Mitä mitataan paine fysiikassa, paineyksiköt

Kuvittele ilmalla täytetty, tiivistetty sylinteri, jonka päälle on asennettu mäntä. Jos alat työntää mäntää, sylinterissä olevan ilman tilavuus alkaa pienentyä, ilmamolekyylit törmäävät toisiinsa ja männän kanssa yhä intensiivisemmin ja paineilman paine mäntään kasvaa.

Jos mäntä vapautetaan nyt yhtäkkiä, paineilma työntää sitä jyrkästi ylöspäin. Tämä tapahtuu, koska männän tasaisella alueella paineilman puolelta mäntään vaikuttava voima kasvaa. Männän pinta-ala pysyy ennallaan, mutta kaasumolekyylien voima kasvaa ja paine kasvaa vastaavasti.

Tai toinen esimerkki. Mies seisoo maassa seisoen molemmilla jaloillaan. Tässä asennossa henkilö on mukava, ei koe epämukavuutta. Mutta entä jos kyseinen henkilö päättää seisoa yhdellä jalalla? Hän taivuttaa toista jalkaa polvessa ja lepää nyt maassa vain yhdellä jalalla. Tässä asennossa henkilö tuntee epämukavuutta, koska jalan paine on lisääntynyt ja noin 2 kertaa.Miksi? Koska alue, jonka läpi painovoima nyt työntää ihmisen maahan, on pienentynyt 2 kertaa. Tässä on esimerkki siitä, mitä paine on ja kuinka helposti se voidaan havaita jokapäiväisessä elämässä.

Fyysinen paine

Fysiikan kannalta paine on fysikaalinen suure, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin pintaan nähden kohtisuorassa vaikuttava voima tietyn pinnan pinta-alayksikköä kohti. Siksi paineen määrittämiseksi tietyssä pinnan kohdassa pintaan kohdistetun voiman normaalikomponentti jaetaan pienen pintaelementin alalla, johon tämä voima vaikuttaa. Ja keskimääräisen paineen määrittämiseksi koko alueella, pintaan vaikuttavan voiman normaali komponentti on jaettava kyseisen pinnan kokonaispinta-alalla.

Pascal (Pa)

Paine mitataan NE pascaleina (Pa). Tämä paineen mittayksikkö on nimetty ranskalaisen matemaatikon, fyysikon ja kirjailijan Blaise Pascalin kunniaksi, joka on laatinut hydrostaattisen peruslain - Pascalin lain, jonka mukaan nesteen tai kaasun paine välittyy mihin tahansa pisteeseen ilman muutoksia ohjeita. Ensimmäistä kertaa paineyksikkö "Pascal" otettiin liikkeeseen Ranskassa vuonna 1961 yksikköasetuksen mukaan kolme vuosisataa tiedemiehen kuoleman jälkeen.

Yksi pascal on yhtä suuri kuin paine, jonka aiheuttaa yhden newtonin voima, joka jakautuu tasaisesti ja on suunnattu kohtisuoraan yhden neliömetrin pintaan nähden.

Pascalit eivät mittaa vain mekaanista painetta (mekaanista jännitystä), vaan myös kimmomoduulia, Youngin moduulia, bulkkimoduulia, myötörajaa, suhteellista rajaa, vetolujuutta, leikkausvastusta, äänenpainetta ja osmoottista painetta. Perinteisesti Pascalit ilmaisevat materiaalien tärkeimmät mekaaniset ominaisuudet kestävässä materiaalissa.

Tekninen ilmakehä (at), fyysinen (atm), kilogramman voima neliösenttimetriä kohti (kgf / cm2)

Pascalin lisäksi paineen mittaamiseen käytetään muita (järjestelmän ulkopuolisia) yksiköitä. Yksi näistä yksiköistä on «ilmapiiri» (c). Yhden ilmakehän paine on suunnilleen sama kuin ilmanpaine Maan pinnalla Maailman valtameren tasolla. Nykyään "ilmapiiri" ymmärretään tekniseksi ilmapiiriksi (c).

Tekninen ilmakehä (at) on paine, jonka tuottaa voima per kilogramma (kgf), joka jakautuu tasaisesti yhden neliösenttimetrin alueelle. Yksi kilogramma voimaa puolestaan ​​​​on yhtä suuri kuin painovoima, joka vaikuttaa kappaleeseen, jonka massa on yksi kilogramma painovoimakiihtyvyyden olosuhteissa, jotka ovat yhtä suuria kuin 9,80665 m / s2. Siten yksi kilogramma voimaa on yhtä suuri kuin 9,80665 newtonia ja yksi ilmakehä on täsmälleen yhtä suuri kuin 98066,5 Pa. 1 at = 98066,5 Pa.

