圧力コンバーター
圧力 — パスカルとpsiから気圧とトルまで
天気、油圧、航空、真空システム、医療における圧力を理解します。Pa、kPa、バール、psi、atm、mmHg、inHgなどの単位間で自信を持って変換します。
圧力の基礎
静水力学
液柱は深さと密度に比例した圧力を生み出します。
- p = ρ g h
- 水:1メートルあたり約9.81 kPa
- 1バール ≈ 10 mの水頭
大気圧
天気ではhPa(mbarと同じ)を使用します。海面での標準は1013.25 hPaです。
- 1 atm = 101.325 kPa
- 低気圧 → 嵐
- 高気圧 → 快晴
ゲージ圧 vs 絶対圧
ゲージ圧(接尾辞'g')は周囲の圧力との相対値です。絶対圧(接尾辞'a')は真空との相対値です。
- 絶対圧 = ゲージ圧 + 大気圧
- 海面では:約101.325 kPa(14.7 psi)を加える
- 高度が大気圧の基準値を変える
- 天候にはkPa/hPa、工学にはバール、タイヤにはpsiを使用
- 大きな間違いを避けるためにゲージ圧か絶対圧かを指定
- 明確にするためにパスカル(Pa)を介して変換
記憶の助け
素早い暗算
バール ↔ kPa
1バール = 100 kPaです。小数点を2桁動かすだけです。
psi ↔ kPa
1 psi ≈ 7 kPaです。おおよその見積もりには7を掛けます。
atm ↔ kPa
1 atm ≈ 100 kPaです。標準大気圧は1バールに近いです。
mmHg ↔ Pa
760 mmHg = 1 atm ≈ 101 kPaです。各mmHg ≈ 133 Paです。
inHg ↔ hPa
29.92 inHg = 1013 hPa(標準)です。1 inHg ≈ 34 hPaです。
水頭
1メートル H₂O ≈ 10 kPaです。水頭計算に便利です。
圧力の視覚的な参考
| Scenario | Pressure | Visual Reference |
|---|---|---|
| 海面 | 1013 hPa(1 atm) | あなたの基準線 - 標準大気圧 |
| 車のタイヤ | 32 psi(2.2バール) | 大気圧の約2倍 |
| 山頂(3 km) | 〜700 hPa | 海面より30%低い気圧 |
| 強い嵐 | 950 hPa | 通常より6%低い - 悪天候をもたらす |
| スキューバタンク(満タン) | 200バール | 大気圧の200倍 - 大規模な圧縮 |
| 真空チャンバー | 10⁻⁶ Pa | 大気圧の1兆分の1 - ほぼ完全な真空 |
| 深海(10 km) | 1000バール | 大気圧の1000倍 - 押しつぶされるような深さ |
| 高圧洗浄機 | 2000 psi(138バール) | 大気圧の140倍 - 産業用の力 |
よくある落とし穴
- ゲージ圧と絶対圧の混同Fix: 常に'g'または'a'を指定してください(例:barg/bara、kPag/kPaa)。ゲージ圧 = 絶対圧 − 大気圧。
- hPaとPaの混同Fix: 1 hPa = 100 Paであり、1 Paではありません。ヘクトパスカルは100パスカルを意味します。
- mmHg ≡ Torrと仮定することFix: 近いですが同一ではありません:1トル = 1/760 atm、1 mmHg ≈ 133.322 Pa(温度依存)。
- 高度を無視することFix: 大気圧は1kmごとに約12%低下します。ゲージ圧の変換には現地の気圧が必要です。
- 密度を考慮しない水頭Fix: 圧力 = ρgh。4°Cの純水 ≠ 海水 ≠ 熱水。密度が重要です!
