Номер 2, страница 157 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

2. Каков принцип действия металлического манометра, жидкостного манометра?

Принцип действия металлического манометра

Принцип действия металлического (или пружинного) манометра, часто называемого манометром Бурдона, основан на деформации упругого чувствительного элемента под действием измеряемого давления.

Основным элементом такого манометра является согнутая по дуге окружности полая металлическая трубка, имеющая овальное или эллиптическое поперечное сечение. Один конец трубки запаян и может свободно перемещаться, а другой конец открыт и жестко закреплен в держателе, через который подается измеряемое давление (газа или жидкости).

Когда давление внутри трубки возрастает, поперечное сечение трубки стремится принять круглую форму. Это приводит к тому, что трубка пытается распрямиться. Свободный запаянный конец трубки перемещается. Это перемещение через специальный передаточный механизм (систему рычагов и зубчатых колес) преобразуется во вращательное движение стрелки. Стрелка движется по шкале, проградуированной в единицах давления (например, в паскалях, атмосферах или барах).

Величина деформации (изгиба) трубки пропорциональна измеряемому давлению. Таким образом, по углу поворота стрелки можно судить о величине давления.

Ответ: Принцип действия металлического манометра основан на зависимости упругой деформации его чувствительного элемента (изогнутой полой трубки) от величины измеряемого давления. Изменение кривизны трубки под действием давления через передаточный механизм вызывает отклонение стрелки на шкале прибора.

Принцип действия жидкостного манометра

Принцип действия жидкостного манометра основан на уравновешивании измеряемого давления давлением столба жидкости. Наиболее распространенным является U-образный жидкостный манометр.

Он представляет собой U-образную трубку, частично заполненную жидкостью (например, водой, спиртом или ртутью). Одно колено трубки сообщается с сосудом, давление в котором нужно измерить, а второе колено, как правило, остается открытым и сообщается с атмосферой.

Если давление в сосуде равно атмосферному, уровни жидкости в обоих коленах манометра одинаковы. Если измеряемое давление $\text{p}$ больше атмосферного $p_а$, то жидкость в колене, соединенном с сосудом, опускается, а в открытом колене — поднимается. Возникает разность уровней жидкости $\text{h}$. Эта разность уровней создает дополнительное гидростатическое давление, которое уравновешивает избыточное давление.

Дано:

$p_а$ - атмосферное давление
$\rho$ - плотность жидкости в манометре
$\text{g}$ - ускорение свободного падения
$\text{h}$ - разность уровней жидкости в коленах манометра

Найти:

$\text{p}$ - давление газа в сосуде

Решение:

Рассмотрим уровень жидкости в левом колене (соединенном с сосудом). На этом уровне давление слева равно измеряемому давлению $\text{p}$. Давление справа на этом же уровне складывается из атмосферного давления $p_а$, действующего на поверхность жидкости в правом колене, и гидростатического давления столба жидкости высотой $\text{h}$.

Гидростатическое давление столба жидкости рассчитывается по формуле: $p_{гидр} = \rho g h$

Согласно закону Паскаля, давление на одном и том же уровне в сообщающихся сосудах одинаково. Поэтому можно записать уравнение равновесия давлений: $p = p_а + p_{гидр}$

Подставив выражение для гидростатического давления, получаем формулу для расчета измеряемого давления: $p = p_а + \rho g h$

Если измеряемое давление $\text{p}$ меньше атмосферного, то уровень жидкости в открытом колене будет ниже, и формула примет вид: $p = p_а - \rho g h$

Таким образом, измерив разность уровней $\text{h}$, можно определить давление в сосуде.

Ответ: Принцип действия жидкостного манометра основан на уравновешивании измеряемого давления давлением столба жидкости определенной высоты. Измеряемое давление определяется по разности уровней жидкости в двух коленах манометра и рассчитывается по формуле $p = p_а \pm \rho g h$, где $p_а$ - атмосферное давление, $\rho$ - плотность жидкости, $\text{h}$ - разность уровней.