فشار هوا چیست؟ (آشنایی با فشار اتمسفریک به زبان ساده)

فشار هوا چیست؟ چگونه اندازه گیری می شود و فاکتورهای موثر بر این کمیت کدامند؟ فشار هوا یا جو پدیده ای است که اغلب نادیده گرفته می شود، اما همیشه در زندگی ما تاثیرگذار است. فشار هوا نیرویی است که در هر نقطه بر سطح وارد می شود. این نیروی اعمال شده معادل وزن ستونی از هواست که در بالای آن نقطه وجود دارد.

در روش کلاسیک این کمیت با استفاده از ابزار بارومتر یا فشار سنج جیوه ای اندازه گیری می شود. رایج ترین یکای اندازه گیری آن نیز میلی بار است. با استفاده از جداول آنلاین تبدیل واحد فشار یا فرمول های خاص می توان این واحدها را به یکدیگر تبدیل کرد.

فشار هوا چیست؟

فشار هوا که به آن فشار جو یا اتمسفریک هم گفته می شود، نیرویی است که در هر نقطه بر سطح وارد می شود. این نیرو معادل وزن ستون هوایی است که در بالای سطح وجود دارد.

فشار جو در سطح دریاهای آزاد معادل یک کیلو گرم بر سانتی متر مربع است. این میزان با افزایش ارتفاع از سطح زمین کاهش پیدا می کند.

ابزار اندازه گیری فشار اتمسفریک چیست؟

 این کمیت با ابزار فشار سنج یا بارومتر اندازه گیری می شود و واحد سنجش آن میلی بار است. بارومتر از لوله ای شیشه ای و بلند و پر از جیوه تشکیل شده است که در ظرفی از جیوه به صورت وارونه قرار داده می شود. این وضعیت باعث انتقال جیوه از بالای لوله به داخل ظرف می شود. در نتیجه به دلیل اختلاف فشار بین ظرف و لوله در بخش بالای لوله خلا ایجاد می شود. وقتی این اختلاف از بین برود و فشار به تعادل برسد، با توجه به ارتفاع جیوه موجود در لوله (h) و فرمول مخصوص فشار، این کمیت محاسبه می شود.

P = ρ g h

• P: فشار بر حسب pa یا Kg/m.s^2
• ρ: چگالی سیال بر حسب Kg/m^3
• h: ارتفاع یا عمق مایع بر حسب متر
• g: ثابت گرانش (معادل 9.81m/s^2)

روش های اندازه گیری فشار هوا

رایج ترین روش های سنجش این کمیت فیزیکی شامل موارد زیر هستند:

مانومتر

مانومتر لوله ای یو شکل و حاوی مایعی خاص است. مایع درون این لوله و طول آن به میزان فشاری که باید اندازه گیری شود بستگی دارد. برای اندازه گیری فشارهای بالا از مایع جیوه و برای فشارهای پایین از آب استفاده می شود. در این روش فشار هوا یا گاز بر اساس اختلاف ارتفاع مایع در دو ستون لوله یو شکل تعیین می شود.

فشارسنج های ارتجاعی

یکی دیگر از روش های اندازه گیری فشار جو استفاده از فشارسنج های ارتجاعی هستند. این ابزارها بر اساس خاصیت تغییر شکل مواد در اثر فشار ساخته می شوند. از انواع این فشارسنج ها می توان به اندازه گیرهای دیافراگمی، دمپرها، لوله بوردن و کپسول ها اشاره کرد.

دمپر

دمپر ساختاری شبیه آکاردئون دارد. این ساختار باعث می شود تا دمپر با اعمال فشار فشرده شود. میزان این جابجایی فشار مورد اندازه گیری را نشان می دهد.

لوله بردن

لوله های بوردن ابزارهایی برای اندازه گیری فشارهای بالا هستند. این لوله ها در سه نوع حلزونی، مارپیچی و سی شکل وجود دارند. اندازه گیری فشار با تغییر طول و وضعیت لوله بعد از اعمال فشار به آنها انجام می شود.

گیج فشار کپسولی

این گیج ساختاری متشکل از دو دیافراگم فلزی دارد که به یکدیگر جوش خورده اند. سنجش فشار بر اساس اختلاف فشار بین محیط داخلی و خارجی کپسول انجام می شود. سیالی که سنجش فشار آن مدنظر است از یک سمت وارد محیط داخلی یا خارجی کپسول می شود. اختلاف فشار سیال با محیط در معرض فشار مبنای کپسول، انحنایی را در دیافراگم های آن ایجاد می کند. اندازه گیری این انحنا فشار سیال را نشان می دهد.

اندازه گیر فشار دیافراگمی

گیج های فشار دیافراگمی ابزارهایی هستند که بر اساس یک ساختار پرده مانند منعطف طراحی می شوند. در این ابزارها تغییر وضعیت دیافراگم به صورت تغییر فشار تفسیر می شود.

