압력은 물리학에서 가장 중요한 개념 중 하나입니다. 의심 할 여지없이 대기압 측정 값과 같은 것에서 압력이 무엇인지 알 수 있습니다. 집 난방 시스템의 일기 예보 나 수압 등 물리학을 공부할 때 문제. 압력의 정확한 정의를 배우면 가스, 열역학, 부력 등과 관련된 주요 개념을 이해하는 데 도움이됩니다.
압력의 정의
압력은 단순히 다음과 같이 정의됩니다.단위 면적당 힘의 양. 압력을 이해하려고 할 때 핵심은 고압에서 액체 또는 기체의 원자 수준에서 일어나는 일에 대해 생각하는 것입니다. 구성 분자는 끊임없이 움직이고 있으며 이는 항상 컨테이너 벽에 부딪 히고 있음을 의미합니다. 더 많이 움직일수록 (더 높은 온도로 인해) 용기 벽에 더 많이 부딪 히고 압력이 높아집니다.
그런 다음 정의는 단순히이 일반적인 그림을 명확하고 물리적 인 정의로 바꿉니다. 분자가 용기의 측면에 부딪 힐 때마다 그 위에 힘을 가하고 내부의 작은 부분에 대한 이러한 힘의 합이 총 압력입니다. 이를 수행하는 가장 편리한 방법은 선택한 측정 시스템에서 제곱 된 하나의 "단위"면적을 선택하는 것입니다. 이는 정의에서 "단위 면적당"이 의미하는 것입니다.
수학적으로 압력을 다음과 같이 정의 할 수 있습니다.
P = \ frac {F} {A}
어디피압력,에프표면에 가해지는 힘이고ㅏ영역입니다.
압력 단위
압력의 SI 단위는파스칼 (Pa), 여기서 1 Pa = 1 N / m2즉, 평방 미터당 하나의 뉴턴입니다. Newton은 힘의 단위이므로 Pascal이 압력 단위에 대한 요구 사항을 충족하는지 쉽게 알 수 있습니다. 그러나 Pascal은 대기압과 같은 것을위한 아주 작은 단위이므로 사용중인 대안도 상당히 많습니다. 이를 수행하는 가장 간단한 방법 중 하나는 kPa (즉, 킬로 파스칼 또는 수천 개의 파스칼)를 사용하는 것이지만 다른 옵션도 있습니다.
가장 잘 알려진 대체 단위는평방 인치당 파운드 (psi), 미국에서 수압과 같은 용도로 사용됩니다. 대기압의 경우 1 atm이 해수면의 대기압에 해당하기 때문에 적절한 이름의 "atmospheres"(atm) 단위가 자주 사용됩니다. torr은 대기압에 사용되는 대체 단위로, 1/760으로 정의됩니다. 대기 또는 133.3 Pa. 기상학에서는 밀리바가 자주 사용됩니다. 여기서 1 bar = 100,000 Pa 및 1 millibar = 100 Pa.
마지막으로 수은 밀리미터 (mmHg)를 포함하여 훨씬 더 특이한 압력 단위가 있습니다. 1mm 높이의 수은 기둥에 의해 가해지는 압력을 기반으로 정의되며 종종 혈액에 사용됩니다. 압력.
이것은 원래 torr의 의도 였기 때문에 두 사람이 본질적으로 동일합니다: 1 mmHg = 133.322 Pa. 마지막으로, 어떤 경우에는 압력이 dyne per square 값으로 측정됩니다. 센티미터. 여기서 다인은 1 dyne = 0.00001 Newtons 인 힘의 단위이므로 제곱 센티미터 당 1 dyne은 0.1 Pa와 같습니다.
기압
해수면의 대기압은 1 기압 또는 약 101,325 Pa입니다.거대한가치 – 10,000kg의 물질에 대한 중력 이상의 힘이항상. 압력은 본질적으로 이것에 불과하지만 문제는 실제로 공기입니다. 압력은 말 그대로 지구 표면 위로 밀어내는 공기의 무게에 의해 발생합니다.