- 間違った真空計の範囲を使用することFix: ピラニは10⁵–10⁻¹ Pa、イオンゲージは10⁻²–10⁻⁹ Paで動作します。範囲外での使用は誤った読み取り値を与えます。
クイックリファレンス
ゲージ圧 ↔ 絶対圧
絶対圧 = ゲージ圧 + 大気圧
海面では:101.325 kPaまたは14.696 psiを加える
- 高度に合わせて基準値を調整
- 常にどちらのスケールか記録
水頭
水頭から圧力へ
- 1 mH₂O ≈ 9.80665 kPa
- 10 mH₂O ≈ ~1バール
天気の変換
高度計の設定
- 1013 hPa = 29.92 inHg
- 1 inHg ≈ 33.8639 hPa
高度計の基本
QNH • QFE • QNE
あなたの基準を知る
- QNH:海面気圧(高度計を飛行場の標高に設定)
- QFE:飛行場気圧(高度計は飛行場で0を読む)
- QNE:標準1013.25 hPa / 29.92 inHg(フライトレベル)
圧力-高度の簡単な計算
経験則
- ±1 inHg ≈ ∓1,000フィート指示
- ±1 hPa ≈ ∓27フィート指示
- 寒冷/温暖な空気:密度の誤差が真の高度に影響
真空計測機器
ピラニ/熱伝導
ガスの熱伝導率を測定
- 範囲:約10⁵ → 10⁻¹ Pa
- ガスに依存;ガスの種類に合わせて校正
- 粗真空から低真空に最適
イオン/冷陰極
イオン化電流 vs 圧力
- 範囲:約10⁻² → 10⁻⁹ Pa
- 汚染やガスの種類に敏感
- 高圧下での保護のために絶縁して使用
キャパシタンスマノメーター
絶対的なダイヤフラムのたわみ
- 高精度;ガスに非依存
- 範囲は〜10⁻¹ → 10⁵ Pa
- プロセス制御に最適
避けるべきよくある間違い
- 機器を指定する際にゲージ圧/絶対圧のスケールを混同する(barg/bara、kPag/kPaa)
- すべての条件下でmmHg ≡ torrと仮定する(定義にわずかな違いあり)
- hPaとPaを混同する(1 hPa = 100 Pa、1 Paではない)
- ゲージ圧 ↔ 絶対圧を変換する際に高度を無視する
- 流体の密度/温度を補正せずに水頭変換を使用する
- 真空計を正確な範囲外で使用する
各単位がどこで使われるか
航空と高度計
高度計は現地のQNHに設定されたinHgまたはhPaを使用;圧力が指示高度に影響。
- 29.92 inHg = 1013 hPa 標準
- 気圧の高低が指示高度を変化させる
医療
血圧はmmHgを使用;呼吸器やCPAPはcmH₂Oを使用。
- 典型的な血圧 120/80 mmHg
- CPAPに5–20 cmH₂O
工学と油圧
プロセス機器や油圧ではしばしばバール、MPa、またはpsiが使用される。
- 油圧ライン:数十から数百バール
- 圧力容器はバール/psiで評価
天気と気候
天気図は海面気圧をhPaまたはmbarで表示。
- 強い低気圧 < 990 hPa
- 強い高気圧 > 1030 hPa
真空とクリーンルーム
真空技術では、粗真空、高真空、超高真空でトルまたはPaを使用。
- 粗真空:約10³–10⁵ Pa
- 超高真空:< 10⁻⁶ Pa
アプリケーション間の圧力比較
| アプリケーション | Pa | バール | psi | atm |
|---|---|---|---|---|
| 完全真空 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 超高真空 | 10⁻⁷ | 10⁻¹² | 1.5×10⁻¹¹ | 10⁻¹² |
| 高真空(SEM) | 10⁻² | 10⁻⁷ | 1.5×10⁻⁶ | 10⁻⁷ |
| 低真空(粗引き) | 10³ | 0.01 | 0.15 | 0.01 |
| 海面大気圧 | 101,325 | 1.01 | 14.7 | 1 |
| 車のタイヤ(標準) | 220,000 | 2.2 | 32 | 2.2 |
