцем на пленку.
Уровень жидкости в колене манометра, соединенном с коробкой, понизится, а в другом повысится.
Почему?

При надавливании на пленку увеличивается давление воздуха в коробке.
По закону Паскаля это увеличение давления передается на жидкость манометра.
В левом колене на жидкость действует атмосферное давление + добавочное давление, созданное за счет нажатия на пленку.
В правом колене на жидкость действует только атмосферное давление.

Под действием силы добавленного давления жидкость начнет перемещаться.
Там, где давление воздуха больше, уровень жидкости опустится,
Там, где давление воздуха меньше, поднимется.
Жидкость остановится, когда добавленное давление воздуха в левом колене, уравновесится давлением, образовавшегося избыточного столба жидкости в правом колене манометра.

Об изменении давления можно судить по высоте избыточного столба в правом колене манометра.

5. Как измерить давление внутри жидкости?

При погружении в жидкость коробочки верхние слои жидкости будут оказывать на нее давление.
Чем глубже погружение, тем больше разность высот столбов жидкости в коленах манометра.
Значит, тем большее давление производит жидкость.

6. Как устроен и действует металлический манометр?

Основная часть металлического манометра — согнутая дугой металлическая трубка 1.
Один конец этой трубки запаян.
Другой конец трубки через кран 4 подсоединяется к сосуду, в котором измеряют давление.
При увеличении давления трубка начинает разгибаться.

Движение закрытого конца трубки передается стрелке 2, движущейся около шкалы прибора.
При уменьшении давления трубка благодаря своей упругости возвращается в прежнее положение, а стрелка — к нулю.

Манометры

Из предыдущих уроков мы знаем, что для измерения атмосферного давления используют барометры: ртутные и анероиды.

Но как измерить давление воздуха, существенно отличающееся по величине от атмосферного давления? Для этого тоже существуют специальные приборы, речь о которых и пойдет на данном уроке.

Определение и виды

Как называют приборы для измерения давлений, больших или меньших атмосферного?

Манометр (от греческого «манос» — «редкий, неплотный» и «метрео» — «измерять») — это прибор, используемый для измерения давлений больших или меньших атмосферного.

Манометры бывают двух основных видов: жидкостные и металлические. Давайте рассмотрим устройство и принцип работы каждого из них.

Открытый жидкостный манометр

Устройство открытого жидкостного манометра представляет собой двухколенную стеклянную трубку, наполненную жидкостью (рисунок 1). К одному концу стеклянной трубки прикреплена резиновая трубка. Она соединена с плоской коробочкой, затянутой резиновой пленкой.

Почему в открытом манометре уровни однородной жидкости в обоих коленах одинаковые?
Трубка такого манометра представляет собой сообщающиеся сосуды. Так как на поверхность жидкости действует только атмосферное давление, она устанавливается на одинаковом уровне.

Измерение давления воздуха с помощью жидкостного манометра

Что произойдет, если мы надавим пальцем на пленку? На рисунке 2 видно, что уровень жидкости в колене манометра, который соединен с резиновой трубкой, понизится.

Вспомним закон Паскаля: давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях. Значит, когда мы надавили на пленку, мы увеличили давление воздуха в коробке.

Сама коробка соединена с коленом стеклянной трубки. Значит, давление передается и на жидкость в этом колене. Обозначим его «первым». То есть давление в первом колене будет больше давления во втором, потому что на второе колено действует только атмосферное давление воздуха.

Мы увидим, что жидкость придет в равновесие и остановится. Это случится, когда избыточное давление в первом колене сравняется с давлением избыточного столба жидкости в другом.

От силы нажатия на пленку будет зависеть оказываемое давление. Чем сильнее мы будем нажимать, тем выше будет избыточный столб жидкости. Значит, изменение давления связано с высотой этого избыточного столба.

Измерение давления жидкости с помощью жидкостного манометра

С помощью жидкостного манометра мы можем измерить давление и в жидкостях. Обратите внимание на рисунок 3, а.

Конструкция манометра не изменена. Но тем не менее мы можем погрузить коробочку, обтянутую пленкой, в емкость с водой. Чем глубже находится коробочка, тем больше становится разность высот жидкости в коленах манометра (рисунок 3, б). Можно сказать, что тем большее давление производит жидкость в емкости.

