Pressió en física: definició i significat

Pressió en física: definició i significat

La pressió és la magnitud física que mesura la força exercida en una unitat de superfície aplicada en direcció perpendicular a aquesta. Es pot calcular dividint la força aplicada entre l'àrea sobre la qual aquesta força s'aplica.

La fórmula matemàtica per calcular la pressió és:

Pressió = Força / Àrea

Aquesta magnitud física pot tenir diferents efectes depenent del context en què s'apliqui. Per exemple, a la dinàmica ia la mecànica de fluids en particular, la pressió es relaciona amb propietats com la densitat i l'alçada del fluid. Molts fenòmens físics com la flotació i el funcionament dels fluids en canonades i sistemes hidràulics depenen de la pressió.

A l'àmbit de l'energia nuclear, la pressió en un reactor nuclear és important per garantir una transferència de calor eficient, controlar la reactivitat, mantenir la integritat del sistema de contenció, garantir la seguretat i contribuir a l'eficiència energètica.

Tipus de pressió

Hi ha els següents tipus:

  • Pressió hidrostàtica : la que exerceixen els líquids que no es poden comprimir sobre els objectes que hi estan en contacte.

  • Pressió absoluta: és la suma de la força per unitat de superfície d'un sistema determinat i la de l'aire que l'envolta.

  • Pressió manomètrica (també anomenada pressió relativa) és la diferència entre l'absoluta (real) i l'atomsfèrica.

  • Pressió atmosfèrica : és la força per unitat de superfície que exerceix l'aire sobre la superfície terrestre. A nivell del mar, 1 atm equival a 101.325 Pa.

  • Arterial o sanguínia: quan ens referim a la força que exerceix la sang a la superfície interna de les artèries.

  • Osmòtica: és la força exercida per unitat de superfície duna solució contra una membrana semipermeable tancada.

Unitats de pressió

La unitat de pressió al sistema internacional d'unitats és el pascal (Pa), en honor a Blaise Pascal. Un pascal és la pressió que exerceix una força total d'un newton que actua uniformement sobre un metre quadrat (Pa = N/m2).

El Pascal (Pa) és una unitat petita, i de vegades convé utilitzar altres unitats de mesura:

  • Mil·límetre de mercuri (mmHg): és una unitat que encara s'utilitza per mesurar la pressió en medicina, meteorologia, aviació i equival a 133.322 387 415 Pa.

  • bar. L'ús d'aquesta unitat està acceptat dins del SI, encara que no està recomanat. Sovint es fa servir perquè té un valor molt proper a 1 atm. 1 bar = 100.000 Pa

  • Hectopascals (HPa): aquesta unitat s'utilitza en meteorologia i equival a 100 Pa.

  • Atmosfera (atm): L'atmosfera és una unitat que indica la pressió que produeix l'atmosfera terrestre de mitjana a la superfície de la terra.

  • Quilopondis per centímetre quadrat (kp /cm²): aquesta unitat s'utilitza en enginyeria. El quilopondi equival al pes d'una massa d'un quilogram (9,8 N).

  • Balança de força per polzada quadrada (lbf/in²): és una unitat que pertany al sistema anglosaxó. Per referir-s'hi, també s'utilitzen les sigles psi (pounds-force per square inch).

Dispositius per mesurar la pressió

ManòmetreEn física, la pressió es mesura utilitzant una varietat d'instruments i tècniques depenent del sistema o del fenomen que s'estigui estudiant. A continuació se'n mostren alguns exemples:

  1. Manòmetres: es fan servir per mesurar la pressió en gasos i líquids. Aquests instruments mesuren la pressió en funció de la deformació dun element sensible a la pressió o mitjançant el mesurament de lalçada duna columna de líquid en equilibri amb la pressió.

  2. Baròmetres: Els baròmetres són instruments específicament dissenyats per mesurar la pressió atmosfèrica.

  3. Sensors de pressió: En aplicacions més avançades, es fan servir sensors de pressió electrònics que converteixen la pressió en un senyal elèctric.

  4. Tubs a U: Un extrem del tub es connecta al sistema on es vol mesurar la pressió, i l'altre extrem es manté obert o es connecta a un punt de referència conegut. La diferència d'alçada dels fluids als dos costats del tub en U proporciona una mesura de la diferència de pressió.

La pressió en líquids, sòlids i gasos

La pressió en líquids, sòlids i gasos es comporta de manera diferent a causa de les propietats intrínseques de cada estat de la matèria com podràs veure a continuació:

Pressió en líquids

Als líquids, la pressió es transmet de manera isotròpica, és a dir, a totes les direccions per igual d'acord amb el principi de Pascal.

