Rõhu muundur
Rõhk — paskalitest ja psist atmosfääride ja torrideni
Mõistke rõhku ilmateaduses, hüdraulikas, lennunduses, vaakumsüsteemides ja meditsiinis. Teisendage enesekindlalt Pa, kPa, bar, psi, atm, mmHg, inHg ja muude ühikute vahel.
Rõhu alused
Hüdrostaatika
Vedelikusambad tekitavad sügavuse ja tihedusega võrdelise rõhu.
- p = ρ g h
- Vesi: ~9,81 kPa meetri kohta
- 1 baar ≈ 10 m veesammast
Atmosfäärirõhk
Ilmateaduses kasutatakse hPa (sama mis mbar). Standard merepinnal on 1013,25 hPa.
- 1 atm = 101,325 kPa
- Madalrõhkkond → tormid
- Kõrgrõhkkond → ilus ilm
Suhteline vs. absoluutne
Suhteline rõhk (järelliide 'g') mõõdab võrreldes ümbritseva keskkonnaga. Absoluutne rõhk (järelliide 'a') mõõdab võrreldes vaakumiga.
- Absoluutne = Suhteline + Atmosfäärirõhk
- Merepinnal: lisage ~101,325 kPa (14,7 psi)
- Kõrgus muudab atmosfääri baasjoont
- Kasuta kPa/hPa ilmateaduses, bar inseneriteaduses, psi rehvides
- Suurte vigade vältimiseks täpsusta suhteline vs. absoluutne
- Selguse huvides teisenda paskalite (Pa) kaudu
Meelepead
Kiire peastarvutamine
bar ↔ kPa
1 bar = täpselt 100 kPa. Lihtsalt liiguta koma 2 kohta.
psi ↔ kPa
1 psi ≈ 7 kPa. Ligikaudseks hindamiseks korruta 7-ga.
atm ↔ kPa
1 atm ≈ 100 kPa. Standardatmosfäär on lähedal 1 baarile.
mmHg ↔ Pa
760 mmHg = 1 atm ≈ 101 kPa. Iga mmHg ≈ 133 Pa.
inHg ↔ hPa
29,92 inHg = 1013 hPa (standard). 1 inHg ≈ 34 hPa.
Veesammas
1 meeter H₂O ≈ 10 kPa. Kasulik hüdraulilise rõhu arvutusteks.
Visuaalsed rõhuviited
| Scenario | Pressure | Visual Reference |
|---|---|---|
| Merepind | 1013 hPa (1 atm) | Sinu baasjoon - standardne atmosfäärirõhk |
| Autorehv | 32 psi (2,2 bar) | Umbes 2× atmosfäärirõhust |
| Mäetipp (3 km) | ~700 hPa | 30% vähem õhurõhku kui merepinnal |
| Tugev torm | 950 hPa | 6% alla normi - toob halva ilma |
| Sukeldumisballoon (täis) | 200 bar | 200× atmosfäärirõhust - massiivne kokkusurumine |
| Vaakumkamber | 10⁻⁶ Pa | Üks triljondik atmosfäärist - peaaegu täiuslik vaakum |
| Sügav ookean (10 km) | 1000 bar | 1000× atmosfäärirõhust - purustavad sügavused |
| Survepesur | 2000 psi (138 bar) | 140× atmosfäärirõhust - tööstuslik võimsus |
Levinumad lõksud
- Suhtelise ja absoluutse segiajamineFix: Märgi alati 'g' või 'a' (nt barg/bara, kPag/kPaa). Suhteline = Absoluutne − Atmosfäärirõhk.
- hPa ja Pa segiajamineFix: 1 hPa = 100 Pa, mitte 1 Pa. Hektopaskal tähendab 100 paskalit.
- Eeldamine, et mmHg ≡ TorrFix: Lähedased, kuid mitte identsed: 1 torr = täpselt 1/760 atm; 1 mmHg ≈ 133,322 Pa (sõltub temperatuurist).
- Kõrguse ignoreerimineFix: Atmosfäärirõhk langeb ~12% km kohta. Suhtelise rõhu teisendused vajavad kohalikku atmosfäärirõhku.
- Veesammas ilma tihedusetaFix: Rõhk = ρgh. Puhas vesi 4°C juures ≠ merevesi ≠ kuum vesi. Tihedus on oluline!
- Vaakummõõturi vale vahemiku kasutamineFix: Pirani töötab vahemikus 10⁵–10⁻¹ Pa, ioonmõõtur vahemikus 10⁻²–10⁻⁹ Pa. Väljaspool vahemikku kasutamine annab valesid näite.