Как показать, что давление в жидкости на одной и той же глубине одинаково по всем направлениям?
Для этого нам нужно переворачивать коробочку в разные стороны на одной глубине. Мы увидим, что показания манометра не будут меняться.

Давление в жидкости по всем направлениям на одной глубине/высоте одинаково.

Металлический манометр

Внешний вид металлического манометра представлен на рисунке 4. А вот его внутреннее устройство может быть двух разных типов. Рассмотрим каждый из них.

Устройство металлического манометра 1-го типа

Внутренне устройство металлического манометра 1-го типа показано на рисунке 5.

Изогнутая пустотелая трубка 1 запаяна с одного конца. С другой стороны она соединяется с краном 4. Этот кран сообщается с сосудом, в котором необходимо измерить давление.

При увеличении давления трубка начинает разгибаться. При помощи рычажного механизма 4 и зубчатки 3 она передает движение стрелке 2. Так стрелка начинает двигаться вдоль шкалы прибора.

Трубка обладает некоторой упругостью. Поэтому при уменьшении давления она возвращается в свое изначальное положение. Стрелка же возвращается к нулевому делению шкалы.

Устройство металлического манометра 2-го типа

На рисунке 6 представлено устройство металлического манометра 2-го типа.

Различие в строении заключается только в том, что трубка 1 запаяна с двух сторон. При этом она имеет выход для подключения к сосуду, в котором необходимо измерить давление. Также здесь присутствуют две тяги (рычага) 2. При разгибании трубки, они заставляют стрелку 3 двигаться вдоль шкалы прибора.

Заметим, что, несмотря на небольшие различия в устройстве (рисунки 5 и 6), принцип действия металлических манометров остается одним и тем же.

Применение манометров

Манометры являются одними из самых распространенных приборов, которые можно встретить в различных системах. Например, в котлах отопления, газопроводах, водопроводах, компрессорах, автоклавах, баллонах, баллонных пневматических винтовках и т. д.

Преимущества работы с ними очевидны. Они помогают держать под контролем уровень давления в различных механизмах.

Конспект урока.

Тема урока: Манометры. Поршневой жидкостный насос. (7 класс).

Цель урока: знакомство с работой и устройством манометров, поршневого жидкостного насоса; проверка знаний учащихся по теме.

образовательная : повторить знания о барометре и атмосферном давлении; обеспечить уровень усвоения учебного материала по теме «Манометр. Поршневой жидкостный насос»;

развивающая: развивать умения применять имеющиеся знания на практике; развивать способности анализировать, делать выводы; логически рассуждать, а в конечном итоге – способствовать развитию интеллекта и творческих способностей, развитию внимания, памяти.

воспитательная: формировать познавательный интерес к физике; способствовать формированию у учащихся уважения к научному познанию и убеждения в ценности научных знаний для разных областей человеческой деятельности, для повседневной жизни человека; формировать умение слушать своих товарищей, работать в коллективе.

Тип урока: Урок изучения нового материала.

Литература: Перышкин А.В. Физика: Учеб.для 7 класса сред.шк.- М: Дрофа, 2016 год.

Оборудование: Действующая модель открытого жидкостного манометра; сосуд с водой; металлический манометр; медицинский манометр.

Используемые ЦОР: мультимедийный проектор, компьютер; презентация к уроку, дополнительная информация, электронное приложение к учебнику: Перышкин А.В. Физика: Учеб.для 7 класса сред.шк.- М: Дрофа, 2016 год.

I . Мотивационно-целевой этап (3-5 мин)

На прошлых уроках мы узнали о существовании атмосферного давления и познакомились с двумя приборами, которые служит для его измерения.

Как называются эти приборы?

Кто первый придумал способ измерения атмосферного давления?

В каких единицах принято измерять атмосферное давление и как их перевести в паскали?

Мы с вами знаем, что и внутри жидкости тоже существует давление.

Батискафы погружаются в моря и океаны на достаточно большую глубину.

Нужно ли знать давление воды в этих случаях?

Ребята, приходилось ли вам накачивать колёса велосипеда, мотоцикла, машины?