| 自転車のタイヤ(ロード) | 620,000 | 6.2 | 90 | 6.1 |
| 高圧洗浄機 | 13.8 MPa | 138 | 2,000 | 136 |
| スキューバタンク(満タン) | 20 MPa | 200 | 2,900 | 197 |
| 油圧プレス | 70 MPa | 700 | 10,000 | 691 |
| 深海(11 km) | 110 MPa | 1,100 | 16,000 | 1,086 |
| ダイヤモンドアンビルセル | 100 GPa | 10⁶ | 15×10⁶ | 10⁶ |
真空と圧力の範囲
| 範囲 | 約Pa | 例 |
|---|---|---|
| 大気圧 | 〜101 kPa | 海面の空気 |
| 高圧(産業用) | > 1 MPa | 油圧、容器 |
| 粗真空 | 10³–10⁵ Pa | ポンプ、脱ガス |
| 高真空 | 10⁻¹–10⁻³ Pa | SEM、蒸着 |
| 超高真空 | < 10⁻⁶ Pa | 表面科学 |
変換の仕組み
- kPa × 1000 → Pa; Pa ÷ 1000 → kPa
- バール × 100,000 → Pa; Pa ÷ 100,000 → バール
- psi × 6.89476 → kPa; kPa ÷ 6.89476 → psi
- mmHg × 133.322 → Pa; inHg × 3,386.39 → Pa
一般的な変換
| 変換元 | 変換先 | 係数 | 例 |
|---|---|---|---|
| バール | kPa | × 100 | 2バール = 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 |
簡単な例
日常の基準
| 物 | 典型的な圧力 | 備考 |
|---|---|---|
| 海面大気圧 | 1013 hPa | 標準的な日 |
| 強い高気圧 | > 1030 hPa | 快晴 |
| 強い低気圧 | < 990 hPa | 嵐 |
| 車のタイヤ | 30–35 psi | 約2–2.4バール |
| 高圧洗浄機 | 1,500–3,000 psi | 消費者向けモデル |
| スキューバタンク | 200–300バール | 充填圧力 |
圧力に関する驚くべき事実
hPa vs mbarの謎
1 hPa = 1 mbar、全く同じです!気象学はSIとの整合性のためにmbarからhPaに切り替えましたが、数値的には同一です。
なぜ医療でmmHg?
水銀マノメーターは300年以上にわたり黄金標準でした。毒性のために段階的に廃止されたにもかかわらず、世界中で血圧は依然としてmmHgで測定されています!
高度半減則
大気圧は高度が約5.5 km(18,000フィート)上がるごとに半分になります。エベレスト山頂(8.8 km)では、気圧は海面のわずか1/3です!
深海の圧倒的な力
マリアナ海溝(深さ11 km)では、圧力は1,100バールに達します—人間を即座に押しつぶすのに十分です。これは、1平方センチメートルあたりに1,100 kgが乗っているのと同じです!
宇宙の真空
宇宙空間の圧力は約10⁻¹⁷ Paです—これは地球の大気圧より100兆の100万倍も低いです。あなたの血液は文字通り沸騰します(体温で)!
タイヤ圧のパラドックス
32 psiの車のタイヤは、実際には46.7 psiの絶対圧(32 + 14.7大気圧)を経験しています。ゲージ圧を測定するのは、それが仕事をする「余分な」圧力だからです!
パスカルの謙虚な名前の由来
パスカル(Pa)は、1648年に山に気圧計を運んで大気圧の存在を証明したブレーズ・パスカルにちなんで名付けられました。彼はわずか25歳でした!
圧力鍋の魔法
大気圧より1バール(15 psi)高いと、水は100°Cではなく121°Cで沸騰します。これにより調理時間が70%短縮されます—圧力は文字通り化学反応を加速します!
