Paineenmuunnin
Paine – pascaleista ja psi:stä ilmakehiin ja torreihin
Ymmärrä paine säässä, hydrauliikassa, ilmailussa, tyhjiöjärjestelmissä ja lääketieteessä. Muunna luotettavasti Pa, kPa, bar, psi, atm, mmHg, inHg ja muiden välillä.
Paineen perusteet
Hydrostatiikka
Nestepatsaat luovat paineen, joka on verrannollinen syvyyteen ja tiheyteen.
- p = ρ g h
- Vesi: ~9,81 kPa per metri
- 1 bar ≈ 10 m vesipatsasta
Ilmakehän paine
Säässä käytetään hPa:ta (sama kuin mbar). Standardi merenpinnassa on 1013,25 hPa.
- 1 atm = 101,325 kPa
- Matalapaine → myrskyt
- Korkeapaine → selkeä sää
Ylipaine vs. absoluuttinen
Ylipaine (pääte 'g') mitataan suhteessa ympäristöön. Absoluuttinen paine (pääte 'a') mitataan suhteessa tyhjiöön.
- Absoluuttinen = Ylipaine + Ilmakehän paine
- Merenpinnassa: lisää ~101,325 kPa (14,7 psi)
- Korkeus muuttaa ilmakehän perusviivaa
- Käytä kPa/hPa säähän, bar tekniikkaan, psi renkaisiin
- Määritä ylipaine vs. absoluuttinen suurten virheiden välttämiseksi
- Muunna selkeyden vuoksi pascaleiden (Pa) kautta
Muistisäännöt
Nopea päässälasku
bar ↔ kPa
1 bar = tarkalleen 100 kPa. Siirrä vain desimaalipilkkua 2 paikkaa.
psi ↔ kPa
1 psi ≈ 7 kPa. Kerro 7:llä karkeaa arviota varten.
atm ↔ kPa
1 atm ≈ 100 kPa. Standardi-ilmakehä on lähellä 1 baaria.
mmHg ↔ Pa
760 mmHg = 1 atm ≈ 101 kPa. Jokainen mmHg ≈ 133 Pa.
inHg ↔ hPa
29,92 inHg = 1013 hPa (standardi). 1 inHg ≈ 34 hPa.
Vesipatsas
1 metri H₂O ≈ 10 kPa. Hyödyllinen hydraulisen korkeuden laskennassa.
Visuaaliset painevertailut
| Scenario | Pressure | Visual Reference |
|---|---|---|
| Merenpinta | 1013 hPa (1 atm) | Sinun perusviivasi - standardi ilmakehän paine |
| Autonrengas | 32 psi (2,2 bar) | Noin 2× ilmakehän paine |
| Vuorenhuippu (3 km) | ~700 hPa | 30 % vähemmän ilmanpainetta kuin merenpinnassa |
| Voimakas myrsky | 950 hPa | 6 % normaalia alempana - tuo huonoa säätä |
| Sukelluspullo (täysi) | 200 bar | 200× ilmakehän paine - massiivinen puristus |
| Tyhjiökammio | 10⁻⁶ Pa | Yksi biljoonasosa ilmakehästä - lähes täydellinen tyhjiö |
| Syvä valtameri (10 km) | 1000 bar | 1000× ilmakehän paine - murskaavat syvyydet |
| Painepesuri | 2000 psi (138 bar) | 140× ilmakehän paine - teollinen voima |
Yleiset sudenkuopat
- Ylipaineen ja absoluuttisen paineen sekoittaminenFix: Määritä aina 'g' tai 'a' (esim. barg/bara, kPag/kPaa). Ylipaine = Absoluuttinen − Ilmakehän paine.
- hPa:n ja Pa:n sekoittaminenFix: 1 hPa = 100 Pa, ei 1 Pa. Hektopascal tarkoittaa 100 pascalia.
- Olettamus, että mmHg ≡ TorrFix: Lähellä, mutta eivät identtisiä: 1 torr = tarkalleen 1/760 atm; 1 mmHg ≈ 133,322 Pa (lämpötilasta riippuvainen).