Нужно ли знать давление в колесе?

А человеку нужно знать свое кровяное давление?

Подойдут ли известные нам приборы для измерения давления в этих случаях?

В силу своей конструкции барометр не может быть использован для измерения других давлений.

Поэтому цель нашего урока, познакомиться с приборами для измерения давлений, больших или меньших атмосферного.

II . Актуализация знаний ( 5-7 мин)

Прежде чем познакомиться с новыми приборами, вспомним, какие приборы мы уже изучили.

Квест «Убери лишнее»

На демонстрационном столе выставлены приборы: динамометр, весы, набор разновесов, линейка, мензурка, барометр, сообщающиеся сосуды и манометр.

Один учащийся выходит к столу и по очереди убирает в сторону известные приборы.

(На столе остается манометр)

Как же называется этот прибор?

Перед вами на столе кроссворд, разгадав который, вы прочитаете ключевое слово, обозначающее название прибора.

( решение кроссворда в парах)

Воздушная оболочка Земли. (Атмосфера)

Единица измерения давления. (Паскаль)

В стакан и в банку налито одинаковое количество воды. В каком сосуде давление выше? (Стакан)

Ученый, впервые измеривший атмосферное давление. (Торричелли)

Что находится над жидкостным столбом в трубке Торричелли? (Вакуум)

В сообщающихся сосудах две жидкости: масло и нефть. Столб, какой жидкости будет выше? (Нефть)

7 класс

Глава 3. Давление твёрдых тел. жидкостей и газов
§ 47. Манометры

Мы уже знаем, что для измерения атмосферного давления применяют барометры. Для измерения давлений, больших или меньших атмосферного, используют манометры (от греч. манос — редкий, неплотный, метрео — измеряю). Манометры бывают жидкостные и металлические.

Рассмотрим сначала устройство и действие открытого жидкостного манометра. Он состоит из двухколенной стеклянной трубки, в которую наливают какую-нибудь жидкость. Жидкость устанавливается в обоих коленах на одном уровне, так как на её поверхность в коленах сосуда действует только атмосферное давление.

Чтобы понять, как работает такой манометр, его можно соединить резиновой трубкой с круглой плоской коробкой, одна сторона которой затянута резиновой плёнкой (рис. 138). Если слегка надавить пальцем на плёнку, то уровень жидкости в колене манометра, соединённом с коробкой, понизится, в другом колене повысится. Чем это объясняется?

При надавливании на плёнку увеличивается давление воздуха в коробке. По закону Паскаля это увеличение давления передаётся и жидкости в том колене манометра, которое присоединено к коробке. Поэтому давление на жидкость в этом колене будет больше, чем в другом, где на жидкость действует атмосферное давление. Под действием силы этого избыточного давления жидкость начнёт перемещаться. В колене со сжатым воздухом жидкость опустится, в другом — поднимется. Жидкость придёт в равновесие (остановится), когда избыточное давление сжатого воздуха уравновесится давлением, которое производит избыточный столб жидкости в другом колене манометра.

Чем сильнее давить на плёнку, тем выше избыточный столб жидкости, тем больше его давление. Следовательно, об изменении давления можно судить по высоте этого избыточного столба.

На рисунке 139 показано, как таким манометром можно измерять давление внутри жидкости. Чем глубже погружают в жидкость коробочку, тем больше становится разность высот столбов жидкости в коленах манометра, тем, следовательно, и большее давление производит жидкость.

Если установить коробочку прибора на какой-нибудь глубине внутри жидкости и поворачивать её плёнкой вверх, вбок и вниз, то показания манометра при этом не будут меняться. Так и должно быть, ведь на одном и том же уровне внутри жидкости давление по всем направлениям одинаково.

На рисунке 140 изображён металлический манометр.

Основная часть такого манометра — согнутая в дугу металлическая трубка 1 (рис. 141), один конец которой закрыт. Другой конец трубки с помощью крана 4 сообщается с сосудом, в котором измеряют давление. При увеличении давления трубка разгибается. Движение закрытого конца её при помощи рычага 5 и зубчатки 3 передаётся стрелке 2, движущейся около шкалы прибора. При уменьшении давления трубка благодаря своей упругости возвращается в прежнее положение, а стрелка — к нулевому делению шкалы.