Pressió en física: definició, tipus, unitats i propietatsLa pressió en un líquid depèn de la profunditat a què es troba i de la densitat del líquid. A més profunditat, la pressió augmenta a causa del pes del líquid que es troba per sobre. Això és degut a la pressió hidrostàtica, que és el resultat de la força exercida pel pes del líquid sobre una àrea determinada.

La pressió hidrostàtica es calcula utilitzant la fórmula P = ρgh, on P és la pressió, ρ és la densitat del líquid, g és l'acceleració deguda a la gravetat i h és l'alçada o la profunditat del líquid.

Pressió en sòlids

Als sòlids, la pressió es manifesta com una força aplicada en una superfície determinada. La pressió en un sòlid és el resultat de la distribució de la força sobre làrea de contacte.

A mesura que augmenta la força aplicada, la pressió també augmenta. La pressió als sòlids es pot calcular dividint la força aplicada entre l'àrea sobre la qual s'aplica aquesta força.

Pressió en gasos

Als gasos, la pressió es deu a les col·lisions de les molècules del gas contra les parets del recipient que el conté. Com més quantitat de molècules o més energia cinètica de les molècules, hi haurà més col·lisions i, per tant, més pressió.

La pressió d'un gas es pot calcular utilitzant la llei dels gasos ideals, que estableix que la pressió és directament proporcional a la temperatura absoluta i al nombre de molècules presents i inversament proporcional al volum.

Aquesta llei s'expressa matemàticament com a P = nRT/V, on P és la pressió, n és el nombre de mols de gas, R és la constant dels gasos ideals, T és la temperatura absoluta i V és el volum del gas.

Importància de la pressió en una central nuclear

En un reactor nuclear, el control de la pressió permet mantenir l'aigua en estat líquid a temperatures superiors als 100°C, el punt d'ebullició normal a pressió atmosfèrica. Per exemple, en un reactor d'aigua a pressió (PWR), l'aigua pot estar a una pressió d'aproximadament 155 bars (15,5 MPa), cosa que permet assolir temperatures properes als 300°C sense bullir.

La pressió també afecta l'eficiència de la conversió d'energia tèrmica a energia elèctrica. En els generadors de vapor, l'aigua a alta pressió produeix vapor amb més energia tèrmica. Per exemple, en una central nuclear típica, el vapor es pot generar a una pressió al voltant de 70 bars (7 MPa), cosa que millora el rendiment de les turbines i augmenta la producció d'electricitat.

Seguretat nuclear

Control de la pressió per a la seguretat nuclearA més, la pressió és crucial en molts aspectes del funcionament d'una central nuclear per a la seguretat del reactor. A continuació mostrem dos exemples destacats:

En primer lloc, en una central nuclear, la pressió es fa servir per evitar que les partícules radioactives escapin a l'exterior. El reactor està contingut dins una estructura robusta que suporta altes pressions, evitant lalliberament de materials radioactius en cas daugments de pressió. Els sistemes de refredament a alta pressió mantenen l'aigua en estat líquid a temperatures elevades, prevenint la conversió a vapor i la seva possible fuita.

Els sistemes de ventilació estan equipats amb filtres d'alta eficiència que operen sota pressió diferencial, capturant partícules radioactives abans que surtin de la planta. En certes àrees, es manté una pressió més baixa (depressió) que a l'exterior, assegurant que l'aire flueixi cap a dins en cas de fugides. A més, les juntes i segells a les canonades estan dissenyats per suportar altes pressions i poder evitar fugues de materials radioactius.

La pressió a les persones

En el context de la salut, la pressió es refereix comunament a la pressió arterial, que és la força exercida per la sang contra les parets de les artèries mentre el cor batega i es relaxa. La pressió arterial s'expressa amb dos valors: la pressió sistòlica i la pressió diastòlica.

  • Pressió sistòlica: És el primer valor registrat en mesurar la pressió arterial i representa la pressió a les artèries quan el cor es contrau i bomba sang cap al cos.
  • Pressió diastòlica: És el segon valor registrat i representa la pressió a les artèries quan el cor es relaxa entre batecs.

La pressió arterial es mesura en mil·límetres de mercuri (mmHg) i s'expressa com una fracció, per exemple, 120/80 mmHg. El primer número (la pressió sistòlica) és més gran perquè es mesura durant la contracció del cor, mentre que el segon número (la pressió diastòlica) és menor perquè es mesura durant la relaxació del cor.

Autor:
Data de publicació: 18 de novembre de 2021
Última revisió: 16 de juliol de 2023