- Korkeuden huomiotta jättäminenFix: Ilmakehän paine laskee ~12 % per km. Ylipainemuunnokset vaativat paikallisen ilmakehän paineen.
- Vesipatsas ilman tiheyttäFix: Paine = ρgh. Puhdas vesi 4°C:ssa ≠ merivesi ≠ kuuma vesi. Tiheydellä on väliä!
- Väärän tyhjiömittarin alueen käyttäminenFix: Pirani toimii 10⁵–10⁻¹ Pa, ionimittari 10⁻²–10⁻⁹ Pa. Alueen ulkopuolella käyttäminen antaa vääriä lukemia.
Pikaviite
Ylipaine ↔ absoluuttinen
Absoluuttinen = Ylipaine + Ilmakehän paine
Merenpinnassa: lisää 101,325 kPa tai 14,696 psi
- Säädä perusviiva korkeuden mukaan
- Dokumentoi aina, mitä asteikkoa käytetään
Vesipatsas
Vesipatsaasta paineeksi
- 1 mH₂O ≈ 9,80665 kPa
- 10 mH₂O ≈ ~1 bar
Säämuunnokset
Korkeusmittarin asetukset
- 1013 hPa = 29,92 inHg
- 1 inHg ≈ 33,8639 hPa
Altimetrian perusteet
QNH • QFE • QNE
Tunne referenssisi
- QNH: Merenpinnan paine (asettaa korkeusmittarin kentän korkeuteen)
- QFE: Kentän paine (korkeusmittari näyttää 0 kentällä)
- QNE: Standardi 1013,25 hPa / 29,92 inHg (lentopinnat)
Paine-korkeus -pikalaskenta
Nyrkkisäännöt
- ±1 inHg ≈ ∓1 000 jalkaa osoitettuna
- ±1 hPa ≈ ∓27 jalkaa osoitettuna
- Kylmä/kuuma ilma: tiheysvirheet vaikuttavat todelliseen korkeuteen
Tyhjiöinstrumentointi
Pirani/terminen
Mittaa kaasun lämmönjohtavuutta
- Alue: ~10⁵ → 10⁻¹ Pa (noin)
- Kaasusta riippuvainen; kalibroi kaasutyypin mukaan
- Erinomainen karkeasta matalaan tyhjiöön
Ioni-/kylmäkatodi-
Ionisaatiovirta vs. paine
- Alue: ~10⁻² → 10⁻⁹ Pa
- Herkkä saastumiselle ja kaasulajeille
- Käytä eristyksen kanssa suojataksesi korkealta paineelta
Kapasitanssimanometri
Absoluuttinen kalvon taipuma
- Korkea tarkkuus; kaasusta riippumaton
- Alueet kattavat ~10⁻¹ → 10⁵ Pa
- Ihanteellinen prosessinohjaukseen
Yleisiä vältettäviä virheitä
- Ylipaine-/absoluuttisen asteikon sekoittaminen (barg/bara, kPag/kPaa) laitteita määritettäessä
- Olettamus, että mmHg ≡ torr kaikissa olosuhteissa (pienet määritelmäerot)
- hPa:n sekoittaminen Pa:han (1 hPa = 100 Pa, ei 1 Pa)
- Korkeuden huomiotta jättäminen muunnettaessa ylipaine ↔ absoluuttinen
- Vesipatsasmuunnosten käyttäminen korjaamatta nesteen tiheyttä/lämpötilaa
- Tyhjiömittarin käyttäminen sen tarkan alueen ulkopuolella
Mihin kukin yksikkö sopii
Ilmailu ja altimetria
Korkeusmittarit käyttävät paikalliseen QNH:hon asetettua inHg:tä tai hPa:ta; paine vaikuttaa osoitettuun korkeuteen.
- 29,92 inHg = 1013 hPa standardi
- Korkea/matala paine muuttaa osoitettua korkeutta
Lääketiede
Verenpaineessa käytetään mmHg:tä; hengityslaitteet ja CPAP käyttävät cmH₂O:ta.