Вопросы:

1. Как называют приборы для измерения давлений, больших или меньших атмосферного?

2. Почему в открытом манометре уровни однородной жидкости в обоих коленах одинаковые?

3. Что доказывает опыт, изображённый на рисунке 127?

4. Как показать, что давление в жидкости на одной и той же глубине одинаково по всем направлениям?

Манометр

Почему о давлении говорят, что оно высокое или низкое, а не малое или большое? Все дело в первом измерительном приборе, появившемся в XVII веке благодаря ученому Торричелли. Это была трубка со ртутью, уровень которой понижался или повышался в зависимости от атмосферного давления. Похожим образом действовал и первый прибор, измеряющий давление в замкнутой системе. Разберемся, каково устройство манометров в современном мире.

15 сентября 2021

· Обновлено 14 июля 2022

Ждём вас 8 октября в 13:00. Вместе с педагогами, психологами и другими экспертами в образовании и воспитании ответим на главные вопросы мам и пап.

Что такое манометр

Термин «манометр» в основе имеет два греческих слова: «измерять» и «неплотный». Из этого понятны его назначение и основные функции — измерения в неких неплотных средах (жидкостях и газах).

Манометр — это прибор для измерения искусственно созданного давления газа или жидкости в замкнутой системе.

Не следует путать его с барометром, который тоже показывает давление, но только атмосферное. В то время как с помощью манометра можно измерить, с какой силой жидкость или газ давит на стенки герметично закрытой емкости. Условно говоря, он показывает плотность воздуха внутри закрытого пространства.

Единица измерения давления: паскаль (Па). Она отражает силу в 1 Н, которая равномерно действует на площадь 1 кв. м. Также давление иногда измеряют в барах, атмосферах, миллиметрах ртутного или водяного столба.

Для чего нужен манометр

В зависимости от модификации манометры могут использоваться в самых разных сферах:

при накачивании автомобильных шин;

в обслуживании систем кондиционирования и отопления;

в гидравлических узлах для передвижения железнодорожной стрелки;

для контроля давления в пневматических агрегатах на производстве;

в нефтяной и газодобывающей промышленности;

для обслуживания двигателей на морских судах и т. д.

Основное назначение манометра — проинформировать об избыточном или недостаточном давлении воды, пара, газа или иной рабочей среды. В промышленности также выделяют сигнальные приборы, которые помогают предотвратить взрывы и техногенные катастрофы из-за разрыва емкостей с опасными веществами (например, аммиаком или горячим паром).

Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков

Жидкостный манометр

Этот тип манометров появился первым еще в XVII веке. Он ведет свое начало от опытов Торричелли — одного из учеников Галилео Галилея.

Итальянский ученый погружал в емкость запаянную с одного конца и наполненную ртутью трубку. Некоторое количество ртути выливалось из трубки, и в ее верхней части получался вакуум. Соответственно, при повышении атмосферного давления ртутный столбик в трубке поднимался, а при понижении — опускался.

Принцип работы жидкостного манометра в целом похож на принцип работы системы из опыта Торричелли. Этот прибор представляет собой систему сообщающихся сосудов — две трубки, соединенные в U-образную конструкцию. Система наполовину заполнена жидкостью (обычно ртутью), и если на нее действует только атмосферное давление — уровень жидкости в обеих трубках будет одинаков.

Если одну из трубок подключить к накачивающему устройству или к закрытой емкости, на жидкость в ней будет действовать измеряемое давление (Р₁). В то время как на жидкость во второй трубке действует только атмосферное давление (Р₂). При изменении Р₁ уровень жидкости во второй трубке тоже будет меняться.

Измерив разность высоты столба Δh = h₁ − h₂, можно узнать, насколько изменилось давление Δp = p₁ − p₂.

Результат измерений, полученный в сантиметрах ртутного столба, переводят в паскали из расчета:

1 см ртутного столба (при 0°C) = 1333,22 Па.

Для получения результата сразу в паскалях можно воспользоваться формулой, которая определяет давление воды на стенки емкости:

Р = ρgh, где ρ — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения, h — высота столба.

Ускорение свободного падения (g) равно 9,8 H/кг.

