محول الضغط
الضغط — من الباسكال وpsi إلى الأجواء والتور
افهم الضغط في الطقس، والهيدروليكا، والطيران، وأنظمة التفريغ، والطب. قم بالتحويل بثقة بين Pa، وkPa، وbar، وpsi، وatm، وmmHg، وinHg، وغيرها.
أساسيات الضغط
الهيدروستاتيكا
تخلق أعمدة السوائل ضغطًا يتناسب مع العمق والكثافة.
- p = ρ g h
- الماء: ~9.81 كيلو باسكال لكل متر
- 1 بار ≈ 10 أمتار من عمود الماء
الضغط الجوي
يستخدم الطقس hPa (مثل mbar). المعيار عند مستوى سطح البحر هو 1013.25 hPa.
- 1 atm = 101.325 kPa
- ضغط منخفض ← عواصف
- ضغط مرتفع ← طقس معتدل
الضغط المقاس مقابل المطلق
الضغط المقاس (لاحقة 'g') يقيس بالنسبة للضغط المحيط. الضغط المطلق (لاحقة 'a') يقيس بالنسبة للتفريغ.
- المطلق = المقاس + الجوي
- عند مستوى سطح البحر: أضف ~101.325 كيلو باسكال (14.7 psi)
- الارتفاع يغير خط الأساس الجوي
- استخدم kPa/hPa للطقس، وbar للهندسة، وpsi للإطارات
- حدد الضغط المقاس مقابل المطلق لتجنب الأخطاء الكبيرة
- حوّل عبر الباسكال (Pa) للوضوح
مساعدات للذاكرة
حسابات ذهنية سريعة
بار ↔ كيلو باسكال
1 بار = 100 كيلو باسكال بالضبط. فقط حرك الفاصلة العشرية مكانين.
psi ↔ كيلو باسكال
1 psi ≈ 7 كيلو باسكال. اضرب في 7 لتقدير تقريبي.
atm ↔ كيلو باسكال
1 atm ≈ 100 كيلو باسكال. الضغط الجوي القياسي قريب من 1 بار.
mmHg ↔ باسكال
760 mmHg = 1 atm ≈ 101 kPa. كل mmHg ≈ 133 باسكال.
inHg ↔ hPa
29.92 inHg = 1013 hPa (قياسي). 1 inHg ≈ 34 hPa.
عمود الماء
1 متر H₂O ≈ 10 كيلو باسكال. مفيد لحسابات الارتفاع الهيدروليكي.
مراجع بصرية للضغط
| Scenario | Pressure | Visual Reference |
|---|---|---|
| مستوى سطح البحر | 1013 hPa (1 atm) | خط الأساس الخاص بك - الضغط الجوي القياسي |
| إطار سيارة | 32 psi (2.2 بار) | حوالي ضعف الضغط الجوي |
| قمة جبل (3 كم) | ~700 hPa | ضغط هواء أقل بنسبة 30% من مستوى سطح البحر |
| عاصفة قوية | 950 hPa | 6% تحت المعدل الطبيعي - يجلب طقسًا سيئًا |
| أسطوانة غوص (ممتلئة) | 200 بار | 200 ضعف الضغط الجوي - ضغط هائل |
| غرفة تفريغ | 10⁻⁶ Pa | واحد على تريليون من الغلاف الجوي - تفريغ شبه مثالي |
| أعماق المحيط (10 كم) | 1000 بار | 1000 ضعف الضغط الجوي - أعماق ساحقة |
| غسالة ضغط | 2000 psi (138 بار) | 140 ضعف الضغط الجوي - قوة صناعية |
الأخطاء الشائعة
- الخلط بين الضغط المقاس والمطلقFix: حدد دائمًا 'g' أو 'a' (مثل barg/bara، kPag/kPaa). المقاس = المطلق − الجوي.
- الخلط بين hPa و PaFix: 1 hPa = 100 Pa، وليس 1 Pa. الهكتوباسكال يعني 100 باسكال.
- افتراض أن mmHg ≡ TorrFix: قريبان ولكن ليسا متطابقين: 1 تور = 1/760 atm بالضبط؛ 1 mmHg ≈ 133.322 Pa (يعتمد على درجة الحرارة).