- Tyypillinen verenpaine 120/80 mmHg
- 5–20 cmH₂O CPAP:lle
Tekniikka ja hydrauliikka
Prosessilaitteet ja hydrauliikka käyttävät usein baria, MPa:ta tai psi:tä.
- Hydrauliset linjat: kymmeniä satoihin baareihin
- Painearvot baareissa/psi:ssä
Sää ja ilmasto
Sääkartat näyttävät merenpinnan paineen hPa:na tai mbarina.
- Vahvat matalapaineet < 990 hPa
- Vahvat korkeapaineet > 1030 hPa
Tyhjiö ja puhdastilat
Tyhjiötekniikka käyttää torria tai Pa:ta karkeassa, korkeassa ja ultrakorkeassa tyhjiössä.
- Karkea tyhjiö: ~10³–10⁵ Pa
- Ultrakorkea tyhjiö: < 10⁻⁶ Pa
Paineen vertailu eri sovelluksissa
| Sovellus | Pa | bar | psi | atm |
|---|---|---|---|---|
| Täydellinen tyhjiö | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Ultrakorkea tyhjiö | 10⁻⁷ | 10⁻¹² | 1.5×10⁻¹¹ | 10⁻¹² |
| Korkea tyhjiö (SEM) | 10⁻² | 10⁻⁷ | 1.5×10⁻⁶ | 10⁻⁷ |
| Matala tyhjiö (karkea) | 10³ | 0.01 | 0.15 | 0.01 |
| Ilmakehä merenpinnassa | 101,325 | 1.01 | 14.7 | 1 |
| Autonrengas (tyypillinen) | 220,000 | 2.2 | 32 | 2.2 |
| Polkupyörän rengas (maantie) | 620,000 | 6.2 | 90 | 6.1 |
| Painepesuri | 13.8 MPa | 138 | 2,000 | 136 |
| Sukelluspullo (täysi) | 20 MPa | 200 | 2,900 | 197 |
| Hydraulinen puristin | 70 MPa | 700 | 10,000 | 691 |
| Syvä valtameri (11 km) | 110 MPa | 1,100 | 16,000 | 1,086 |
| Timanttialasinsolu | 100 GPa | 10⁶ | 15×10⁶ | 10⁶ |
Tyhjiö- ja painealueet
| Alue | Noin Pa | Esimerkkejä |
|---|---|---|
| Ilmakehän | ~101 kPa | Ilma merenpinnassa |
| Korkea paine (teollinen) | > 1 MPa | Hydrauliikka, säiliöt |
| Karkea tyhjiö | 10³–10⁵ Pa | Pumput, kaasunpoisto |
| Korkea tyhjiö | 10⁻¹–10⁻³ Pa | SEM, kerrostus |
| Ultrakorkea tyhjiö | < 10⁻⁶ Pa | Pintatiede |
Miten muunnokset toimivat
- 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
Yleiset muunnokset
| Mistä | Mihin | Kerroin | Esimerkki |
|---|---|---|---|
| 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 |
Pikaesimerkkejä
Jokapäiväiset vertailukohdat
| Asia | Tyypillinen paine | Huomautuksia |
|---|---|---|
| Ilmakehä merenpinnassa | 1013 hPa | Standardipäivä |
| Vahva korkeapaine | > 1030 hPa | Selkeä sää |
| Vahva matalapaine | < 990 hPa | Myrskyt |
| Autonrengas | 30–35 psi | ~2–2,4 bar |
| Painepesuri | 1,500–3,000 psi | Kuluttajamallit |
| Sukelluspullo | 200–300 bar | Täyttöpaine |
Hämmästyttäviä faktoja paineesta
hPa vs. mbar -mysteeri
1 hPa = 1 mbar tarkalleen – ne ovat sama asia! Meteorologia siirtyi mbarista hPa:han SI-yhteensopivuuden vuoksi, mutta ne ovat numeerisesti identtisiä.
