Одиниця тиску
міра, через яку кількісно виражається величина тиску / З Вікіпедії, безкоштовно енциклопедія
Одини́ця ти́ску (англ. unit of pressure) — одиниця для вимірювання тиску, міра, через яку кількісно виражається величина тиску в рідинах та газах.
Манометр зі шкалою, проградуйованою у барах (bar) та фунтах на квадратний дюйм (psi)
Одиницею вимірювання тиску в системі SI є паскаль (позначення: Па, міжнародне: Pa) [1] . 1 Па — тиск створений силою 1 Н, яка рівномірно розподілена по нормальній до неї площі величиною в 1 м². Найуживаніші префікси кратності: 1 кПа = 10³ Па, 1 МПа = 10 6 Па.
В манометрії допускається використання і позасистемних одиниць тиску.
Поширеною одиницею є технічна атмосфера (ат або кгс/м²), що являє собою тиск, який утворюється силою в 1 кгс, рівномірно розподіленою по нормалі до поверхні, площею 1 см²): 1 ат = 1 кгс/см² = 98066,5 Па ≈ 100кПа = 0,1 МПа.
Так як тиск в одну технічну атмосферу є досить великою величиною, то на практиці для вимірювання малих тисків використовують одиниці тиску: міліметри ртутного стовпа (мм рт. ст., торр) або міліметри водного стовпа:
1 ат = 735,56 мм рт.ст при температурі 0 °C 1 кгс/см² = 738,2 мм рт.ст. при температурі 20 °C; 1 ат = 10 м водного стовпа при 4 °C. 1 мм рт.ст. = 133,322 Па 1 мм.вод.ст. = 9,8 Па.
Наступна одиниця тиску — бар: 1 бар = 10 5 Па = 0,1 МПа і є за величиною дещо більшим за технічну атмосферу.
Ще використовується одиниця тиску — фізична атмосфера (атм), яка дорівнює тиску стовпа ртуті висотою 760 мм при температурі 0 °C і прискоренні вільного падіння g= 9,81 м/с².
1 атм = 1,0332 кгс/см² 103 кПа — відповідає нормальному атмосферному тиску і використовується як одиниця при перерахунках об’ємів газу та повітря, при їхньому переході із одного стану в інший (при зрідженні газів).
У США та Великій Британії тиск виражають у: фунтах на квадратний дюйм (lbf/in²), паундалях на квадратний фут (pdl/ft²), дюймах водного стовпа (inH2O), футах водного стовпа (ft H2O), в дюймах ртутного стовпа (in Hg) тощо.
1 lbf/ in² =6894,76 Н/м², 1 pdl/ft² = 1,48816 Н/м², 1 in H2O = 249,089 Н/м²; 1 ft H2O = 2989,07 Н/м², 1 in Hg = 3386,39 н/м².
Співвідношення між найпоширенішими одиницями тиску подано у таблиці:
| Паскаль | Бар (bar, бар) | Н/мм² | кгс/м² | Технічна атмосфера (at, ат) | Фізична атмосфера (atm, атм) | Міліметр ртутного стовпа (mmHg, мм рт.ст., torr, торр) | Фунт на квадратний дюйм (psi) | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 Па (Н/м²) = | 1 | 10 −5 | 10 −6 | 0,102 | 0,102•10 −4 | 0,987•10 −5 | 0,0075 | 145,038•10 −6 |
| 1 бар = | 100000 | 1 | 0,1 | 10197 | 1,02 | 0,987 | 750 | 14,5038 |
| 1 Н/мм² = | 10 6 | 10 | 1 | 1,02•10 5 | 10,2 | 9,87 | 7500 | 145,038 |
| 1 кгс/м² = | 9,81 | 9,81•10 −5 | 9,81•10 −6 | 1 | 10 −4 | 0,968•10 −4 | 0,0736 | 14,223•10 −4 |
| 1 технічна атмосфера = 1 кгс/см² = | 98100 | 0,981 | 0,0981 | 10000 | 1 | 0,968 | 736 | 14,223 |
| 1 фізична атмосфера = (760 торр) = | 101325 | 1,013 | 0,1013 | 10330 | 1,033 | 1 | 760 | 14,696 |
| 1 торр = 1 мм рт.ст. = | 133 | 0,00133 | 1,33•10 −4 | 13,6 | 0,00132 | 0,00132 | 1 | 19,3367•10 −3 |
| 1 psi | 6894,76 | 68,9476•10 −3 | 68,9476•10 −4 | 702,99 | 70,307•10 −3 | 68,046•10 −3 | 51,7151 | 1 |
Oops something went wrong:
Формула тиску у фізиці
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Визначення
Під тиском у фізиці розуміється термодинамічна величина, виражена співвідношенням перпендикулярної сили тиску на площу поверхні, на яку вона впливає. При цьому згідно з законом Паскаля якщо система знаходиться в стані рівноваги, то тиск на неї буде однаковим для всіх точок системи. У фізиці, як втім і хімії, тиск позначають великою буквою Р, що походить від латинського слова «pressura» – тиск. (В англійській мові тиск так і залишився майже без зміни -pressure).