- تجاهل الارتفاعFix: ينخفض الضغط الجوي بنسبة 12% تقريبًا لكل كيلومتر. تتطلب تحويلات الضغط المقاس الضغط الجوي المحلي.
- عمود الماء بدون الكثافةFix: الضغط = ρgh. الماء النقي عند 4°م ≠ ماء البحر ≠ الماء الساخن. الكثافة مهمة!
- استخدام نطاق خاطئ لمقياس التفريغFix: يعمل مقياس بيراني في نطاق 10⁵–10⁻¹ Pa، ومقياس التأين في نطاق 10⁻²–10⁻⁹ Pa. الاستخدام خارج النطاق يعطي قراءات خاطئة.
مرجع سريع
المقاس ↔ المطلق
المطلق = المقاس + الجوي
عند مستوى سطح البحر: أضف 101.325 كيلو باسكال أو 14.696 psi
- اضبط خط الأساس للارتفاع
- وثق دائمًا أي مقياس تستخدمه
عمود الماء
تحويل عمود الماء إلى ضغط
- 1 mH₂O ≈ 9.80665 kPa
- 10 mH₂O ≈ ~1 بار
تحويلات الطقس
إعدادات مقياس الارتفاع
- 1013 hPa = 29.92 inHg
- 1 inHg ≈ 33.8639 hPa
مقدمة في قياس الارتفاعات
QNH • QFE • QNE
اعرف مرجعك
- QNH: ضغط مستوى سطح البحر (يضبط مقياس الارتفاع على ارتفاع الحقل)
- QFE: ضغط الحقل (يقرأ مقياس الارتفاع 0 عند الحقل)
- QNE: المعيار 1013.25 hPa / 29.92 inHg (مستويات الطيران)
حسابات سريعة للضغط والارتفاع
قواعد إرشادية
- ±1 inHg ≈ ∓1,000 قدم مبينة
- ±1 hPa ≈ ∓27 قدمًا مبينة
- الهواء البارد/الساخن: تؤثر أخطاء الكثافة على الارتفاع الحقيقي
أجهزة التفريغ
بيراني/حراري
يقيس الموصلية الحرارية للغاز
- النطاق: ~10⁵ → 10⁻¹ Pa (تقريبًا)
- يعتمد على الغاز؛ قم بالمعايرة حسب نوع الغاز
- ممتاز للتفريغ الخشن إلى المنخفض
تأين/كاثود بارد
تيار التأين مقابل الضغط
- النطاق: ~10⁻² → 10⁻⁹ Pa
- حساس للتلوث وأنواع الغازات
- استخدمه مع عزل للحماية عند الضغط المرتفع
مانومتر سعوي
انحراف مطلق للغشاء
- دقة عالية؛ لا يعتمد على الغاز
- تمتد النطاقات من ~10⁻¹ → 10⁵ Pa
- مثالي للتحكم في العمليات
أخطاء شائعة يجب تجنبها
- الخلط بين مقاييس الضغط المقاس/المطلق (barg/bara, kPag/kPaa) عند تحديد المعدات
- افتراض أن mmHg ≡ torr في جميع الظروف (فروق طفيفة في التعريف)
- الخلط بين hPa و Pa (1 hPa = 100 Pa، وليس 1 Pa)
- تجاهل الارتفاع عند التحويل بين الضغط المقاس ↔ المطلق
- استخدام تحويلات عمود الماء دون تصحيح كثافة/حرارة السائل
- استخدام مقياس تفريغ خارج نطاقه الدقيق
أين تناسب كل وحدة
الطيران وقياس الارتفاعات
تستخدم مقاييس الارتفاع inHg أو hPa المضبوطة على QNH المحلي؛ يؤثر الضغط على الارتفاع المبين.
- 29.92 inHg = 1013 hPa قياسي
- الضغط المرتفع/المنخفض يغير الارتفاع المبين
الطب
يستخدم ضغط الدم mmHg؛ تستخدم أجهزة التنفس وCPAP cmH₂O.
- ضغط الدم النموذجي 120/80 mmHg
- 5–20 cmH₂O لـ CPAP
الهندسة والهيدروليكا
غالبًا ما تستخدم معدات العمليات والهيدروليكا البار، أو الميجاباسكال، أو الـ psi.