당신이 결코주의대기압은 엄청나지만이 환경에서 진화 했으니 눈치 채지 못합니다. 이것을 고려하는 압력 측정도 있습니다.게이지 압력. 이것은 절대 압력 (즉, 총 압력)과 대기압 사이의 압력 차이입니다.
예를 들어 차에 완전히 펑크 난 타이어가있는 경우 게이지를 연결하면 0으로 표시됩니다. 그러나공기대기압 상태의 타이어 내부 자동차 타이어와 같은 것이 적절하게 가압되었는지 여부에 관심이있을 때이 정보가 실제로 관련이 없다는 것입니다. 여전히 절대 압력이 있지만이 경우 (및 기타 많은 경우) 게이지 압력은 실제로 알아야 할 사항입니다.
수압
수압은 일상 생활에서 가장 익숙한 형태의 압력 중 하나이지만 정수압 상황에서 (물이 흐르지 않는 곳), 압력은 물을 데울 때와 다르게 작용합니다. 체계. 하지만 이런 상황에서의 압력은 깊이에 따라 달라지기 때문에 압력에 대해 처음 배울 때 살펴볼 흥미로운 상황입니다.
압력 (피) 모든 깊이 (디)는 다음 방정식으로 주어집니다.
P = ρgd
어디ρ( "rho")는 액체의 밀도이며지중력으로 인한 가속도입니다 (지구에서는지= 9.81m / s2). 20 ° C에서 물의 밀도는ρ= 998kg / m3그러나 일반적으로 온도가 4 ° C라고 가정하면 계산이 크게 단순화됩니다.ρ= 1000kg / m3 또는 1g / cm3. 따라서 25m 깊이의 수압을 계산하는 경우 방정식은 다음과 같습니다.
\ begin {aligned} P & = ρgd \\ & = 1000 \ text {kg / m} ^ 3 × 9.81 \ text {m / s} ^ 2 × 25 \ text {m} \\ & = 245250 \ text {Pa } = 245.3 \ text {kPa} \\ \ end {aligned}
기압계의 작동 원리
기압계는 수은 기둥을 사용하여 작동하는 대기압 (기압이라고도 함)을 측정하는 장치입니다. 한쪽 끝이 열려있는 수은이 들어있는 튜브를 거꾸로 뒤집어 수은이 들어있는 저장소에 넣습니다. 설치되면 저장소는 대기에 개방되지만 튜브의 수은은 저장소와 만 접촉하고 튜브를 뒤집는 과정에서 상단에 진공이 생성됩니다.
기압계는 대기압 (기본적으로 무게 공기의 수은)는 저수지의 수은을 아래로 밀어내어 튜브의 수은을 밀어냅니다. 쪽으로.
수은 기둥이 아래쪽으로 향하는 똑같이 큰 힘을 생성하는 경우 (이전 섹션의 수압 방정식이 그 원인을 설명합니다. 힘), 변화는 없지만 공기 압력이 더 높으면 튜브의 수은 수준이 균형을 맞추기 위해 해당 양만큼 증가해야합니다. 힘. 스케일을 보정 한 후이 간단한 시스템을 사용하여 기압을 측정 할 수 있습니다.
기타 예
혈압을 포함하여 일상 생활에서 익숙해 질 다른 압력의 예도 있습니다. 이것은 심장이 몸 주위로 혈액을 펌핑하여 생성되는 (게이지) 압력이며, 이것은 mmHg (밀리미터 수은), 그리고 두 가지 측정 값이 있습니다. 심장이 밀릴 때의 압력에 대한 수축기 및 다음 사이의 압력에 대한 이완기입니다. 비트. 물론 박동 중 압력은 둘 중 더 높은 수치이며 90/60 mmHg에서 120/80 mmHg 사이가 이상적이라고 간주됩니다.
기압은 기상학에서 중요한 개념으로, 고압 및 저기압 시스템의 위치와 움직임을 매핑하여 날씨 변화를 예측합니다. 대기압과 온도의 관계를 통해 저기압 시스템이 고압 시스템을 만나고 기상 학자들은 다른 지역의 온도와 바람과 같은 것들을 예측합니다.