Kiirviide
Suhteline ↔ absoluutne
Absoluutne = Suhteline + Atmosfäärirõhk
Merepinnal: lisage 101,325 kPa või 14,696 psi
- Reguleeri baasjoont kõrguse jaoks
- Dokumenteeri alati, millist skaalat kasutad
Veesammas
Veesambast rõhuks
- 1 mH₂O ≈ 9,80665 kPa
- 10 mH₂O ≈ ~1 bar
Ilmateaduse teisendused
Kõrgusmõõturi seaded
- 1013 hPa = 29,92 inHg
- 1 inHg ≈ 33,8639 hPa
Altimeetria aabits
QNH • QFE • QNE
Tea oma referentsi
- QNH: Merepinna rõhk (seab kõrgusmõõturi lennuvälja kõrgusele)
- QFE: Lennuvälja rõhk (kõrgusmõõtur näitab lennuväljal 0)
- QNE: Standard 1013,25 hPa / 29,92 inHg (lennutasandid)
Rõhu-kõrguse kiire arvutamine
Rusikareeglid
- ±1 inHg ≈ ∓1000 jalga näidatud
- ±1 hPa ≈ ∓27 jalga näidatud
- Külm/soe õhk: tihedusvead mõjutavad tegelikku kõrgust
Vaakuminstrumendid
Pirani/termiline
Mõõdab gaasi soojusjuhtivust
- Vahemik: ~10⁵ → 10⁻¹ Pa (umbes)
- Sõltub gaasist; kalibreeri gaasi tüübi järgi
- Suurepärane keskmise ja madala vaakumi jaoks
Ioon-/külmkatood-
Ionisatsioonivool vs. rõhk
- Vahemik: ~10⁻² → 10⁻⁹ Pa
- Tundlik saastumise ja gaasiliikide suhtes
- Kasuta isolatsiooniga, et kaitsta kõrge rõhu eest
Mahtuvusmanomeeter
Absoluutne membraani läbipaine
- Kõrge täpsus; gaasist sõltumatu
- Vahemikud hõlmavad ~10⁻¹ → 10⁵ Pa
- Ideaalne protsesside juhtimiseks
Vältimist väärivad levinud vead
- Suhtelise/absoluutse skaala segiajamine (barg/bara, kPag/kPaa) seadmete spetsifitseerimisel
- Eeldamine, et mmHg ≡ torr igas olukorras (kerged definitsioonierinevused)
- hPa ja Pa segiajamine (1 hPa = 100 Pa, mitte 1 Pa)
- Kõrguse ignoreerimine suhtelise ↔ absoluutse rõhu teisendamisel
- Veesamba teisenduste kasutamine ilma vedeliku tiheduse/temperatuuri korrigeerimiseta
- Vaakummõõturi kasutamine väljaspool selle täpset vahemikku
Kuhu iga ühik sobib
Lennundus ja altimeetria
Kõrgusmõõturid kasutavad kohalikule QNH-le seatud inHg või hPa; rõhk mõjutab näidatud kõrgust.
- 29,92 inHg = 1013 hPa standard
- Kõrge/madal rõhk muudab näidatud kõrgust
Meditsiin
Vererõhk kasutab mmHg; hingamisaparaadid ja CPAP kasutavad cmH₂O.
- Tüüpiline vererõhk 120/80 mmHg
- 5–20 cmH₂O CPAP jaoks
Inseneriteadus ja hüdraulika
Protsessiseadmed ja hüdraulika kasutavad sageli bar, MPa või psi.
- Hüdraulikatorud: kümneid kuni sadu baare
- Surveanumad hinnatud baarides/psi-des
Ilm ja kliima
Ilmateatekaardid näitavad merepinna rõhku hPa või mbar ühikutes.
- Tugevad madalrõhkkonnad < 990 hPa
- Tugevad kõrgrõhkkonnad > 1030 hPa
Vaakum ja puhtad ruumid
Vaakumtehnoloogia kasutab torr või Pa keskmise, kõrge ja ülikõrge vaakumi jaoks.
