Áp suất là một trong những khái niệm cơ bản của vật lý và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống. Để hiểu rõ hơn trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu cụ thể về áp suất và các vấn đề liên quan cũng như ứng dụng của áp suất trong cuộc sống.
Áp suất là gì?
Áp suất tiếng Anh là Pressure là một đại lượng vật lý đo lường lực tác động lên một diện tích nhất định. Hiểu đơn giản áp suất chính là lực tác động theo chiều vuông góc với bề mặt bị ép. Áp suất thường được biểu diễn bằng đơn vị Pascals (Pa), tương đương với lực Newton (N) chia cho diện tích mét vuông (m²).
Áp suất được chia thành các loại như áp suất khí quyển, áp suất nước, áp suất thủy tĩnh và áp suất động học. Hiện nay, áp suất được sử dụng để mô tả sức ép của một chất lên một bề mặt hoặc đối tượng và được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: kỹ thuật, y tế, công nghiệp, vật lý học và thủy lực học.
Các đơn vị đo áp suất
Có nhiều đơn vị đo áp suất được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau, tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể. Cụ thể dưới đây:
- Pascals (Pa): Đây là đơn vị chuẩn để đo áp suất trong hệ SI, được định nghĩa là lực Newton trên một mét vuông.
- Bar (bar): Đơn vị này thường được sử dụng để đo áp suất khí và được định nghĩa là áp suất được tạo ra bởi một lực tác động lên một diện tích bằng một megapascal.
- Pound per square inch (psi): Đây là đơn vị đo áp suất thông dụng trong các ứng dụng công nghiệp và được sử dụng để đo áp suất trong hệ thống khí nén, đường ống dẫn và các thiết bị khác. Một psi tương đương với lực một pound tác động lên một inch vuông.
- Atmospheres (atm): Được sử dụng để đo áp suất khí quyển và tương đương với áp suất của một cột khí quyển có chiều cao bằng 760mm.
- Millimeter of mercury (mmHg): Được sử dụng để đo áp suất trong y tế, đặc biệt là để đo huyết áp. Nó tương đương với áp suất cột thủy ngân có chiều cao bằng một milimét.
Công thức tính áp suất
Công thức tính áp suất chung:
P=F/S
Trong đó:
- P: áp suất (đơn vị: N/m2N/m2, Pa, Bar, PSI, mmHg…)
- F: áp lực tác dụng lên mặt bị ép, có đơn vị là N
- S: diện tích bị ép, đơn vị của S là m2m2
Ngoài ra, tùy thuộc vào môi trường là chất lỏng, chất rắn, chất khí hoặc loại áp suất dư, áp suất riêng phần… cũng sẽ có những công thức tính khác nhau. Cụ thể dưới đây:
Áp suất chất lỏng và chất khí
Công thức tính:
p = d*h
Trong đó:
- p: áp suất tại đáy của chất lỏng hay khí có đơn vị tính là Pa
- d: trọng lượng riêng của chất lỏng hoặc khí (đơn vị tính: N/m2)
- h: chiều cao cột chất lỏng hoặc khí (đơn vị: m)
Áp suất chất rắn
Công thức tính:
p = F/S
Trong đó:
- p là áp suất của chất rắn
- F: lực tác động vuông góc lên trên bề mặt diện tích
- S: diện tích bề mặt đó.
Áp suất riêng phần
Công thức tính
pi = xi x p
Trong đó:
- pi: áp suất riêng phần của loại chất khí đó
- xi: phần mol của i trong hỗn hợp khí cần tính
- p: áp suất toàn phần
Áp suất dư
Công thức tính
Pd = p – Pa
Trong đó:
- p: áp suất tuyệt đối
- Pa: áp suất khí quyển
Áp suất tuyệt đối
Công thức tính:
p = pa + pd
Trong đó:
- Pd: áp suất tuyệt đối
- Pa: áp suất dư
- P: áp suất khí quyển
Cách tăng, giảm áp suất
Để tăng hoặc giảm áp suất có thể sử dụng các cách dưới đây:
Cách tăng áp suất
- Tăng áp lực tác dụng trong khi vẫn giữ nguyên diện tích bề mặt bị ép
- Tăng lực tác động theo một hướng vuông góc, đồng thời giảm diện tích bề mặt bị ép
- Tăng diện tích của bề mặt bị ép và giữ nguyên áp lực
Ví dụ: để ăng áp suất trong bình chứa khí, cần bơm thêm khí vào bình để tăng áp suất
Cách giảm áp suất
- Giảm áp lực tác động đồng thời vẫn giữ nguyên diện tích bề mặt bị ép
- Giảm áp lực cùng diện tích bề mặt bị ép
- Giảm diện tích của bề mặt bị ép nhưng vẫn giữ nguyên áp lực
Ví dụ: để giảm áp suất trong bình chứa khí, cần giải phóng khí ra khỏi bình
Các thiết bị đo áp suất
Có rất nhiều thiết bị đo áp suất khác nhau được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau. Dưới đây là một số thiết bị được sử dụng phổ biến:
- Đồng hồ áp suất: là thiết bị đo áp suất thông dụng nhất, được sử dụng để đo áp suất tại một điểm cụ thể. Về thiết kế bao gồm một kim hoặc một vạch trên đồng hồ, cho phép người sử dụng đọc được giá trị áp suất.
- Bộ cảm biến áp suất: là thiết bị điện tử giúp chuyển đổi áp suất thành tín hiệu điện. Ưu điểm được sử dụng trong các ứng dụng cần độ chính xác cao hơn so với đồng hồ áp suất.
- Máy đo áp suất kỹ thuật số: cũng là thiết bị điện tử, hiển thị giá trị áp suất trên màn hình kỹ thuật số. Ưu điểm có độ chính xác cao và thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao.
- Bộ đo áp suất tĩnh:được sử dụng để đo áp suất tại một thời điểm cụ thể và được ứng dụng để áp suất của khí, chất lỏng và chất rắn.
- Bộ đo áp suất động: được sử dụng để đo áp suất trong các ứng dụng động, ví dụ như trong hệ thống dẫn động thủy lực.
Ứng dụng áp suất
Áp suất có rất nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Dưới đây là một số ứng dụng thông dụng:
- Trong công nghiệp, cụ thể là trong các quy trình sản xuất và chế biến. Ví dụ như trong quá trình sản xuất xi măng, áp suất được sử dụng để nghiền và trộn các thành phần cùng nhau.
- Trong các thiết bị y tế như máy đo huyết áp, thiết bị trợ thở, máy tiêm thuốc…và cũng được sử dụng trong quá trình tạo máu nhân tạo.
- Trong công nghệ điện tử, sản xuất các linh kiện điện tử như bóng đèn và mạch tích hợp.
- Trong hàng hải giúp kiểm soát hệ thống dẫn động thủy lực và hệ thống dẫn động khí nén trên tàu.
- Trong hệ thống phanh và hệ thống khí xả ô tô.
- Trong hệ thống điều hòa không khí và hệ thống bơm khí của máy bay.
- Trong các phòng thí nghiệm để nghiên cứu tính chất của các chất lỏng, khí và chất rắn.
- Trong các hệ thống sản xuất điện như hệ thống nhiệt điện và hệ thống điện gió.
Kết luận
Từ những kiến thức đã được trình bày trong bài viết, hy vọng rằng bạn đọc có thể hiểu được về áp suất – một đại lượng quan trọng trong lĩnh vực vật lý và kỹ thuật. Từ đó, ứng dụng áp suất một cách hiệu quả, chính xác và an toàn trong cuộc sống.