記録と極値
| 記録 | 圧力 | 備考 |
|---|---|---|
| 最高海面気圧 | > 1080 hPa | シベリア高気圧(過去の記録) |
| 最低海面気圧 | 〜870–880 hPa | 強い熱帯低気圧 |
| 深海(約11 km) | 〜1,100バール | マリアナ海溝 |
圧力測定の歴史的進化
1643
気圧計の誕生
エヴァンジェリスタ・トリチェリは、水ポンプがなぜ水を10メートル以上持ち上げられないのかを研究中に水銀気圧計を発明しました。彼は最初の人工真空を作り出し、mmHgを最初の圧力単位として確立しました。
空気に重さと圧力があることを証明し、大気に対する我々の理解に革命をもたらしました。トル単位(1/760 atm)は彼の名誉にちなんで名付けられました。
1648
パスカルの山の実験
ブレーズ・パスカル(25歳)は、義兄にピュイ・ド・ドーム山に気圧計を運ばせ、高度が上がると大気圧が下がることを証明しました。山頂では水銀が760mmから660mmに下がりました。
高度と圧力の関係を確立し、これは航空と気象学にとって基本的なものです。パスカル(Pa)単位は彼の業績を称えています。
1662
ボイルの法則の発見
ロバート・ボイルは、改良された真空ポンプとJ字管装置を使用して、圧力と体積の逆比例関係(PV = 定数)を発見しました。
ガス法則と熱力学の基礎。密閉されたガス内の圧力と体積の関係の科学的研究を可能にしました。
1849
ブルドン管の発明
ウジェーヌ・ブルドンはブルドン管ゲージの特許を取得しました—これは圧力下で真っ直ぐになる湾曲した金属管です。シンプルで頑丈、そして正確です。
産業用途で壊れやすい水銀マノメーターを置き換えました。175年後の今でも、最も一般的な機械式圧力計の設計です。
1913
バールの標準化
バールは公式に10⁶ダイン/cm²(正確に100 kPa)と定義され、利便性のために大気圧に近い値として選ばれました。
ヨーロッパ全土で標準的な工学単位となりました。1バール ≈ 1気圧は、エンジニアにとって暗算を容易にしました。
1971
パスカルがSI単位に
パスカル(Pa = N/m²)が圧力の公式SI単位として採用され、科学的な文脈でバールに取って代わりました。
圧力測定をニュートンの力の単位と統一しました。しかし、バールはその便利なスケールのため、工学分野で依然として支配的です。
1980年代–1990年代
気象学のSIへの移行
世界中の気象機関がミリバール(mbar)からヘクトパスカル(hPa)に切り替えました。1 mbar = 1 hPaであるため、すべての歴史的データは有効なままでした。
SI単位への円滑な移行。ほとんどの天気図は現在hPaで表示されていますが、一部の航空分野では依然としてmbarやinHgが使用されています。
2000年代
MEMS圧力革命
微小電気機械システム(MEMS)は、小型で安価、かつ正確な圧力センサーを可能にしました。スマートフォン(気圧計)、自動車(タイヤ圧)、ウェアラブルデバイスに搭載されています。
圧力測定を民主化しました。スマートフォンは、大気圧を利用してわずか1メートルの高度変化を測定できます。
ヒント
- 常にゲージ圧(g)か絶対圧(a)かを指定する
- 天候にはhPa、工学にはkPaかバール、タイヤにはpsiを使用
- 水頭:1メートルあたり約9.81 kPa。大まかな確認に役立つ
- 科学的記数法自動:1 µPa未満または1 GPa超の値は、読みやすさのために科学的記数法で表示される
単位カタログ
メートル法 (SI)
| 単位 | 記号 | パスカル | 備考 |
|---|---|---|---|
| バール | bar | 100,000 | 100 kPa;便利な工学単位。 |
| キロパスカル | kPa | 1,000 | 1,000 Pa;工学スケール。 |
| メガパスカル | MPa | 1,000,000 | 1,000 kPa;高圧システム。 |
| ミリバール | mbar | 100 | ミリバール;古い気象学(1 mbar = 1 hPa)。 |
| パスカル | Pa | 1 | SI基本単位(N/m²)。 |
| ギガパスカル | GPa | 1.000e+9 | 1,000 MPa;材料応力。 |
