A pressão absoluta é medida usando um manômetro e a pressão ambiente. Se o manômetro é um tubo em U, que usa mercúrio como fluido, explique como medir o vácuo, quais são as considerações e as alturas das colunas
Passo 1
O enunciado pede para usar um manômetro em U com mercúrio para medir uma pressão de vácuo, ou seja, uma pressão absoluta abaixo da pressão atmosférica. Vamos precisar da pressão ambiente
, da densidade do mercúrio
e da diferença de alturas das colunas de mercúrio no manômetro.
Passo 2
Desenhe o manômetro em U: um ramo está conectado ao volume a vácuo (pressão
) e o outro está aberto à atmosfera (pressão
). Em equilíbrio hidrostático, o ponto de mesmo nível no fluido satisfaz
onde
é a altura medida a partir desse nível até o topo da coluna do lado vácuo, e
é a altura medida até o topo da coluna do lado aberto.
Passo 3
Definindo a diferença de altura
isolamos a pressão a vácuo:
Como
é positiva (a coluna do lado aberto fica mais alta),
.
Passo 4
Considerações importantes:
. A densidade do mercúrio varia com a temperatura, então calibre
na temperatura de ensaio (aprox.\
a
).
. Há um limite mínimo de pressão alcançável: não se pode medir abaixo da pressão de vapor do mercúrio (cerca de
), senão o mercúrio ferve e gera bolhas.
. Despreze tensão de superfície e viscosidade para leitura estática, mas atente para bolhas ou contaminação do fluido.
Passo 5
Altura das colunas em casos típicos:
- Para vácuo total ideal (
),
ou seja, o ramo aberto sobe cerca de
acima do nível de referência e o ramo do vácuo desce até esse nível.
- Para qualquer vácuo intermédio, meça
e aplique
Resposta
Para medir o vácuo com um manômetro em U de mercúrio, conecte um ramo ao volume a vácuo e deixe o outro aberto à atmosfera. Meça a diferença de alturas
das colunas de mercúrio e calcule
Em vácuo total ideal obtém-se
. Considere ainda a variação de densidade com temperatura e o limite imposto pela pressão de vapor do mercúrio.