- الخطوط الهيدروليكية: من عشرات إلى مئات البار
- أوعية الضغط مصنفة بالبار/psi
الطقس والمناخ
تظهر خرائط الطقس ضغط مستوى سطح البحر بـ hPa أو mbar.
- منخفضات قوية < 990 hPa
- مرتفعات قوية > 1030 hPa
التفريغ والغرف النظيفة
تستخدم تقنية التفريغ التور أو الباسكال عبر التفريغ الخشن، والعالي، والفائق.
- تفريغ خشن: ~10³–10⁵ Pa
- تفريغ فائق: < 10⁻⁶ Pa
مقارنة الضغط عبر التطبيقات
| التطبيق | Pa | bar | psi | atm |
|---|---|---|---|---|
| تفريغ مثالي | 0 | 0 | 0 | 0 |
| تفريغ فائق | 10⁻⁷ | 10⁻¹² | 1.5×10⁻¹¹ | 10⁻¹² |
| تفريغ عالٍ (SEM) | 10⁻² | 10⁻⁷ | 1.5×10⁻⁶ | 10⁻⁷ |
| تفريغ منخفض (خشن) | 10³ | 0.01 | 0.15 | 0.01 |
| الغلاف الجوي عند مستوى سطح البحر | 101,325 | 1.01 | 14.7 | 1 |
| إطار سيارة (نموذجي) | 220,000 | 2.2 | 32 | 2.2 |
| إطار دراجة (طريق) | 620,000 | 6.2 | 90 | 6.1 |
| غسالة ضغط | 13.8 MPa | 138 | 2,000 | 136 |
| أسطوانة غوص (ممتلئة) | 20 MPa | 200 | 2,900 | 197 |
| مكبس هيدروليكي | 70 MPa | 700 | 10,000 | 691 |
| أعماق المحيط (11 كم) | 110 MPa | 1,100 | 16,000 | 1,086 |
| خلية سندان الألماس | 100 GPa | 10⁶ | 15×10⁶ | 10⁶ |
نطاقات التفريغ والضغط
| النطاق | باسكال تقريبي | أمثلة |
|---|---|---|
| جوي | ~101 kPa | هواء عند مستوى سطح البحر |
| ضغط عالٍ (صناعي) | > 1 MPa | هيدروليكا، أوعية |
| تفريغ خشن | 10³–10⁵ Pa | مضخات، تفريغ الغازات |
| تفريغ عالٍ | 10⁻¹–10⁻³ Pa | SEM، ترسيب |
| تفريغ فائق | < 10⁻⁶ Pa | علم السطوح |
كيف تعمل التحويلات
- kPa × 1000 → Pa; Pa ÷ 1000 → kPa
- bar × 100,000 → Pa; Pa ÷ 100,000 → bar
- psi × 6.89476 → kPa; kPa ÷ 6.89476 → psi
- mmHg × 133.322 → Pa; inHg × 3,386.39 → Pa
التحويلات الشائعة
| من | إلى | العامل | مثال |
|---|---|---|---|
| bar | kPa | × 100 | 2 bar = 200 kPa |
| psi | kPa | × 6.89476 | 30 psi ≈ 206.8 kPa |
| atm | kPa | × 101.325 | 1 atm = 101.325 kPa |
| mmHg | kPa | × 0.133322 | 760 mmHg ≈ 101.325 kPa |
| inHg | hPa | × 33.8639 | 29.92 inHg ≈ 1013 hPa |
| cmH₂O | Pa | × 98.0665 | 10 cmH₂O ≈ 981 Pa |
أمثلة سريعة
معايير يومية
| الشيء | الضغط النموذجي | ملاحظات |
|---|---|---|
| الغلاف الجوي عند مستوى سطح البحر | 1013 hPa | يوم قياسي |
| مرتفع جوي قوي | > 1030 hPa | طقس معتدل |
| منخفض جوي قوي | < 990 hPa | عواصف |
| إطار سيارة | 30–35 psi | ~2–2.4 بار |
| غسالة ضغط | 1,500–3,000 psi | موديلات استهلاكية |
| أسطوانة غوص | 200–300 bar | ضغط التعبئة |
حقائق مذهلة عن الضغط
لغز hPa مقابل mbar
1 hPa = 1 mbar بالضبط — هما نفس الشيء! تحولت الأرصاد الجوية من mbar إلى hPa للاتساق مع النظام الدولي، لكنهما متطابقان عدديًا.