| ヘクトパスカル | hPa | 100 | ヘクトパスカル;mbarと同じ;天気で使用。 |
ヤード・ポンド法 / 米国
| 単位 | 記号 | パスカル | 備考 |
|---|---|---|---|
| ポンド/平方インチ | psi | 6,894.76 | ポンド毎平方インチ;タイヤ、油圧(ゲージ圧または絶対圧)。 |
| キロポンド/平方インチ | ksi | 6,894,760 | 1,000 psi;材料および構造仕様。 |
| ポンド/平方フィート | psf | 47.8803 | ポンド毎平方フィート;建築荷重。 |
気圧
| 単位 | 記号 | パスカル | 備考 |
|---|---|---|---|
| 気圧 (標準) | atm | 101,325 | 標準大気圧 = 101.325 kPa。 |
| 気圧 (工学) | at | 98,066.5 | 工学気圧 ≈ 98.0665 kPa。 |
水銀柱
| 単位 | 記号 | パスカル | 備考 |
|---|---|---|---|
| 水銀柱インチ | inHg | 3,386.39 | 水銀柱インチ;航空および天気。 |
| 水銀柱ミリメートル | mmHg | 133.322 | 水銀柱ミリメートル;医療および真空。 |
| トル | Torr | 133.322 | 1気圧の1/760 ≈ 133.322 Pa。 |
| 水銀柱センチメートル | cmHg | 1,333.22 | 水銀柱センチメートル;あまり一般的でない。 |
水柱
| 単位 | 記号 | パスカル | 備考 |
|---|---|---|---|
| 水柱センチメートル | cmH₂O | 98.0665 | 水柱センチメートル;呼吸器/CPAP。 |
| 水柱フィート | ftH₂O | 2,989.07 | 水柱フィート。 |
| 水柱インチ | inH₂O | 249.089 | 水柱インチ;換気およびHVAC。 |
| 水柱メートル | mH₂O | 9,806.65 | 水柱メートル;油圧。 |
| 水柱ミリメートル | mmH₂O | 9.80665 | 水柱ミリメートル。 |
科学 / CGS
| 単位 | 記号 | パスカル | 備考 |
|---|---|---|---|
| バリ | Ba | 0.1 | バリエ;0.1 Pa(CGS)。 |
| ダイン/平方センチメートル | dyn/cm² | 0.1 | ダイン毎cm²;0.1 Pa(CGS)。 |
| 重量キログラム/平方センチメートル | kgf/cm² | 98,066.5 | 重量キログラム毎cm²(非SI)。 |
| 重量キログラム/平方メートル | kgf/m² | 9.80665 | 重量キログラム毎m²(非SI)。 |
| 重量キログラム/平方ミリメートル | kgf/mm² | 9,806,650 | 重量キログラム毎mm²(非SI)。 |
| キロニュートン/平方メートル | kN/m² | 1,000 | キロニュートン毎m²;kPaと同じ。 |
| メガニュートン/平方メートル | MN/m² | 1,000,000 | メガニュートン毎m²;MPaと同じ。 |
| ニュートン/平方メートル | N/m² | 1 | ニュートン毎m²;Paと同じ(冗長な形式)。 |
| ニュートン/平方ミリメートル | N/mm² | 1,000,000 | ニュートン毎mm²;MPaと同じ。 |
| 重量トン/平方センチメートル | tf/cm² | 98,066,500 | 重量トン毎cm²(非SI)。 |
| 重量トン/平方メートル | tf/m² | 9,806.65 | 重量トン毎m²(非SI)。 |
よくある質問
絶対圧とゲージ圧はいつ使い分けるべきですか?
熱力学/真空には絶対圧を、実用的な機器の評価にはゲージ圧を使用します。常に単位に'a'または'g'の接尾辞を付けます(例:bara対barg、kPaa対kPag)。
なぜパイロットはinHgを使うのですか?
古い高度計のスケールは水銀柱インチです。多くの国ではhPa(QNH)を使用しています。
トルとは何ですか?
1トルは標準大気圧の正確に1/760です(≈133.322 Pa)。真空技術で一般的です。