Ilmakehissä mitataan esimerkiksi autonrenkaiden painetta, esimerkiksi matkustajabussin GAZ-2217 renkaiden suositeltu paine on 3 ilmakehää.

On myös "fyysinen ilmakehä" (atm), joka määritellään 760 mm korkean elohopeapatsaan paineena sen pohjassa, kun taas elohopean tiheys on 13 595,04 kg / m3 lämpötilassa 0 °C ja olosuhteissa painovoiman kiihtyvyys, yhtä suuri kuin 9,80665 m / s2.Joten käy ilmi, että 1 atm = 1,033233 at = 101 325 Pa.

Mitä tulee kilo-voimaan neliösenttimetriä kohden (kgf / cm2), tämä ei-systeeminen paineyksikkö vastaa hyvällä tarkkuudella normaalia ilmanpainetta, mikä on joskus kätevää erilaisten vaikutusten arvioinnissa.

Baari (baari), barium

Järjestelmäyksikön ulkopuolella "bar" on yhtä suuri kuin yksi ilmakehä, mutta se on tarkempi - täsmälleen 100 000 Pa. SGS-järjestelmässä 1 baari vastaa 1 000 000 dyniä / cm2. Aikaisemmin nimeä "bar" kantoi yksikkö, jota nyt kutsutaan nimellä "barium", ja se oli 0,1 Pa tai CGS-järjestelmässä 1 barium = 1 dyn / cm2. Sanat "baari", "barium" ja "barometri" tulevat samasta kreikan sanasta "paino".

Usein ilmakehän paineen mittaamiseen meteorologiassa käytetään yksikköä mbar (millibar), joka vastaa 0,001 baaria. Ja paineen mittaamiseen planeetoilla, joilla ilmakehä on hyvin ohut - μbar (mikrobar), joka vastaa 0,000001 baaria. Teknisissä manometreissä asteikko on useimmiten pylväsasteikko.

Elohopeamillimetri (mmHg), millimetri vesi (mmHg)

Elohopeayksikön ei-millimetri on yhtä suuri kuin 101325/760 = 133,3223684 Pa. Se on merkitty "mm Hg", mutta joskus se on merkitty "torr" - italialaisen fyysikon, Galileon opiskelijan, Evangelista Torricellin, ilmakehän paineen käsitteen kirjoittajan kunniaksi.

Yksikkö luotiin yhteyteen kätevään tapaan mitata ilmakehän painetta barometrilla, jossa elohopeapatsas on tasapainossa ilmanpaineen vaikutuksen alaisena. Elohopean tiheys on korkea, noin 13 600 kg/m3, ja sen kylläinen höyrynpaine on alhainen huoneenlämpötilassa, minkä vuoksi elohopea valittiin samanaikaisesti barometreihin.

Merenpinnan tasolla ilmanpaine on noin 760 mm Hg, ja juuri tätä arvoa pidetään nyt normaalina ilmanpaineena, joka on 101325 Pa tai yksi fyysinen ilmakehä, 1 atm. Eli 1 millimetri elohopeaa vastaa 101325/760 pascalia.

Elohopeamillimetreinä paine mitataan lääketieteessä, meteorologiassa ja ilmailussa. Lääketieteessä verenpainetta mitataan mm Hg:ssä, tyhjiötekniikassa paineenmittauslaitteet on asteikko mmHg pylväiden kanssa. Joskus ne jopa kirjoittavat vain 25 mikronia, mikä tarkoittaa elohopeapylväsmikronia, kun kyse on evakuoinnista, ja painemittaukset tehdään alipainemittareilla.

Joissakin tapauksissa käytetään millimetrejä vettä ja sitten 13,59 mm vesipatsas = 1 mm Hg. Joskus se on tarkoituksenmukaisempaa ja kätevämpää. Vesipatsaan millimetri, kuten millimetri elohopeapatsasta, on järjestelmän ulkopuolella oleva yksikkö, joka puolestaan ​​vastaa 1 mm:n vesipatsaan hydrostaattista painetta, jonka tämä pylväs kohdistaa tasaiselle alustalle vesipatsaan lämpötilassa 4 °C. °C.