Miksi mmHg lääketieteessä?
Elohopeamanometrit olivat kultainen standardi yli 300 vuoden ajan. Vaikka ne on poistettu käytöstä myrkyllisyytensä vuoksi, verenpaine mitataan edelleen mmHg:nä maailmanlaajuisesti!
Korkeuden puolittumissääntö
Ilmakehän paine puolittuu noin joka 5,5 km (18 000 jalkaa) korkeudessa. Mount Everestin huipulla (8,8 km) paine on vain 1/3 merenpinnan tasosta!
Syvänmeren murskaava voima
Mariaanien haudassa (11 km syvyydessä) paine saavuttaa 1 100 baria – tarpeeksi murskaamaan ihmisen välittömästi. Se on kuin 1 100 kg olisi jokaisella neliösenttimetrillä!
Avaruuden tyhjiö
Ulkoavaruudessa on noin 10⁻¹⁷ Pa:n paine – se on 100 miljoonaa biljoonaa kertaa vähemmän kuin Maan ilmakehässä. Veresi kirjaimellisesti kiehuisi (ruumiinlämmössä)!
Rengaspaineen paradoksi
Autonrengas 32 psi:ssä kokee todellisuudessa 46,7 psi absoluuttista painetta (32 + 14,7 ilmakehän). Mittaamme ylipainetta, koska se on 'ylimääräinen' paine, joka tekee työn!
Pascalin vaatimaton kaima
Pascal (Pa) on nimetty Blaise Pascalin mukaan, joka todisti ilmakehän paineen olemassaolon kantamalla barometrin vuorelle vuonna 1648. Hän oli vain 25-vuotias!
Painekattilan taika
1 barin (15 psi) ylipaineessa vesi kiehuu 121°C:ssa 100°C:n sijaan. Tämä lyhentää kypsennysaikaa 70 % – paine kirjaimellisesti nopeuttaa kemiaa!
Ennätykset ja äärimmäisyydet
| Ennätys | Paine | Huomautuksia |
|---|---|---|
| Korkein merenpinnan paine | > 1080 hPa | Siperian korkeapaineet (historiallinen) |
| Alin merenpinnan paine | ~870–880 hPa | Voimakkaat trooppiset syklonit |
| Syvä valtameri (~11 km) | ~1,100 bar | Mariaanien hauta |
Paineenmittauksen historiallinen kehitys
1643
Barometrin synty
Evangelista Torricelli keksii elohopeabarometrin tutkiessaan, miksi vesipumput eivät voineet nostaa vettä yli 10 metrin korkeuteen. Luo ensimmäisen keinotekoisen tyhjiön ja vakiinnuttaa mmHg:n ensimmäisenä paineyksikkönä.
Todisti, että ilmalla on paino ja paine, mikä mullisti ymmärryksemme ilmakehästä. Yksikkö torr (1/760 atm) on nimetty hänen kunniakseen.
1648
Pascalin vuorikoe
Blaise Pascal (25-vuotias) pyytää lankoaan kantamaan barometrin Puy de Dôme -vuorelle, todistaen, että ilmanpaine laskee korkeuden kasvaessa. Elohopea laski huipulla 760 mm:stä 660 mm:iin.
Vahvisti korkeuden ja paineen välisen suhteen, joka on perustavanlaatuinen ilmailulle ja meteorologialle. Pascal (Pa) -yksikkö kunnioittaa hänen työtään.
1662
Boylen lain löytäminen
Robert Boyle löytää käänteisen suhteen paineen ja tilavuuden välillä (PV = vakio) käyttämällä parannettuja tyhjiöpumppuja ja J-putkilaitteistoa.
Kaasulakien ja termodynamiikan perusta. Mahdollisti paine-tilavuus-suhteiden tieteellisen tutkimuksen suljetuissa kaasuissa.
1849
Bourdon-putken keksiminen
Eugène Bourdon patentoi Bourdon-putkimittarin – kaarevan metalliputken, joka suoristuu paineen alaisena. Yksinkertainen, kestävä ja tarkka.
