Wie stark kann Wasser Luft komprimieren?

Also dachte ich daran, einen barometrischen Sensor zu verwenden, um die Luftkompression in einem Rohr zu messen, um den Wasserstand in einem Tank zu messen (Basisdiagramm unten).

Luftdruck im Wasserschlauch

Also nach Gleichung P 1 v 1 T 1 = P 2 v 2 T 2 , ich bin davon ausgegangen, dass die Temperatur konstant bleibt (realistischerweise nicht, aber ich werde es berücksichtigen), und da die Stirnfläche des Rohrs ebenfalls konstant bleibt, können Sie den Druck über diese Gleichung berechnen: P ich H ich H F = P F .

Nehmen wir also an, das Rohr befindet sich zur Hälfte im Wasser H ich H F = 2 , was bedeutet, dass P F = 2 P ich . Bedeutet dies, dass das Wasser ~ 200 kpa (2x mittlerer atmosphärischer Druck auf Meereshöhe) Druck auf die Luft ausübt? Und offensichtlich können wir die Luft nicht auf unendlich oder sogar auf extreme Werte komprimieren (sonst wären teure Luftkompressoren nie nötig gewesen), indem Sie einfach das Rohr unter Wasser drücken - also, was ist die Grenze für die Kraft (oder den Druck), die Wasser kann in einer solchen Umgebung on air anwenden?

Antworten (1)

Es gibt eine bessere Möglichkeit, den Wasserstand zu messen. Führen Sie ein Rohr zum Boden des Wassertanks, dessen Füllstand Sie messen möchten. Setzen Sie einen Drucksensor oben auf das Rohr. Führen Sie einen langsamen Luftstrom in das Rohr ein. Der Druck, der erforderlich ist, um Luft aus dem Boden des Rohrs herauszupressen, steht in direktem Zusammenhang mit der Wassertiefe, durch die die Luft gezwungen wird, und dieser gemessene Druck folgt der Gleichung P = ρ G H . Die Dichte von Süßwasser beträgt 1000 k G / M 3 , also ist die einzige Unbekannte in der Druckgleichung H , das ist die Höhe des Wassers, durch das die Luft sprudelt.

Sie verwenden eine ideale Gasgleichung, für die Sie vorsichtig sein müssen, da sie Einschränkungen aufweist. Davids Antwort ist hier am besten
Aber wie könnte ich messen, ob Luftblasen entweichen? Indem ich sehe, ob sich der Druck im Rohr ändert - und wenn sich der Druck nicht ändert, kann ich anhand des gemessenen Drucks die Wassertiefe ermitteln?
@explodingfilms101, Sie können nach Luftblasen suchen, die vom Boden der Röhre aufsteigen. Beachten Sie auch - wenn Sie eine kleine und kontinuierliche Luftströmungsrate in der Röhre herstellen, ist garantiert, dass Luft durch Massenerhaltung am Boden der Röhre sprudelt, es sei denn, es gibt irgendwo ein Loch in der Röhre. Wenn Sie „lustig“ genug sind, eine Art Hochfrequenz-Druckschreiber an Ihrem Drucksensor anzubringen, sollten Sie auch „Rauschen in der Aufzeichnung“ sehen, was darauf hinweist, dass das Instrument funktioniert.
@sheltonBenjamin, danke für den Vertrauensbeweis. Beachten Sie, dass dies nicht meine ursprüngliche Idee ist ... dies ist die tatsächliche Industriepraxis für Prozesse, die mit normalen Mitteln schwer zu messen sind (z. B. die Tiefe von flüssigem Schwefel in einem Schwefeltank). Hoffentlich werden sich die "reinen" Physiker in diesem Forum nicht zu sehr darüber ärgern, dass ich eine Antwort aus der realen Welt gepostet habe (diese tauchen normalerweise auf der Ingenieurbörse auf).
Richtig, aber ich versuche, einen Weg zu finden, es zu automatisieren. Wenn die Luftblasen auch bei geringem Luftstrom auftreten - wie kann ich die Tiefe ermitteln? Angenommen, das Rohr ist 2 m lang und halb im Wasser, würde das bedeuten, dass der Wasserdruck am Boden des Rohrs ~ 10 kPa beträgt. Müsste die Luftpumpe zusätzlich 10 kPa über den Gleichgewichtsbedingungen hinzufügen, damit die Luft heraussprudelt? Wenn das stimmt - könnten Sie den aktuellen Gleichgewichtsdruck sehen, indem Sie den Luftdruck im Schlauch messen?
@explodingfilms101, die Druckanzeige gibt den Druck am Boden des Rohrs an, wo immer sich dieser befindet. Unter Verwendung von SI-Einheiten wird die Tiefe in Metern angegeben durch H = P / ρ G .
Aber wie würde mir die Druckanzeige den Druck am Boden des Rohrs mitteilen? Der atmosphärische Druck beträgt über 100 kPa, während er in 1 m Wassertiefe nur 10 kPa beträgt. Ich habe den Eindruck, dass die Atmosphäre nicht ständig ins Wasser sprudelt.
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