- Keskmine vaakum: ~10³–10⁵ Pa
- Ülikõrge vaakum: < 10⁻⁶ Pa
Rõhu võrdlus erinevates rakendustes
| Rakendus | Pa | bar | psi | atm |
|---|---|---|---|---|
| Täiuslik vaakum | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Ülikõrge vaakum | 10⁻⁷ | 10⁻¹² | 1.5×10⁻¹¹ | 10⁻¹² |
| Kõrge vaakum (SEM) | 10⁻² | 10⁻⁷ | 1.5×10⁻⁶ | 10⁻⁷ |
| Madal vaakum (keskmine) | 10³ | 0.01 | 0.15 | 0.01 |
| Atmosfäär merepinnal | 101,325 | 1.01 | 14.7 | 1 |
| Autorehv (tüüpiline) | 220,000 | 2.2 | 32 | 2.2 |
| Jalgrattarehv (maantee) | 620,000 | 6.2 | 90 | 6.1 |
| Survepesur | 13.8 MPa | 138 | 2,000 | 136 |
| Sukeldumisballoon (täis) | 20 MPa | 200 | 2,900 | 197 |
| Hüdrauliline press | 70 MPa | 700 | 10,000 | 691 |
| Sügav ookean (11 km) | 110 MPa | 1,100 | 16,000 | 1,086 |
| Teemantalasi rakk | 100 GPa | 10⁶ | 15×10⁶ | 10⁶ |
Vaakumi ja rõhu vahemikud
| Vahemik | Umbes Pa | Näited |
|---|---|---|
| Atmosfääriline | ~101 kPa | Õhk merepinnal |
| Kõrge rõhk (tööstuslik) | > 1 MPa | Hüdraulika, anumad |
| Keskmine vaakum | 10³–10⁵ Pa | Pumbad, gaasi eemaldamine |
| Kõrge vaakum | 10⁻¹–10⁻³ Pa | SEM, sadestamine |
| Ülikõrge vaakum | < 10⁻⁶ Pa | Pinnateadus |
Kuidas teisendused töötavad
- 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
Levinumad teisendused
| Alates | Kuni | Tegur | Näide |
|---|---|---|---|
| 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 |
Kiired näited
Igapäevased etalonid
| Asi | Tüüpiline rõhk | Märkused |
|---|---|---|
| Atmosfäär merepinnal | 1013 hPa | Standardpäev |
| Tugev kõrgrõhkkond | > 1030 hPa | Ilus ilm |
| Tugev madalrõhkkond | < 990 hPa | Tormid |
| Autorehv | 30–35 psi | ~2–2,4 bar |
| Survepesur | 1,500–3,000 psi | Tarbemudelid |
| Sukeldumisballoon | 200–300 bar | Täiterõhk |
Hämmastavad faktid rõhu kohta
hPa vs. mbar müsteerium
1 hPa = täpselt 1 mbar — need on samad! Meteoroloogia läks SI järjepidevuse huvides mbar-ilt üle hPa-le, kuid numbriliselt on need identsed.
Miks mmHg meditsiinis?
Elavhõbedamanomeetrid olid kuldstandardiks üle 300 aasta. Vaatamata sellele, et need on mürgisuse tõttu järk-järgult kasutuselt kõrvaldatud, mõõdetakse vererõhku endiselt mmHg-des kogu maailmas!
Kõrguse pooleks jagamise reegel
Atmosfäärirõhk väheneb umbes poole võrra iga 5,5 km (18 000 jala) kõrguse kohta. Mount Everesti tipus (8,8 km) on rõhk vaid 1/3 merepinna tasemest!
Süvamere purustav jõud
Mariaani süvikus (11 km sügavusel) ulatub rõhk 1100 baarini — piisavalt, et inimene koheselt purustada. See on nagu 1100 kg iga ruutsentimeetri peal!
Kosmosevaakum
Välisruumis on rõhk ~10⁻¹⁷ Pa — see on 100 miljonit triljonit korda väiksem kui Maa atmosfäär. Sinu veri hakkaks sõna otseses mõttes keema (kehatemperatuuril)!
Rehvirõhu paradoks
Autorehv rõhuga 32 psi kogeb tegelikult 46,7 psi absoluutset rõhku (32 + 14,7 atmosfäärirõhku). Me mõõdame suhtelist rõhku, sest see on „lisarõhk“, mis teeb tööd!
Pascali alandlik nimekaim
Paskal (Pa) on nimetatud Blaise Pascali järgi, kes tõestas atmosfäärirõhu olemasolu, kandes 1648. aastal baromeetrit mäkke. Ta oli vaid 25-aastane!
Kiirkeedupoti maagia
1 baari (15 psi) võrra üle atmosfäärirõhu keeb vesi 121°C juures 100°C asemel. See lühendab küpsetusaega 70% — rõhk kiirendab sõna otseses mõttes keemiat!
Rekordid ja äärmused
| Rekord | Rõhk | Märkused |
|---|---|---|
| Kõrgeim merepinna rõhk | > 1080 hPa | Siberi kõrgrõhkkonnad (ajaloolised) |
| Madalaim merepinna rõhk | ~870–880 hPa | Tugevad troopilised tsüklonid |
| Sügav ookean (~11 km) | ~1,100 bar | Mariaani süvik |
Rõhu mõõtmise ajalooline areng
1643
Baromeetri sünd
Evangelista Torricelli leiutab elavhõbedabaromeetri, uurides, miks veepumbad ei suuda vett tõsta kõrgemale kui 10 meetrit. Loob esimese kunstliku vaakumi ja kehtestab mmHg esimese rõhuühikuna.
