خزان الضغط: الحجم الكلي والماء بين ضغطين

كمية الماء بين حالتين هي فرق الماء الموجود فيهما، لا حجم الوعاء كله. في مثالنا 100 لتر، يكون الماء 60 عند 3 بار مطلق، و 40 عند 2؛ السحب بينهما 20 لترًا فقط، ويبقى 40. لا تحول المثال إلى مقدار مضمون لخزان فعلي أو تعليمات إعداد.

• يفصل البيان بين حجم الخزان وسحب النظام، ويتأثر السحب بظروف الحرارة والضغط. [1] احفظ الطراز وعمود الضغط؛ لا تقرأ سعة الوعاء باعتبارها ماءً متاحًا بين أي حالتين.
• يربط قانون بويل الضغط المطلق بحجم الغاز عند ثبات الحرارة وكمية الغاز؛ ويختلف المطلق عن المقاس بالنسبة إلى الجو. [2] في نموذجنا المثالي، يبدأ الغاز 100 لتر عند 1.2 بار مطلق، فيثبت حاصل الضغط والحجم 120 بار·لتر؛ الحيز الداخلي 100 والحاجز مهمل والماء غير منضغط والحالتان متوازنتان.
• عند 3 بار مطلق يكون الغاز 40 والماء 60 لترًا؛ وعند 2 يكون الغاز 60 والماء 40. فرق الماء 20 هو كمية السحب المحددة بين الحالتين، لا 100 حجم الوعاء ولا 60 محتوى الماء في الحالة الأعلى.
• نعطي ضغطًا محيطًا 1 بار: القراءات النسبية 0.2 و 1 و 2 تقابل المطلقة 1.2 و 2 و 3. إدخال النسبية مباشرة في علاقة الغاز يعطي فرقًا 10 بدل 20؛ جمع 1 إلى القراءات هنا يخص المحيط المعطى، لا تصحيحًا عامًا ثابتًا لكل مكان.
• لوعائنا نفسه، بين 3 و 4 بار مطلق يكون السحب 10 لترًا، رغم أن فرق الضغط 1 كما في 2 و 3. وفي وعاء مستقل 150 لترًا يملؤه الغاز عند 1.2 بار مطلق، مع الفروض نفسها، يكون السحب 30 بين 2 و 3 بار مطلق؛ لا تكفي فجوة الضغط وحدها ولا تعمم نسبة 20% على منتجات.
• من الحالة الأعلى، ودون تعويض ماء، سحب 10 لترات يترك 50 ماء و 50 غازًا ويعطي 2.4 بار مطلق. طلب 25 لترًا كان سيجعل الضغط نحو 1.846154، دون حد 2 الذي اخترناه؛ المتاح داخل المجال 20 فقط، وليس كل 60 ماء البداية.
• إذا كان الضغط الأدنى معلومًا داخل 2 إلى 2.5 بار مطلق، مع الأعلى 3 وبقية النموذج ثابتة، تتراوح كمية السحب بين 8 و 20 لترًا. نقطة 2.25 تعطي نحو 13.333، لا متوسط الحدين 14. المجال لا يعطي احتمالًا ولا يثبت قيمة بعينها.
• الماء المسحوب حجم، وليس معدلًا أو مدة تشغيل. تحفظ ورقة القراءة الحجم الداخلي وحالتي الضغط ومرجعهما وكمية الغاز وشروطه ومصدر البيان؛ الحساب وحده لا يختار جهازًا أو يكشف تدفقًا أو أداءً فعليًا.

في الصفحة السادسة من النشرة المختارة، يظهر حجم الخزان في عمود، ويظهر سحب النظام في أعمدة تخص أزواج ضغط مختلفة. وتذكر ملاحظة الجدول أثر الظروف المحيطة وظروف النظام، ومنها الحرارة والضغط، على السحب. [1] نأخذ أسماء الحقول وهذا القيد، دون نقل مقاسات الطرازات أو قيمها أو خصائص موادها إلى قصتنا.