لماذا mmHg في الطب؟
كانت المانومترات الزئبقية هي المعيار الذهبي لأكثر من 300 عام. على الرغم من التخلص منها تدريجيًا بسبب السمية، لا يزال ضغط الدم يقاس بـ mmHg في جميع أنحاء العالم!
قاعدة نصف الارتفاع
ينخفض الضغط الجوي إلى النصف تقريبًا كل 5.5 كم (18,000 قدم) من الارتفاع. عند قمة جبل إيفرست (8.8 كم)، يكون الضغط ثلث ما هو عليه عند مستوى سطح البحر فقط!
قوة السحق في أعماق البحار
في خندق ماريانا (عمق 11 كم)، يصل الضغط إلى 1,100 بار — وهو ما يكفي لسحق إنسان على الفور. هذا يشبه وجود 1,100 كجم على كل سنتيمتر مربع!
تفريغ الفضاء
يبلغ الضغط في الفضاء الخارجي ~10⁻¹⁷ Pa — وهذا أقل بـ 100 مليون تريليون مرة من الغلاف الجوي للأرض. دمك سيغلي حرفيًا (عند درجة حرارة الجسم)!
مفارقة ضغط الإطارات
إطار سيارة عند 32 psi يواجه في الواقع 46.7 psi مطلق (32 + 14.7 جوي). نحن نقيس الضغط المقاس لأنه الضغط 'الإضافي' الذي يقوم بالعمل!
التسمية المتواضعة لباسكال
سُمي الباسكال (Pa) على اسم بليز باسكال، الذي أثبت وجود الضغط الجوي بحمل بارومتر إلى قمة جبل عام 1648. كان عمره 25 عامًا فقط!
سحر قدر الضغط
عند 1 بار (15 psi) فوق الضغط الجوي، يغلي الماء عند 121°م بدلاً من 100°م. هذا يقلل وقت الطهي بنسبة 70% — الضغط يسرّع الكيمياء حرفيًا!
أرقام قياسية وتطرفات
| الرقم القياسي | الضغط | ملاحظات |
|---|---|---|
| أعلى ضغط عند مستوى سطح البحر | > 1080 hPa | مرتفعات سيبيريا (تاريخيًا) |
| أدنى ضغط عند مستوى سطح البحر | ~870–880 hPa | أعاصير استوائية قوية |
| أعماق المحيط (~11 كم) | ~1,100 بار | خندق ماريانا |
التطور التاريخي لقياس الضغط
1643
ولادة البارومتر
اخترع إيفانجيلستا توريتشيللي البارومتر الزئبقي أثناء دراسته لسبب عدم قدرة مضخات الماء على رفع الماء لأكثر من 10 أمتار. أنشأ أول تفريغ اصطناعي وأسس mmHg كأول وحدة ضغط.
أثبت أن للهواء وزنًا وضغطًا، مما أحدث ثورة في فهمنا للغلاف الجوي. تمت تسمية وحدة التور (1/760 atm) تكريمًا له.
1648
تجربة باسكال الجبلية
جعل بليز باسكال (عمر 25 عامًا) صهره يحمل بارومترًا إلى قمة جبل بوي دي دوم، ليثبت أن الضغط الجوي ينخفض مع الارتفاع. انخفض الزئبق من 760 ملم إلى 660 ملم عند القمة.
أسس العلاقة بين الارتفاع والضغط، وهي أساسية في الطيران والأرصاد الجوية. تكرم وحدة الباسكال (Pa) عمله.
1662
اكتشاف قانون بويل
اكتشف روبرت بويل العلاقة العكسية بين الضغط والحجم (PV = ثابت) باستخدام مضخات تفريغ محسنة وجهاز أنبوب J.
أساس قوانين الغازات والديناميكا الحرارية. مكّن من الدراسة العلمية لعلاقات الضغط والحجم في الغازات المحصورة.