Tõestas, et õhul on kaal ja rõhk, mis muutis meie arusaama atmosfäärist. Torri ühik (1/760 atm) on nimetatud tema auks.
1648
Pascali mäeeksperiment
Blaise Pascal (25-aastane) laseb oma õemehel kanda baromeetrit Puy de Dôme'i mäele, tõestades, et atmosfäärirõhk väheneb kõrgusega. Elavhõbe langes tipus 760 mm-lt 660 mm-le.
Kehtestas seose kõrguse ja rõhu vahel, mis on lennunduse ja meteoroloogia alus. Paskali (Pa) ühik austab tema tööd.
1662
Boyle'i seaduse avastamine
Robert Boyle avastab pöördvõrdelise seose rõhu ja ruumala vahel (PV = konstant), kasutades täiustatud vaakumpumpasid ja J-toru aparaati.
Gaasiseaduste ja termodünaamika alus. Võimaldas teaduslikult uurida rõhu-ruumala suhteid suletud gaasides.
1849
Bourdoni toru leiutamine
Eugène Bourdon patenteerib Bourdoni toruga manomeetri – kõverdatud metalltoru, mis sirgeneb rõhu all. Lihtne, vastupidav ja täpne.
Asendas haprad elavhõbedamanomeetrid tööstuslikes rakendustes. 175 aastat hiljem on see endiselt kõige levinum mehaanilise manomeetri disain.
1913
Baari standardiseerimine
Baar defineeritakse ametlikult kui 10⁶ düüni/cm² (täpselt 100 kPa), mis valiti mugavuse huvides atmosfäärirõhu lähedaseks.
Sai standardseks inseneriühikuks kogu Euroopas. 1 baar ≈ 1 atmosfäär tegi inseneridele peastarvutamise lihtsaks.
1971
Paskal SI-ühikuna
Paskal (Pa = N/m²) võetakse vastu ametliku SI-rõhuühikuna, asendades baari teaduslikes kontekstides.
Ühendas rõhu mõõtmise Newtoni jõuühikuga. Siiski jääb baar inseneriteaduses domineerivaks tänu oma mugavale skaalale.
1980ndad–1990ndad
Meteoroloogia üleminek SI-le
Ilmateenistused üle maailma lähevad millibaarilt (mbar) üle hektopaskalile (hPa). Kuna 1 mbar = täpselt 1 hPa, jäid kõik ajaloolised andmed kehtima.
Valutu üleminek SI-ühikutele. Enamik ilmateatekaarte näitab nüüd hPa, kuigi mõnes lennundusvaldkonnas kasutatakse endiselt mbar või inHg.
2000ndad
MEMS-i rõhurevolutsioon
Mikroelektromehaanilised süsteemid (MEMS) võimaldavad pisikesi, odavaid ja täpseid rõhuandureid. Neid leidub nutitelefonides (baromeeter), autodes (rehvides) ja kantavates seadmetes.
Demokratiseeris rõhu mõõtmise. Sinu nutitelefon suudab atmosfäärirõhu abil mõõta vaid 1-meetriseid kõrgusemuutusi.