قد يقرأ صاحب المنزل رقمًا كبيرًا على عرض ثم يسأل عن مرات الاستعمال التي يغطيها. يحتاج السؤال أولًا اسم الكمية: هل الرقم يخص الحيز الكلي أم مقدار ماء بين حالتين؟ حتى لو كانت وحدة الاثنين لترًا، لا يصبحان الشيء نفسه. اتفاق الوحدة يسمح بالمقارنة العددية، لكنه لا يلغي حدود الحالة التي أعطي فيها كل مقدار.

والسحب كلمة لحجم في هذه القراءة، لا لمعدل لترات في الدقيقة. إضافة كلمة معدل من عندنا ستحتاج مقامًا زمنيًا لم يعطه رقم الحجم وحده. كذلك لا نجمع حجم الوعاء إلى حجم السحب كي نسمي الناتج حجمًا أكبر للخزان. احتفظ باسم كل حقل عند المقارنة.

في ورقة العرض، احتفظ بالطراز ونسخة الجدول واسم العمود الذي نقلته. لا تأخذ حجمًا من طراز وسحبًا من طراز آخر لأنهما يتشابهان في الصورة. الأمثلة التالية تتعمد استعمال أعداد مستقلة عن النشرة؛ غايتها فهم الفرق بين حيز، ومحتوى في حالة، وفرق محتويين، وليست محاكاة اختبار الشركة أو اختيار طراز من كتالوجها.

يعرض OpenStax علاقة بويل: الضغط المطلق وحجم الغاز يتناسبان عكسيًا عند ثبات الحرارة وكمية الغاز. [2] نعتمد نموذج الغاز المثالي لهذه العلاقة، ونعطي حيزًا داخليًا 100 لتر وحاجزًا مرنًا لا يشغل حيزًا في الحساب. لا نصف هيئة حاجز تجاري أو مرونة مقاسة لمادة؛ هذا تقسيم فرضناه لكي يبقى مجموع حيزي الغاز والماء 100.

نبدأ في الحالة المرجعية بغاز يشغل 100 لتر عند ضغط مطلق 1.2 بار، دون ماء في الحيز الذي عرّفناه. حاصل الضغط والحجم ⁦1.2×100=120⁩ بار·لتر. عند تغير الضغط في الفروع التالية، نحسب حجم الغاز بقسمة 120 على الضغط المطلق المعطى. ثم نطرح حجم الغاز من 100 للحصول على مقدار الماء في الحالة نفسها.

تظل كمية الغاز وحرارته ثابتتين في قصتنا، والحالتان اللتان نقارنهما متوازنتين دون أثر ارتفاع أو مقاومة الحاجز أو فقد ضغط، والماء غير منضغط. لا نفترض تسربًا أو ذوبانًا يغير مقدار الغاز أثناء الحساب. إذا تغير أحد هذه الفروض، لم يعد لدينا النموذج البسيط نفسه؛ لا يُستعاد جوابه بمجرد إبقاء الرقم 100 في العنوان.

كما نترك المجال الهندسي واضحًا: يجب أن يقع حجم الغاز بين صفر و 100 في الحالات التي نصفها. لا نستعمل علاقة القسمة لإعلان مقدار ماء سالب في الوعاء ثم نسميه سحبًا إضافيًا. اخترنا لاحقًا ضغطين أكبر من الضغط المرجعي، فبقيت حجوم المكونين ضمن الحيز المفترض. هذا فحص لشروط المثال، لا حكم على مجال تشغيل جهاز فعلي.

عند الضغط الأعلى 3 بار مطلق، حجم الغاز ⁦120÷3=40⁩ لترًا، ويكون الماء ⁦100−40=60⁩. وعند الضغط الأدنى 2 بار مطلق، حجم الغاز 60 ويكون الماء 40. في الانتقال الذي نصفه من الحالة الأعلى إلى الأدنى، يخرج من الماء ⁦60−40=20⁩ لترًا. الغاز يشغل المساحة التي خلت من الماء في هذا النموذج الثابت.