Слава изобретателя манометра принадлежит Торричелли, но на самом деле он был придуман на столетие раньше Леонардо да Винчи. Гениальный художник и ученый написал трактат по гидравлике, в котором рассказал о замере давления воды с помощью U-образной системы. Однако этот труд до широкой публики дошел только в XIX веке.

Другие виды манометров

Жидкостный манометр дает возможность точных измерений, но у него есть большой недостаток: конструкция боится ударов и вибраций. Поэтому сегодня такие приборы используются в основном в лабораториях. С развитием промышленности возникли другие типы манометров, которые могут измерять давление в любых условиях — на подвижных механизмах, при сильных вибрациях и т. д. По конструкции выделяют деформационные и поршневые (грузопоршневые) приборы.

Деформационные манометры

Манометр деформационного типа — это компактное механическое устройство, измеряющее давление сразу в паскалях (без перевода из других единиц). Его рабочим элементом является дугообразная или спиральная трубка Бурдона, в которую накачивается газ. Если давление внутри трубки повышается, она начинает распрямляться, и это движение через систему тяг передается на стрелку. При снятии давления она возвращается в свое первоначальное положение.

Вместо трубки может быть использована пружина, мембрана или другой чувствительный элемент, который деформируется под давлением. Принцип действия манометра остается тем же: деформация передается на стрелку, движущуюся по шкале.

Деформационные металлические манометры чаще всего используются в быту и на производстве. Они компактны, отлично переносят вибрации, не требуют строго вертикальной установки. Если нужно выбрать, к примеру, автомобильный манометр, он будет именно такого типа.

Деформационный манометр был изобретен случайно. В 1845 году швейцарский ученый Р. Шинц наблюдал, как на производстве рабочие восстанавливали сплющенную металлическую трубку, заглушив один ее конец и закачав внутрь воду. Под действием давления трубка разогнулась, а ученому пришла в голову мысль использовать такой же элемент для измерений, но работать с воздухом, а не с водой.

Поршневые манометры

Несмотря на то, что поршневые манометры были созданы раньше деформационных, они получили меньшее распространение. Сегодня такие приборы используются для исследования скважин в нефте- и газодобывающей промышленности, а также для сверки показаний в лабораториях.

На рисунке ниже можно увидеть, из чего состоит манометр поршневого типа. В самом простом варианте это емкость с маслом, соединенная при помощи штуцера с измеряемой средой. В емкость погружен цилиндр с тщательно притертым поршнем (зазор между стенками цилиндра и поршнем должен быть минимальным). На торце поршня закреплена тарель, на которую могут укладываться грузы.

Снизу на поршень действует измеряемое давление Р, сверху оно уравновешивается некой силой, создаваемой весом самого поршня и грузов G₁+ G₂.

Давление под поршнем рассчитывается по формуле:

, где G₁— масса грузов, G₂— масса поршня с тарелью, g — ускорение свободного падения, F — площадь поршня.

Также давление можно выразить через силу согласно закону Паскаля:

P = F / S, где F — сила, действующая на поршень, S — площадь поршня.

С помощью поршневых маномеров впервые измеряли давление ученые-физики Георг Паррот и Эмиль Ленц. Но широкое распространение эти приборы получили благодаря некому Рухгольцу, который запустил их в массовое производство.

Пошаговый гайд от Екатерины Мурашовой о том, как перестать делать уроки за ребёнка и выстроить здоровые отношения с учёбой.

Задачи

Чтобы научиться решать задачи под руководством опытного преподавателя, приходите на онлайн-курсы по физике для 9 класса!

Задача 1

В канистру налит бензин и высота столба составляет 0,6 м. Плотность бензина — 710 кг/м 2 . Определите давление бензина на дно канистры. Ускорение g равно 9,8 H/кг.

Решение:

Согласно формуле, определяющей давление жидкости на стенки сосуда:

P = 710 × 9,8 × 0,6 = 4174,8 Па = 4,7 кПа.

Ответ: 4,7 кПа.

Задача 2

На поршень, погруженный в цилиндр с маслом, положили груз весом 3 кг. Площадь поршня составляет 2 см2, а его вес — 300 гр. Чему равна сила давления под поршнем?