Загальна формула
Одиниці
- Бари – один бар дорівнює 105 паскалей
- Міліметри водяного стовпа
- Метри водяного стовпа
- Технічні та фізичні атмосфери
Формула гідростатичного тиску
Як ми знаємо, різні агрегатні стани речовини, мають різні фізичні властивості. Рідини своїми властивостями відрізняються від твердих тіл, а гази в свою чергу відрізняються від них усіх. Тому цілком логічно, що способи визначення тиску для рідин, твердих тіл і газів також будуть різними. Так, наприклад, формула тиску води (або гідростатичного тиску) матиме наступний вигляд:
Де маленька p – щільність речовини, g – прискорення вільного падіння, h – висота.
Зокрема ця формула пояснює, чому при зануренні водолазів (або батискафа або підводного човна) на глибину все більше зростає тиск навколишньої води. Також з цієї формули зрозуміло, чому на предмет, занурений в якийсь кисіль, буде впливати більший тиск, ніж на предмет, занурений просто у воду, так як щільність кисіля (p) вище, ніж у води, а чим вище щільність рідини, тим вище її гідростатичний тиск.
Наведена нами формула гідростатичного тиску справедлива не тільки для рідин, але і для газів. Тому піднімаючись високо в гори (де повітря більш розріджене, а значить менший тиск), як і спускаючись у підводні глибини, людина, водолаз або альпініст повинен пройти спеціальну адаптацію, звикнути до того, що на нього буде діяти інший тиск.
Різка зміна тиску може призвести до кесоної хвороби (у випадку з водолазами) або до «гірської» хвороби (у випадку з альпіністами). І «кесонка» і «горняшка», як їх сленгово називають водолази і альпіністи, викликана різкою змінної тиску навколишнього середовища. Тобто, якщо не підготовлена людина почне раптом підніматися на Еверест, то вона швидко зловить «горняшку», а якщо ця ж людина почне опускатися на дно Маріїнської западини, то гарантовано отримає «кесонку». У першому випадку причиною буде не адаптація організму до зниженого тиску, а в другому – до підвищеного.
Американські водолази у декомпрессіоній камері, покликаній підготувати їх до глибоководних занурень і адаптувати організм до високого тиску океанських глибин.
Парціальний тиск та його формула
Хоча формула гідростатичного тиску застосовна для газів, але тиск для них зручніше обчислювати за іншою формулою, формулою парціального тиску.
Справа в тому, що в природі рідко зустрічаються абсолютно чисті речовини, причому це стосується як рідин, так і газів. Зазвичай на практиці в навколишньому світі переважають різні суміші, і логічно, що кожен з компонентів такої суміші може надавати різний тиск, такий різний тиск і називають парціальним. Визначити парціальний тиск просто – він рівний сумі тисків кожного компонента даної суміші. Звідси формула парціального тиску матиме наступний вигляд:
Де P1, P2 и P3 – тиски кожного з компонентів газової суміші, так званий «ідеальний газ».
Наприклад, щоб визначити тиск повітря звичайної формули гідростатичного тиску обчисленої тільки з киснем недостатньо, так як повітря в реальності являє собою суміш різних газів, де крім основного компонента кисню, яким ми всі дихаємо, є й інші: азот, аргон і т. д.
Такі розрахунки потрібно проробляти за допомогою формули парціального тиску.
Формула тиску ідеального газу
Також варто зауважити, що тиск ідеального газу, тобто кожного окремого з компонентів газової суміші зручно порахувати за формулою молекулярно-кінетичної теорії.
Де n – концентрація молекул газу, T – абсолютна температура газу, k – постійна Больцмана (вказує на взаємозв’язок між кінетичною енергією частинки газу і її абсолютною температурою), вона дорівнює 1,38*10 -23 Дж/К.
Прилади для вимірювання
Зрозуміло, людство винайшло багато приладів, що дозволяють швидко і зручно вимірювати рівень тиску. Для вимірювання тиску навколишнього середовища, він же атмосферний тиск, використовують такий прилад як манометр або барометр.
Так виглядає класичний барометр для вимірювання атмосферного тиску.
Щоб дізнатися артеріальний тиск у людини, що часто служить причиною нездужань використовується прилад відомий більшості під назвою неінвазивний тонометр. Таких приладів існує безліч різновидів.
Також біологи в своїх дослідженнях займаються розрахунками осмотичного тиску – це тиск всередині і зовні клітини. А метеорологи, зокрема по перепадах тиску в навколишньому середовищі прогнозують нам погоду.
Рекомендована література та корисні посилання
- ДСТУ 3651.1-97. Метрологія. Одиниці фізичних величин. Похідні одиниці фізичних величин міжнародної системи одиниць та позасистемні одиниці. Основні поняття, назви та позначення.
- E. R. Cohen et al, «Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry», IUPAC Green Book, 3rd Edition, 2nd Printing, IUPAC & RSC Publishing, Cambridge (2008). — p. 14.
Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка
При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв’язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту [email protected] або у Фейсбук.