تبقى ثلاثة أعداد مختلفة أمام القارئ: 100 للحيز الداخلي، و 60 للماء في الحالة الأعلى، و 20 للماء الخارج بين الحالتين. لا نضع 100 في خانة السحب، ولا نقول إن كل 60 خرجت عند الوصول إلى 2. ما زال 40 من الماء في الحالة الأدنى. لا تناقض في بقاء هذا المقدار؛ نقطة النهاية التي اخترناها لم تقل إن الوعاء صار خاليًا.

ويعطي حجم الغاز طريقًا آخر للفرق: ارتفع من 40 إلى 60، أي 20 لترًا، وهو مقدار ما خرج من الماء لأننا ثبتنا الحيز الداخلي وحجم الحاجز. هذا اتفاق لميزانية الحجم في النموذج، لا قراءتان مستقلتان تؤكدان تجربة. أعطينا شروط الكميتين وحسبنا نتيجتيهما؛ لم نراقب حاجزًا أو نقرأ عداد تدفق في خزان.

يبين الرسم حالتي الغاز والماء بشريطين لهما الطول الكلي نفسه. الجزء الملون للماء يقصر، والجزء الآخر للغاز يطول، ثم يظهر فرق 20 في شريط مستقل. مساحة اللون هنا ترمز للحجم عند مقياس مشترك؛ ليست مساحة سطح ماء حقيقي أو ارتفاعًا داخل أسطوانة. حافظنا على أسماء المكونات لكي لا يفسر القارئ شريط الغاز على أنه ماء قابل للسحب.

يوضح OpenStax أن الضغط المقاس بالنسبة إلى المحيط يساوي المطلق ناقص ضغط المحيط. [2] نعطي محيطًا ثابتًا 1 بار لأجل المثال فقط. عندئذ تقابل قيمة 0.2 النسبية 1.2 المطلقة، وتقابل 1 قيمة 2، وتقابل 2 قيمة 3. الأعداد المطلقة هي التي دخلت علاقة الغاز؛ لا نكتفي بوجود وحدة بار كي نقول إن نوع الضغط واحد.

لو أدخل كاتب القراءات النسبية في العلاقة نفسها، لجعل حاصل البداية ⁦0.2×100=20⁩. وعند القراءتين 1 و 2 سيحسب الغاز 20 و 10 لترًا، ثم ماء 80 و 90، وفرقًا 10. هذه أرقام عملية استعملت مرجعًا خاطئًا، وليست حالات غاز بديلة صحيحة لوعائنا؛ القيم المطلقة المعطاة كانت تنتج فرق 20 لا 10.

ولا يصح إنقاذ الحساب بإضافة 1 إلى النتيجة النهائية. التحويل يخص كل قراءة ضغط قبل تطبيق العلاقة، وفق ضغط المحيط المعطى. بعد تصحيح البداية والنهايتين تعود 120 ثم 60 و 40 لحجوم الغاز. أما إن كان مرجع قراءة ضغط مجهولًا، فلا نخمنه من عدد عشري أو من موضع العدّاد في صورة؛ نطلب تعريف القراءة قبل الحساب.

يحتاج هذا التمييز إلى عناوين واضحة في الجدول: مطلق، أو بالنسبة إلى الجو المعطى. وقد لا يحتوي عرض تجاري القيم التي يحتاجها نموذجنا، فيبقى الحساب الخاص به غير مكتمل. لا نقول إن كل محيط 1 بار فعلًا، ولا نستخدم قصتنا لإجراء معايرة أو تغيير ضغط شحن. الهدف منع نقل رقم صحيح من مرجع إلى علاقة تتطلب مرجعًا آخر.

