مانومتر

مانومتر وسیله ای برای اندازه گیری فشار است. نمونه ی معمولی مانومتر، شامل یک لوله ی U شکل از جنس شیشه است که با مقداری مایع پر شده است که معمولاً مایع مربوطه ،جیوه می باشد( به علت دانسیته ی بالا ). البته نمونه های دیجیتالی آن نیز در حال حاضر موجود می باشند.

مورد (1):

در این شکل هر دو پایانه ی لوله در مقابل جو باز هستند. بنابراین هر دو نقطه ی A و B در مقابل فشار جو قرار دارند و همچنین هر دو نقطه دارای ارتفاع عمودی هستند.

مورد (2):

در این شکل بالای لوله در قسمت چپ بسته شده است. ما تصور می کنیم که در این جا یک نمونه گاز در پایانه ی بسته ی لوله قرار دارد. طرف راست لوله در مقابل جو، باز نگه داشته شده است. بنابراین نقطه ی A ، در فشار جو قرار دارد. نقطه ی C، فشار گاز در پایانه ی بسته ی لوله است. نقطه ی B دارای فشار بیشتری از فشار جو می باشد که این مسئله مربوط به وزن ستون مایع با ارتفاع h می باشد. نقاط C و B دارای ارتفاع یکسانی هستند، بنابراین دارای فشار یکسانی نیز می باشند و فشار نقطه ی C برابر با فشار گاز در پایانه ی بسته ی لوله می باشد.

بنابراین در این شکل، فشار گازی که در پایانه ی بسته ی لوله به دام افتاده است، بیشتر از فشار جو می باشد.

مورد (3):

نمونه ی دیگری از مانومتر که در آن قسمت بالای طرف چپ بسته شده است. شاید این طرف لوله شامل یک گاز و یا شاید شامل محیط خلأ باشد. نقطه ی A در فشار جو قرار دارد. نقطه ی C دارای فشار گازی است که در پایانه ی بسته قرار دارد و یا شامل یک محیط خلأ با فشار صفر می باشد.

چون نقطه ی B دارای ارتفاع یکسانی با نقطه ی A است، بنابراین بایستی در فشار جو نیز قرار گرفته باشد. اما فشار در B مجموع فشار در C به اضافه ی فشار اعمال شده به وسیله ی وزن ستون مایع با ارتفاع h در لوله است.

بنابراین نتیجه می گیریم که فشار در C، کم تر از فشار جو می باشد. اگر پایانه ی بسته ی لوله شامل محیط خلأ باشد، فشار در نقطه ی C، صفر است و فشار جوی برابر با فشار اعمال شده از طریق ستون مایع با ارتفاع h است. در این شکل، مانومتر می تواند به عنوان یک بارومتر برای اندازه گیری فشار جو مورد استفاده قرار گیرد.

به دست آوردن رابطه ی فشار ستون مایع :

نیرویی که از طریق ستون مایع اعمال شود را به صورت زیر در نظر می گیریم :

F = mg

همان طور که می دانید فشار به صورت نیروی اعمال شده بر سطح تعریف می گردد که در SI دارای واحد پاسکال می باشد:

P = F / A

جرم استوانه به صورت حاصل ضرب چگالی در حجم به دست می آید:

حجم استوانه نیز از حاصل ضرب سطح A در ارتفاع h به دست می آید:

بنابراین فشار P می شود:

در نتیجه اگر چگالی، ارتفاع و شتاب گرانشی بر حسب واحد های SI به دست آیند، فشار بر حسب پاسکال به دست خواهد آمد. توجه کنید که مقدار فشار مستقل از سطح استوانه می باشد.

جهت یادگیری بیشتر آزمایش زیر را انجام دهید.

دستورالعمل :

- فشار موردنظر برای لوله های سمت چپ و راست لوله ی U شکل مانومتر را تعیین می کنیم.

- با کلیک بر روی open valves، دریچه ها را باز می کنیم.

- اختلاف فشار نمایان می گردد و می توان اثر فشار بیشتر بر روی مایع درون مانومتر را مشاهده کرد.

گروه مدرسه اینترتی سایت تبیان

تهیه و تنظیم: طیبه موسیوند