Nipid
- Märgi alati suhteline (g) või absoluutne (a)
- Kasuta hPa ilmateaduses, kPa või bar inseneriteaduses, psi rehvides
- Veesammas: ~9,81 kPa meetri kohta; kasulik ligikaudseteks kontrollideks
- Automaatne teaduslik notatsioon: Väärtused < 1 µPa või > 1 GPa kuvatakse loetavuse huvides teaduslikus notatsioonis
Ühikute kataloog
Meetermõõdustik (SI)
| Ühik | Sümbol | Paskalid | Märkused |
|---|---|---|---|
| baar | bar | 100,000 | 100 kPa; mugav inseneriühik. |
| kilopaskal | kPa | 1,000 | 1000 Pa; inseneriskaala. |
| megapaskal | MPa | 1,000,000 | 1000 kPa; kõrgsurvesüsteemid. |
| millibaar | mbar | 100 | Millibaar; vana meteoroloogia (1 mbar = 1 hPa). |
| paskal | Pa | 1 | SI-põhiühik (N/m²). |
| gigapaskal | GPa | 1.000e+9 | 1000 MPa; materjalipinged. |
| hektopaskal | hPa | 100 | Hektopaskal; sama mis mbar; kasutatakse ilmateaduses. |
Briti / USA
| Ühik | Sümbol | Paskalid | Märkused |
|---|---|---|---|
| nael ruuttolli kohta | psi | 6,894.76 | Naela ruuttolli kohta; rehvid, hüdraulika (võib olla suhteline või absoluutne). |
| kilonael ruuttolli kohta | ksi | 6,894,760 | 1000 psi; materjali- ja konstruktsioonispetsifikatsioonid. |
| nael ruutjala kohta | psf | 47.8803 | Naela ruutjala kohta; ehituskoormused. |
Atmosfäär
| Ühik | Sümbol | Paskalid | Märkused |
|---|---|---|---|
| atmosfäär (standardne) | atm | 101,325 | Standardatmosfäär = 101,325 kPa. |
| atmosfäär (tehniline) | at | 98,066.5 | Tehniline atmosfäär ≈ 98,0665 kPa. |
Elavhõbedasammas
| Ühik | Sümbol | Paskalid | Märkused |
|---|---|---|---|
| toll elavhõbedat | inHg | 3,386.39 | Tolli elavhõbedat; lennundus ja ilmateadus. |
| millimeeter elavhõbedat | mmHg | 133.322 | Millimeetrit elavhõbedat; meditsiin ja vaakum. |
| torr | Torr | 133.322 | 1/760 atm ≈ 133,322 Pa. |
| sentimeeter elavhõbedat | cmHg | 1,333.22 | Sentimeetrit elavhõbedat; vähem levinud. |
Veesammas
| Ühik | Sümbol | Paskalid | Märkused |
|---|---|---|---|
| sentimeeter vett | cmH₂O | 98.0665 | Sentimeetrit veesammast; hingamisteed/CPAP. |
| jalg vett | ftH₂O | 2,989.07 | Jalga veesammast. |
| toll vett | inH₂O | 249.089 | Tolli veesammast; ventilatsioon ja HVAC. |
| meeter vett | mH₂O | 9,806.65 | Meetrit veesammast; hüdraulika. |
| millimeeter vett | mmH₂O | 9.80665 | Millimeetrit veesammast. |
Teaduslik / CGS
| Ühik | Sümbol | Paskalid | Märkused |
|---|---|---|---|
| baar | Ba | 0.1 | Barye; 0,1 Pa (CGS). |
| düün ruutsentimeetri kohta | dyn/cm² | 0.1 | Düüni cm² kohta; 0,1 Pa (CGS). |
| kilogramm-jõud ruutsentimeetri kohta | kgf/cm² | 98,066.5 | Kilogramm-jõudu cm² kohta (mitte-SI). |
| kilogramm-jõud ruutmeetri kohta | kgf/m² | 9.80665 | Kilogramm-jõudu m² kohta (mitte-SI). |
| kilogramm-jõud ruutmillimeetri kohta | kgf/mm² | 9,806,650 | Kilogramm-jõudu mm² kohta (mitte-SI). |
| kilonjuuton ruutmeetri kohta | kN/m² | 1,000 | Kilonjuutonit m² kohta; võrdub kPa-ga. |
| meganjuuton ruutmeetri kohta | MN/m² | 1,000,000 | Meganjuutonit m² kohta; võrdub MPa-ga. |
| njuuton ruutmeetri kohta | N/m² | 1 | Njuutonit m² kohta; võrdub Pa-ga (üleliigne vorm). |
| njuuton ruutmillimeetri kohta | N/mm² | 1,000,000 | Njuutonit mm² kohta; võrdub MPa-ga. |
| tonn-jõud ruutsentimeetri kohta | tf/cm² | 98,066,500 | Tonn-jõudu cm² kohta (mitte-SI). |
| tonn-jõud ruutmeetri kohta | tf/m² | 9,806.65 | Tonn-jõudu m² kohta (mitte-SI). |
Korduma kippuvad küsimused
Millal peaksin kasutama absoluutset ja millal suhtelist rõhku?
Kasuta absoluutset termodünaamikas/vaakumis; suhtelist praktiliste seadmete hinnanguteks. Märgi ühikud alati järelliitega 'a' või 'g' (nt bara vs. barg, kPaa vs. kPag).
Miks piloodid kasutavad inHg-d?
Vanad altimeetri skaalad on tollides elavhõbedat; paljud riigid kasutavad hPa-d (QNH).
Mis on torr?
1 torr on täpselt 1/760 standardatmosfäärist (≈133,322 Pa). Levinud vaakumtehnoloogias.
Täielik Tööriistade Kataloog
Kõik 71 tööriista, mis on UNITSis saadaval