نعطي فرعًا مستقلًا لوعائنا نفسه، وحاصل الغاز 120 كما كان، لكن بين 3 و 4 بار مطلق. الغاز عند 3 مقداره 40 لترًا، وعند 4 مقداره 30. الماء يقابله 60 و 70، فيكون السحب من الحالة الأعلى إلى الأدنى 10 لترات. الفرق بين الضغطين 1 بار، كما كان بين 2 و 3، لكن الفرق بين مقلوبيهما مختلف، فخرج مقدار آخر.

إن كتب موظف «السحب لكل بار 20 لترًا» من الفرع الأول، ثم استعمله هنا، فسيضيف قاعدة خطية لم نعطها. الوعاء لم تتغير سعته الداخلية، ولم يتغير حاصل الغاز، ومع ذلك لا يعطي نطاق أعلى الفارق الحجمي نفسه. يحتفظ القارئ بطرفي الضغط، لا بالفجوة وحدها؛ قراءة ارتفاع نسبي واحد لا تستعيد نقطتي الحالة اللتين دخلتا العلاقة.

ونفتح وعاءً آخر مستقلًا بحيز 150 لترًا، وغاز يملؤه عند 1.2 بار مطلق، مع الشروط نفسها بين 2 و 3. حاصل الغاز 180 بار·لتر، وحجمه 90 عند 2 و 60 عند 3؛ الماء 60 و 90، والسحب 30. زادت الحجوم بنسبة 1.5 مع حفظ نسب الضغط والفروض، لا لأننا استخرجنا نسبة سحب عامة لجميع خزانات الحجم 150.

كان 20 يمثل 20% من 100 في الفرع الأول، و 30 يمثل 20% من 150 في الفرع المتشابه. لكن فرع 3 و 4 في الوعاء 100 أعطى 10% فقط. لا ننقل النسبة الأولى إلى كتالوج منتج، ولا نحسب حجمًا مطلوبًا لمضخة من هذه النسبة. نوع البيان وظروفه يبقيان جزءًا من السؤال الواقعي، حتى حين تكون عمليات النموذج واضحة.

نعود إلى الحالة الأعلى الأصلية: 60 لترًا ماء و 40 غازًا عند 3 بار مطلق. نؤلف طلبًا 10 لترات دون تعويض ماء أو تغيير كمية الغاز والحرارة أثناء الانتقال، ثم نأخذ الحالة النهائية المتوازنة في نموذجنا. يصبح الماء 50 والغاز 50، فيكون الضغط ⁦120÷50=2.4⁩ بار مطلق، داخل المجال من 2 إلى 3 الذي اخترناه.

أما طلب 25 لترًا من البداية نفسها، فكان سيترك 35 ماء ويجعل الغاز 65؛ الضغط الحسابي ⁦120÷65=24/13⁩، نحو 1.846154 بار مطلق. هذا أقل من 2. لم يكف وجود 60 ماء في البداية ليقول دفترنا إن 25 متاحة داخل المجال المحدد؛ المتاح إلى نقطة 2 هو 20 فقط. حجم السائل الموجود يختلف عن الجزء الذي نقبل سحبه قبل تلك النقطة.

نقول إن الطلب الثاني يتجاوز المجال الذي أعطيناه، دون اختراع استجابة تحكم أو جهاز حماية. لم نقدم أمر تشغيل أو إيقاف أو مضخة تضيف ماءً في أثناء السحب، لذلك لا نكتب ما ستفعله شبكة حقيقية بعد النقطة. يمكن إكمال نموذج آخر بمدخلات تلك العملية، لكن جملة «ستشتغل المضخة» لا تضيف وحدها مقدارًا أو ضغطًا أو زمنًا للحساب الحالي.

ويستفيد قارئ العرض من هذا التفريق حين يسمع رقم محتوى ماء ثم رقم كمية متاحة. يسأل عند أي نهاية ضغط قُدّمت الكمية، وما الحالة التي بدأت منها. لا يحاول تعيين الحد بتخمين من عدد الصنابير. حدود الطلب هنا أعداد وشروط اخترناها للفهم، وليست توصية لاستعمال ماء أو إجراء تفريغ أو اختبار وعاء تحت الضغط.

