שיפוע הלחץ מורכב הווריאציות או הבדלי לחץ בכיוון מסוים, אשר יכול להתרחש בתוך או על הגבול של נוזל. בתורו, לחץ הוא הכוח לכל שטח היחידה המופעל על ידי נוזל (נוזל או גז) על הקירות או הגבול המכיל אותו.
לדוגמה, בבריכה מלאה במים יש שיפוע לחץ חיובי בכיוון האנכי כלפי מטה, מכיוון שהלחץ עולה עם העומק. כל מטר (או סנטימטר, רגל, אינץ ') של עומק, הלחץ גדל באופן ליניארי.
במיצוי שמן, שיפוע הלחץ הוא כמות חשובה מאוד. מקור: pixabay.com
עם זאת, בכל הנקודות שנמצאות באותה רמה, הלחץ זהה. לכן, בבריכת שחייה שיפוע הלחץ הוא null (אפס) בכיוון האופקי.
בתעשיית הנפט, דרגת הלחץ חשובה מאוד. אם הלחץ בתחתית החור גבוה יותר מאשר לפני השטח, אז השמן ייצא בקלות. אחרת, היה צורך ליצור את הפרש הלחץ באופן מלאכותי, אם באמצעות שאיבה או הזרקת אדים.
נוזלים ותכונותיהם המעניינות
נוזל הוא כל חומר שהמבנה המולקולרי שלו מאפשר לו לזרום. הקשרים המחזיקים את מולקולות הנוזל יחד אינם חזקים כמו במקרה של מוצקים. זה מאפשר להם להתנגד פחות להתנגדות למתיחה ולכן לזרום.
ניתן לראות נסיבה זו על ידי התבוננות כי מוצקים שומרים על צורה קבועה, ואילו נוזלים, כאמור, מאמצים במידה רבה יותר או פחות את המכל המכיל אותם.
גזים ונוזלים נחשבים לנוזלים מכיוון שהם מתנהגים בצורה זו. גז מתרחב לחלוטין כדי למלא את נפח המכולה.
נוזלים, לעומת זאת, לא מגיעים עד כדי כך, מכיוון שיש להם נפח מסוים. ההבדל הוא שנוזלים יכולים להיחשב כבלתי דחוסים, ואילו גזים אינם יכולים.
בלחץ, גז דוחס ומתאים את עצמו בקלות, תוך שהוא תופס את כל הנפח הזמין. כאשר הלחץ עולה, נפחו יורד. במקרה של נוזל, צפיפותו - הניתנת על ידי המנה בין המסה לנפח שלו - נשארת קבועה לאורך טווח רחב של לחץ וטמפרטורה.
מגבלה אחרונה זו חשובה מכיוון שבמציאות, כמעט כל חומר יכול להתנהג כמו נוזל בתנאים מסוימים של טמפרטורה ולחץ קיצוניים.
בחלק הפנימי של כדור הארץ בו ניתן לראות בתנאים קיצוניים, סלעים שיהיו מוצקים על פני השטח, נמסים למאגמה ויכולים לזרום אל פני השטח, בצורה של לבה.
חישוב לחץ
כדי למצוא את הלחץ המופעל על ידי עמוד מים או כל נוזל אחר, על רצפת המכולה, הנוזל ייחשב כבעל המאפיינים הבאים:
- הצפיפות שלו קבועה
- זה לא דחוס
- זה בתנאים של שיווי משקל סטטי (מנוחה)
עמוד נוזלים בתנאים אלה מפעיל כוח על קרקעית המיכל המכיל אותו. כוח זה שווה למשקלו W:
צפיפות נמדדת בדרך כלל בקילוגרמים / מ"ק (ק"ג / מ 3 ) או פאונד לגלון (PPG)
הלחץ ההידרוסטטי P מוגדר כמקור בין הכוח המופעל בניצב על משטח לאזור A:
לחץ = כוח / שטח
על ידי החלפת נפח של עמוד הנוזל V = שטח הבסיס x גובה העמודה = Az, משוואת הלחץ הופכת:
הלחץ הוא כמות סקלרית, שהיחידות שלה במערכת המדידה הבינלאומית הן ניוטון / מטר 2 או פסקלים (פא). יחידות השיטה הבריטית נמצאות בשימוש נרחב, במיוחד בתעשיית הנפט: פאונד לאינץ '.
המשוואה לעיל מראה כי נוזלים צפופים יותר יפעילו לחץ גדול יותר. וכי הלחץ גדול יותר ככל שהמשטח עליו הוא מופעל קטן יותר.
על ידי החלפת נפח של עמוד הנוזל V = שטח של בסיס x גובה העמודה = Az, משוואת הלחץ מפושטת:
המשוואה לעיל מראה כי נוזלים צפופים יותר יפעילו לחץ גדול יותר. וכי הלחץ גדול יותר ככל שהמשטח עליו הוא מופעל קטן יותר.
כיצד לחשב את שיפוע הלחץ?
המשוואה P = ρgz מצביעה על כך שהלחץ P של עמוד הנוזל עולה באופן לינארי עם עומק z. לכן, וריאציה ΔP בלחץ תהיה קשורה לשינוי בעומק Δz באופן הבא:
גורם המרה בצפיפות
יחידות של המערכת האנגלית נמצאות בשימוש נרחב בתעשיית הנפט. במערכת זו היחידות של שיפוע הלחץ הן psi / ft או psi / ft. יחידות נוחות אחרות הן בר / מטר. לירה לגלון או ppg נמצא בשימוש נרחב לצפיפות.
צפיפות וערכי הכבידה הספציפיים של כל נוזל נקבעו באופן ניסיוני לתנאים שונים של טמפרטורה ולחץ. הם זמינים בטבלאות ערכים
כדי למצוא את הערך המספרי של שיפוע הלחץ בין מערכות יחידות שונות, יש להשתמש בגורמי המרה המובילים מהצפיפות ישירות אל מעבר צבע.
גורם ההמרה 0.052 משמש בתעשיית הנפט כדי לעבור מצפיפות ב- ppg לדרגת לחץ ב- psi / ft. בדרך זו מחושב שיפוע הלחץ כך:
הפניות
- Serway, R., Jewett, J. (2008). פיסיקה למדע והנדסה. כרך ב '. מקסיקו. עורכי לימוד Cengage. 367-372.
- מדריך לבקרת בקרת באר. פרק 01 עקרונות לחץ.