Korvasi hauraat elohopeamanometrit teollisissa sovelluksissa. Edelleen yleisin mekaanisen painemittarin muotoilu 175 vuotta myöhemmin.
1913
Baarin standardointi
Baari määritellään virallisesti 10⁶ dyne/cm²:ksi (tarkalleen 100 kPa), valittuna olemaan lähellä ilmakehän painetta käytännöllisyyden vuoksi.
Tuli standardiksi insinööriyksiköksi Euroopassa. 1 bar ≈ 1 ilmakehä teki päässälaskusta helppoa insinööreille.
1971
Pascal SI-yksikkönä
Pascal (Pa = N/m²) hyväksytään viralliseksi SI-paineen yksiköksi, korvaten baarin tieteellisissä yhteyksissä.
Yhdisti paineenmittauksen Newtonin voimayksikköön. Kuitenkin baari säilyy hallitsevana tekniikassa kätevän mittakaavansa vuoksi.
1980–1990-luvut
Meteorologian siirtyminen SI-järjestelmään
Sääpalvelut maailmanlaajuisesti siirtyivät millibaarista (mbar) hehtopascaliin (hPa). Koska 1 mbar = tarkalleen 1 hPa, kaikki historialliset tiedot säilyivät voimassa.
Kivuton siirtyminen SI-yksiköihin. Useimmat sääkartat näyttävät nyt hPa, vaikka osa ilmailusta käyttää edelleen mbaria tai inHg:tä.
2000-luku
MEMS-paineen vallankumous
Mikroelektromekaaniset järjestelmät (MEMS) mahdollistavat pienet, halvat ja tarkat paineanturit. Niitä löytyy älypuhelimista (barometri), autoista (rengaspaine) ja puettavista laitteista.
Demokratisoi paineenmittauksen. Älypuhelimesi voi mitata vain 1 metrin korkeusmuutoksia ilmakehän paineen avulla.
Vinkit
- Määritä aina ylipaine (g) tai absoluuttinen (a)
- Käytä hPa säähän, kPa tai bar tekniikkaan, psi renkaisiin
- Vesipatsas: ~9,81 kPa per metri; hyödyllinen karkeisiin tarkistuksiin
- Automaattinen tieteellinen notaatio: Arvot < 1 µPa tai > 1 GPa näytetään tieteellisessä notaatiossa luettavuuden parantamiseksi
Yksikköluettelo
Metrinen (SI)
| Yksikkö | Symboli | Pascalia | Huomautuksia |
|---|---|---|---|
| baari | bar | 100,000 | 100 kPa; kätevä tekninen yksikkö. |
| kilopascal | kPa | 1,000 | 1 000 Pa; tekninen mittakaava. |
| megapascal | MPa | 1,000,000 | 1 000 kPa; korkeapainejärjestelmät. |
| millibaari | mbar | 100 | Millibaari; vanha meteorologia (1 mbar = 1 hPa). |
| pascal | Pa | 1 | SI-perusyksikkö (N/m²). |
| gigapascal | GPa | 1.000e+9 | 1 000 MPa; materiaalien jännitykset. |
| hehtopascal | hPa | 100 | Hektopascal; sama kuin mbar; käytetään säässä. |
Imperiaalinen / Yhdysvallat
| Yksikkö | Symboli | Pascalia | Huomautuksia |
|---|---|---|---|
| naula neliötuumaa kohti | psi | 6,894.76 | Paunaa neliötuumaa kohti; renkaat, hydrauliikka (voi olla ylipaine tai absoluuttinen). |
| kilonauna neliötuumaa kohti | ksi | 6,894,760 | 1 000 psi; materiaali- ja rakennemääritykset. |
| naula neliöjalkaa kohti | psf | 47.8803 | Paunaa neliöjalkaa kohti; rakennuskuormat. |