نعطي ملفًا ناقصًا من قصتنا: الأعلى 3 بار مطلق معلوم، والأدنى داخل المجال من 2 إلى 2.5، مع حاصل الغاز 120 والحيز 100 وبقية الشروط ثابتة. عند الأدنى 2 يكون الغاز 60، والسحب 20 من حالة الغاز 40 العليا. وعند 2.5 يكون الغاز 48، والسحب 8. إذن مقدار الماء الخارج بين الحالتين يقع بين 8 و 20 لترًا في هذا الوصف.

لا نخلط هذه الحدود بمجال سعر أو دقة عدّاد أو احتمال بلوغ ضغط معين. أعطينا نطاقًا للمدخل، فحصلنا على نطاق لناتج العلاقة تحت شروطها. وإذا احتاجت مذكرة رقمًا واحدًا، يظل السؤال عن الضغط الأدنى الدقيق قائمًا. لا تختار الطرف الأعلى من كمية السحب ليبدو عرض الوعاء أفضل، أو الطرف الأدنى ليبدو أسوأ.

وللتوضيح، أدنى 2.25 يعطي غازًا نحو 53.333 لترًا، وسحبًا نحو 13.333 من الحالة العليا. متوسط حدّي السحب 8 و 20 هو 14؛ فلا يعيد هذه الحالة التي جعلنا ضغطها في منتصف مجاله. القسمة على الضغط ليست علاقة خطية معه. يمكن كتابة حالة 2.25 كسيناريو صريح، لكننا لا نستبدل بها القيمة التي لم تصل إلى الورقة.

إذا كان مقدار الغاز المرجعي أو الحرارة أو الحيز مجهولًا أيضًا، فلا يكمل مجال الضغط وحده القصة. تحافظ الورقة على أسماء هذه الحقول بدل سدها بنسبة عامة. وجود جدول منشور لا يثبت أن جهازًا غير محدد يتبع أمثلتنا؛ والميزانية الهندسية التي ألفناها لا تقيس أداء مادة الحاجز أو ظروف موقع أو خسائر شبكة.

السحب 20 لترًا في الفرع الأصلي مقدار ماء بين حالتين، دون مدة أعطيناها. لا يصبح 20 لترًا في الدقيقة لأن التقرير يريد خانة تدفق، ولا يكشف مدة تشغيل أو عدد مرات بدء من دون وصف الاستخدام والإمداد. الاسم الحجمي يبقى صحيحًا عندما ننقله إلى مذكرة، لكن المذكرة تحتاج بيانات إضافية إذا سألت عن الوقت.

تجمع ورقة قراءة مفيدة حجم الحيز المقصود، وحالة البداية وحالة النهاية، ونوع الضغط ووحدته، ومرجع الغاز وشروطه، ثم مصدر بيان المنتج. ويمكن تسجيل حجم الماء في كل حالة والسحب بينهما في أعمدة مستقلة. هذا ترتيب يمنع أن يحل رقم 100 مكان 20، أو أن يختفي الماء الباقي 40 من وصف نهاية المثال.

وعند مقارنة بيانين، يحتفظ الكاتب بالطراز والعمود والقيد الذي ذكرته الجهة. لا يجعل علاقة الغاز المثالي اختبار قبول لبيان شركة، ولا ينقل ضغوطًا اخترناها إلى إعداداتها. وإن نقصت شروط المقارنة، يحفظ القيم تحت أسمائها ويطلب ما يكمل السؤال. الصورة وحدها لا تكشف كمية الغاز أو نوع قراءة الضغط، حتى عندما توضح شكل وعاء معروف.

اختيار الخزان أو تعديل النظام الفعلي يحتاج بيانه وظروفه؛ المثال لا يحدد إعداد تشغيل.