1849
اختراع أنبوب بوردون
سجل يوجين بوردون براءة اختراع مقياس أنبوب بوردون—وهو أنبوب معدني منحنٍ يستقيم تحت الضغط. بسيط، متين، ودقيق.
استبدل المانومترات الزئبقية الهشة في التطبيقات الصناعية. لا يزال تصميم مقياس الضغط الميكانيكي الأكثر شيوعًا بعد 175 عامًا.
1913
توحيد معيار البار
تم تعريف البار رسميًا بأنه 10⁶ داين/سم² (بالضبط 100 كيلو باسكال)، واختير ليكون قريبًا من الضغط الجوي للراحة.
أصبح الوحدة الهندسية القياسية في جميع أنحاء أوروبا. 1 بار ≈ 1 ضغط جوي جعل الحساب الذهني سهلاً للمهندسين.
1971
الباسكال كوحدة في النظام الدولي
تم اعتماد الباسكال (Pa = N/m²) كوحدة رسمية في النظام الدولي للضغط، ليحل محل البار في السياقات العلمية.
وحّد قياس الضغط مع وحدة القوة لنيوتن. ومع ذلك، لا يزال البار مهيمنًا في الهندسة بسبب مقياسه المناسب.
الثمانينيات–التسعينيات
انتقال الأرصاد الجوية إلى النظام الدولي
تحولت خدمات الأرصاد الجوية في جميع أنحاء العالم من المليبار (mbar) إلى الهكتوباسكال (hPa). بما أن 1 مليبار = 1 هكتوباسكال بالضبط، بقيت جميع البيانات التاريخية صالحة.
انتقال سلس إلى وحدات النظام الدولي. تظهر معظم خرائط الطقس الآن hPa، على الرغم من أن بعض الطيران لا يزال يستخدم mbar أو inHg.
عقد 2000
ثورة مستشعرات الضغط MEMS
أتاحت الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى (MEMS) مستشعرات ضغط صغيرة ورخيصة ودقيقة. توجد في الهواتف الذكية (بارومتر)، والسيارات (ضغط الإطارات)، والأجهزة القابلة للارتداء.
جعل قياس الضغط ديمقراطيًا. يمكن لهاتفك الذكي قياس تغيرات الارتفاع بمقدار متر واحد فقط باستخدام الضغط الجوي.
نصائح
- حدد دائمًا الضغط المقاس (g) أو المطلق (a)
- استخدم hPa للطقس، وkPa أو bar للهندسة، وpsi للإطارات
- عمود الماء: ~9.81 كيلو باسكال لكل متر؛ مفيد للفحوصات التقريبية
- الترميز العلمي التلقائي: القيم < 1 µPa أو > 1 GPa تُعرض بالترميز العلمي لسهولة القراءة
كتالوج الوحدات
متري (SI)
| الوحدة | الرمز | باسكال | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| بار | bar | 100,000 | 100 كيلو باسكال؛ وحدة هندسية ملائمة. |
| كيلوباسكال | kPa | 1,000 | 1,000 باسكال؛ مقياس هندسي. |
| ميجاباسكال | MPa | 1,000,000 | 1,000 كيلو باسكال؛ أنظمة الضغط العالي. |
| ميليبار | mbar | 100 | مليبار؛ أرصاد جوية قديمة (1 mbar = 1 hPa). |
| باسكال | Pa | 1 | وحدة أساسية في النظام الدولي (N/m²). |
| جيجاباسكال | GPa | 1.000e+9 | 1,000 ميجا باسكال؛ إجهادات المواد. |
| هيكتوباسكال | hPa | 100 | هكتوباسكال؛ مثل المليبار؛ يستخدم في الطقس. |
إمبراطوري / أمريكي
| الوحدة | الرمز | باسكال | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| رطل لكل بوصة مربعة | psi | 6,894.76 | رطل لكل بوصة مربعة؛ إطارات، هيدروليكا (يمكن أن يكون مقاسًا أو مطلقًا). |
| كيلورطل لكل بوصة مربعة | ksi | 6,894,760 | 1,000 psi؛ مواصفات المواد والهياكل. |