در فشارسنج های دیافراگمی تغییر فشار محیط باعث جابجایی و تغییر وضعیت دیافراگم می شود. در این اندازه گیرها دیافراگم به یک ابزار حرکتی خاص چون عقربه متصل است. جابجایی دیافراگم منتج به حرکت عقربه می شود و در نهایت فشار به صورت داده های آنالوگ گزارش می گردد. در انواع دیجیتال این فشارسنج ها، داده های آنالوگ به صورت دیجیتال به اپراتور فرستاده می شوند.

واحدهای اندازه گیری فشار جو

واحد رایج اندازه گیری فشار هوا میلی بار است. سایر واحدهای سنجش این کمیت عبارت است از:

• پاسکال (Pa): واحد اندازه گیری فشار در سیستم بین المللی است. یک پاسکال معادل فشاری است که توسط نیرویی به اندازه یک نیوتن به سطحی با مساحت یک متر مربع به صورت عمود وارد می شود.
• اتمسفر (atm): از شناخته شده ترین واحدهای سنجش فشار است که برای سیالات مختلف استفاده می شود. یک اتمسفر معادل فشاری است که توسط ستونی از آب به ارتفاع 10.3 متر اعمال می شود.
• میلی متر جیوه (mmHg): یکی دیگر از واحدهای سنجش فشار هواست که بر اساس اختلاف دو ستون جیوه در بارومتر حاصل شده است.میلی متر جیوه فشار حاصل از ستون جیوه به ارتفاع 1 میلی متر است.
• Psi: یا پوند بر اینچ مربع معادل است با فشار حاصل از نیرویی به اندازه یک پوند که به سطحی به مساحت یک اینچ مربع وارد می شود. یک پی اس آی معادل 6894.8 پاسکال است.
• تور (Torr): یکی از یکاهای غیر SI در سنجش فشار است. این واحد با تقریب خوبی با فشار حاصل از یک میلی متر جیوه برابر است. یک تور، فشار به دست آمده از یک میلی متر جیوه است.
• بار (bar): یکی از پرکاربردترین واحدهای سنجش فشار است که در واحدهای SI لحاظ نمی شود. این واحد سنجش عمدتا در تجهیزات اندازه گیری فشار کاربرد دارد؛ معمولا یکاهای دیگر در سنجش این کمیت استفاده می شوند.

فاکتورهای موثر بر فشار هوا

فشار اتمسفریک یا جو تحت تاثیر عوامل مختلفی است. از جمله این عوامل می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• دمای هوا
• سرعت وزش باد
• ارتفاع از سطح زمین
• چگالی هوا
• رطوبت

تغییر ارتفاع و فشار اتمسفری

ارتفاع و فشار هوا رابطه ای عکس با یکدیگر دارند. بیشترین میزان این کمیت در سطح زمین مشاهده می شود و با افزایش ارتفاع فشار هوا به صورت تابعی نمایی کاهش پیدا می کند. دقیقا به همین دلیل است که کوهنوردان در ارتفاعات بالاتر با مشکلات تنفسی مواجه می شوند.

معیار اندازه گیری این کمیت در سراسر جهان سطح آب های آزاد در نظر گرفته شده است. در این موقعیت میزان فشار اتمسفری معادل یک کیلوگرم در هر سانتی متر مربع است. به ازای هر 100 متر بالاتر از سطح دریا، فشار هوا معادل 1.2 پاسکال کاهش پیدا می کند.

ارتباط فشار هوا و عمق آب

با افزایش عمق آب فشار هوا نیز بیشتر می شود. به همین دلیل است که غواصی که در زیر آب شنا می کند فشار بیشتری احساس می کند. دلیل این موضوع وزن آب بالای غواص است. میزان این فشار در زیر آب به عمق این سیال بستگی دارد. جهت تعیین رابطه فشار و عمق سیال از فرمول زیر استفاده می شود:  

P=ρgh

ارتباط دما و فشار هوا

دما و فشار هوا ارتباط مستقیمی با یکدیگر دارند. بر اساس قانون بویل ماریوت (قانون گازها)، با افزایش دما حجم یک مقدار ثابت از گاز نیز افزایش پیدا می کند. در این شرایط برای ثابت ماندن حجم گاز فشار نیز باید افزایش یابد.

در پایان

فشار هوا چیست؟ این کمیت نیرویی است که هوا بر واحدی از سطح زمین وارد می کند. میزان این فشار با وزن ستون هوایی که بالای سطح قرار گرفته برابر است. یکای استاندارد این کمیت میلی بار است. اما در برخی از سیستم ها پاسکال، اتمسفر، بار و psi نیز به عنوان واحد اندازه گیری این کمیت کاربرد دارند. فشار جو  کمیت ثابتی نیست و تحت تاثیر فاکتورهای مختلف اقلیمی از جمله ارتفاع، دما، چگالی هوا و رطوبت تغییر می کند.

ایران پمپ – مرجع معرفی انواع کمپرسور باد و پمپ باد

حسین موسوی نیا

من متخصص و پژوهشگر در زمینه هوای فشرده و انواع کمپرسور باد هستم و سعی می کنم تا جدیدترین و کارامدترین اطلاعات را در خصوص صنعت هوای فشرده با شما به اشتراک بگذارم.