Ilmakehä
| Yksikkö | Symboli | Pascalia | Huomautuksia |
|---|---|---|---|
| ilmakehä (standardi) | atm | 101,325 | Standardi-ilmakehä = 101,325 kPa. |
| ilmakehä (tekninen) | at | 98,066.5 | Tekninen ilmakehä ≈ 98,0665 kPa. |
Elohopeapylväs
| Yksikkö | Symboli | Pascalia | Huomautuksia |
|---|---|---|---|
| elohopeatuuma | inHg | 3,386.39 | Tuumaa elohopeaa; ilmailu ja sää. |
| elohopeamillimetri | mmHg | 133.322 | Millimetriä elohopeaa; lääketiede ja tyhjiö. |
| torr | Torr | 133.322 | 1/760 atm ≈ 133,322 Pa. |
| elohopeasenttimetri | cmHg | 1,333.22 | Senttimetriä elohopeaa; harvinaisempi. |
Vesipatsas
| Yksikkö | Symboli | Pascalia | Huomautuksia |
|---|---|---|---|
| vesisenttimetri | cmH₂O | 98.0665 | Senttimetriä vesipatsasta; hengityselimet/CPAP. |
| vesijalka | ftH₂O | 2,989.07 | Jalkaa vesipatsasta. |
| vesituuma | inH₂O | 249.089 | Tuumaa vesipatsasta; ilmanvaihto ja LVI. |
| vesimetri | mH₂O | 9,806.65 | Metriä vesipatsasta; hydrauliikka. |
| vesimillimetri | mmH₂O | 9.80665 | Millimetriä vesipatsasta. |
Tieteellinen / CGS
| Yksikkö | Symboli | Pascalia | Huomautuksia |
|---|---|---|---|
| barye | Ba | 0.1 | Barye; 0,1 Pa (CGS). |
| dyne neliösenttimetriä kohti | dyn/cm² | 0.1 | Dyneä per cm²; 0,1 Pa (CGS). |
| kilogramma-voima neliösenttimetriä kohti | kgf/cm² | 98,066.5 | Kilogramma-voimaa per cm² (ei-SI). |
| kilogramma-voima neliömetriä kohti | kgf/m² | 9.80665 | Kilogramma-voimaa per m² (ei-SI). |
| kilogramma-voima neliömillimetriä kohti | kgf/mm² | 9,806,650 | Kilogramma-voimaa per mm² (ei-SI). |
| kilonewton neliömetriä kohti | kN/m² | 1,000 | Kilonewtonia per m²; yhtä suuri kuin kPa. |
| meganewton neliömetriä kohti | MN/m² | 1,000,000 | Meganewtonia per m²; yhtä suuri kuin MPa. |
| newton neliömetriä kohti | N/m² | 1 | Newtonia per m²; yhtä suuri kuin Pa (redundantti muoto). |
| newton neliömillimetriä kohti | N/mm² | 1,000,000 | Newtonia per mm²; yhtä suuri kuin MPa. |
| tonni-voima neliösenttimetriä kohti | tf/cm² | 98,066,500 | Tonni-voimaa per cm² (ei-SI). |
| tonni-voima neliömetriä kohti | tf/m² | 9,806.65 | Tonni-voimaa per m² (ei-SI). |
Usein kysytyt kysymykset
Milloin minun tulisi käyttää absoluuttista vs. ylipainetta?
Käytä absoluuttista termodynamiikassa/tyhjiössä; ylipainetta käytännön laitteiden luokituksiin. Merkitse yksiköt aina pääteellä 'a' tai 'g' (esim. bara vs. barg, kPaa vs. kPag).
Miksi lentäjät käyttävät inHg:tä?
Vanhat korkeusmittarin asteikot ovat tuumina elohopeaa; monet maat käyttävät hPa:ta (QNH).
Mikä on torr?
1 torr on tarkalleen 1/760 standardi-ilmakehästä (≈133,322 Pa). Yleinen tyhjiötekniikassa.
Täydellinen Työkaluhakemisto
Kaikki 71 työkalua saatavilla UNITSissa