| رطل لكل قدم مربعة | psf | 47.8803 | رطل لكل قدم مربعة؛ أحمال المباني. |
الغلاف الجوي
| الوحدة | الرمز | باسكال | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| جو (قياسي) | atm | 101,325 | الضغط الجوي القياسي = 101.325 كيلو باسكال. |
| جو (تقني) | at | 98,066.5 | الضغط الجوي التقني ≈ 98.0665 كيلو باسكال. |
عمود الزئبق
| الوحدة | الرمز | باسكال | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| بوصة من الزئبق | inHg | 3,386.39 | بوصة زئبق؛ طيران وطقس. |
| مليمتر من الزئبق | mmHg | 133.322 | مليمتر زئبق؛ طب وتفريغ. |
| تور | Torr | 133.322 | 1/760 من الضغط الجوي ≈ 133.322 باسكال. |
| سنتيمتر من الزئبق | cmHg | 1,333.22 | سنتيمتر زئبق؛ أقل شيوعًا. |
عمود الماء
| الوحدة | الرمز | باسكال | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| سنتيمتر من الماء | cmH₂O | 98.0665 | سنتيمتر عمود ماء؛ أجهزة التنفس/CPAP. |
| قدم من الماء | ftH₂O | 2,989.07 | قدم عمود ماء. |
| بوصة من الماء | inH₂O | 249.089 | بوصة عمود ماء؛ تهوية وتكييف. |
| متر من الماء | mH₂O | 9,806.65 | متر عمود ماء؛ هيدروليكا. |
| مليمتر من الماء | mmH₂O | 9.80665 | مليمتر عمود ماء. |
علمي / CGS
| الوحدة | الرمز | باسكال | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| باري | Ba | 0.1 | باري؛ 0.1 باسكال (CGS). |
| داين لكل سنتيمتر مربع | dyn/cm² | 0.1 | داين لكل سم²؛ 0.1 باسكال (CGS). |
| كيلوغرام-قوة لكل سنتيمتر مربع | kgf/cm² | 98,066.5 | كيلوجرام-قوة لكل سم² (ليس من النظام الدولي). |
| كيلوغرام-قوة لكل متر مربع | kgf/m² | 9.80665 | كيلوجرام-قوة لكل م² (ليس من النظام الدولي). |
| كيلوغرام-قوة لكل مليمتر مربع | kgf/mm² | 9,806,650 | كيلوجرام-قوة لكل مم² (ليس من النظام الدولي). |
| كيلونيوتن لكل متر مربع | kN/m² | 1,000 | كيلونيوتن لكل م²؛ يساوي كيلو باسكال. |
| ميجانيوتن لكل متر مربع | MN/m² | 1,000,000 | ميجانيوتن لكل م²؛ يساوي ميجا باسكال. |
| نيوتن لكل متر مربع | N/m² | 1 | نيوتن لكل م²؛ يساوي باسكال (شكل مكرر). |
| نيوتن لكل مليمتر مربع | N/mm² | 1,000,000 | نيوتن لكل مم²؛ يساوي ميجا باسكال. |
| طن-قوة لكل سنتيمتر مربع | tf/cm² | 98,066,500 | طن-قوة لكل سم² (ليس من النظام الدولي). |
| طن-قوة لكل متر مربع | tf/m² | 9,806.65 | طن-قوة لكل م² (ليس من النظام الدولي). |
الأسئلة الشائعة
متى يجب أن أستخدم الضغط المطلق مقابل المقاس؟
استخدم المطلق للديناميكا الحرارية/التفريغ؛ والمقاس لتقييمات المعدات العملية. ضع دائمًا لاحقة 'a' أو 'g' على الوحدات (مثل bara مقابل barg، kPaa مقابل kPag).
لماذا يستخدم الطيارون inHg؟
مقاييس الارتفاع القديمة هي ببوصة الزئبق؛ تستخدم العديد من البلدان hPa (QNH).
ما هو التور؟
1 تور هو بالضبط 1/760 من الضغط الجوي القياسي (≈133.322 Pa). شائع في تكنولوجيا التفريغ.
دليل الأدوات الكامل
كل الأدوات البالغ عددها 71 متاحة على UNITS