Kigeuzi cha Shinikizo
Shinikizo — kutoka pascali na psi hadi angahewa na torr
Elewa shinikizo katika hali ya hewa, haidroliki, anga, mifumo ya utupu, na dawa. Badilisha kwa ujasiri kati ya Pa, kPa, bar, psi, atm, mmHg, inHg, na zaidi.
Misingi ya Shinikizo
Haidrostatiki
Nguzo za majimaji huunda shinikizo linalolingana na kina na msongamano.
- p = ρ g h
- Maji: ~9.81 kPa kwa kila mita
- 1 bar ≈ mita 10 za kichwa cha maji
Shinikizo la anga
Hali ya hewa hutumia hPa (sawa na mbar). Kiwango cha usawa wa bahari ni 1013.25 hPa.
- 1 atm = 101.325 kPa
- Shinikizo la chini → dhoruba
- Shinikizo la juu → hali ya hewa nzuri
Geji dhidi ya kamili
Shinikizo la geji (kiambishi 'g') hupima jamaa na mazingira. Shinikizo kamili (kiambishi 'a') hupima jamaa na utupu.
- Kamili = Geji + Angahewa
- Katika usawa wa bahari: ongeza ~101.325 kPa (14.7 psi)
- Mwinuko hubadilisha msingi wa angahewa
- Tumia kPa/hPa kwa hali ya hewa, bar kwa uhandisi, psi kwa matairi
- Bainisha geji dhidi ya kamili ili kuepuka makosa makubwa
- Badilisha kupitia pascali (Pa) kwa uwazi
Misaada ya Kumbukumbu
Hesabu za Haraka za Akili
bar ↔ kPa
1 bar = 100 kPa hasa. Sogeza tu desimali sehemu 2.
psi ↔ kPa
1 psi ≈ 7 kPa. Zidisha kwa 7 kwa makadirio mabaya.
atm ↔ kPa
1 atm ≈ 100 kPa. Angahewa ya kawaida iko karibu na 1 bar.
mmHg ↔ Pa
760 mmHg = 1 atm ≈ 101 kPa. Kila mmHg ≈ 133 Pa.
inHg ↔ hPa
29.92 inHg = 1013 hPa (kawaida). 1 inHg ≈ 34 hPa.
Kichwa cha maji
Mita 1 H₂O ≈ 10 kPa. Inafaa kwa hesabu za kichwa cha haidroliki.
Marejeleo ya Shinikizo la Kuona
| Scenario | Pressure | Visual Reference |
|---|---|---|
| Usawa wa Bahari | 1013 hPa (1 atm) | Msingi wako - shinikizo la kawaida la angahewa |
| Tairi la Gari | 32 psi (2.2 bar) | Takriban 2× shinikizo la angahewa |
| Kilele cha Mlima (km 3) | ~700 hPa | Shinikizo la hewa chini ya 30% kuliko usawa wa bahari |
| Dhoruba Kali | 950 hPa | 6% chini ya kawaida - huleta hali ya hewa mbaya |
| Tangi la Scuba (Limejaa) | 200 bar | 200× angahewa - mgandamizo mkubwa |
| Chumba cha Utupu | 10⁻⁶ Pa | Trilioni moja ya angahewa - karibu utupu kamili |
| Bahari Kuu (km 10) | 1000 bar | 1000× angahewa - kina cha kusagwa |
| Osha ya Shinikizo | 2000 psi (138 bar) | 140× angahewa - nguvu ya viwanda |
Mitego ya Kawaida
- Mchanganyiko wa Geji dhidi ya KamiliFix: Daima taja 'g' au 'a' (k.m., barg/bara, kPag/kPaa). Geji = Kamili - Angahewa.
- Kuchanganya hPa na PaFix: 1 hPa = 100 Pa, sio 1 Pa. Hektopascali inamaanisha pascali 100.
- Kudhani mmHg ≡ TorrFix: Karibu lakini sio sawa: 1 torr = 1/760 atm hasa; 1 mmHg ≈ 133.322 Pa (inategemea joto).
- Kupuuza MwinukoFix: Shinikizo la angahewa hupungua ~12% kwa kila kilomita. Ubadilishaji wa geji unahitaji shinikizo la angahewa la ndani.
- Kichwa cha Maji Bila MsongamanoFix: Shinikizo = ρgh. Maji safi katika 4°C ≠ maji ya bahari ≠ maji ya moto. Msongamano ni muhimu!
- Kutumia Masafa Mabaya ya Geji ya UtupuFix: Pirani inafanya kazi 10⁵–10⁻¹ Pa, geji ya Ion 10⁻²–10⁻⁹ Pa. Kutumia nje ya masafa kunatoa usomaji wa uwongo.
Rejea ya Haraka
Geji ↔ kamili
Kamili = Geji + Angahewa
Katika usawa wa bahari: ongeza 101.325 kPa au 14.696 psi
- Rekebisha msingi kwa mwinuko
- Daima andika ni mizani ipi
Kichwa cha maji
Kichwa cha maji kwa shinikizo
- 1 mH₂O ≈ 9.80665 kPa
- 10 mH₂O ≈ ~1 bar
Ubadilishaji wa hali ya hewa
Mipangilio ya Altimita
- 1013 hPa = 29.92 inHg
- 1 inHg ≈ 33.8639 hPa
Utangulizi wa Altimetri
QNH • QFE • QNE
Jua rejeleo lako
- QNH: Shinikizo la usawa wa bahari (huweka altimita kwa mwinuko wa uwanja)
- QFE: Shinikizo la uwanja (altimita inasoma 0 kwenye uwanja)
- QNE: Kawaida 1013.25 hPa / 29.92 inHg (viwango vya ndege)
Hesabu za haraka za shinikizo-mwinuko
Kanuni za kidole gumba
- ±1 inHg ≈ ∓futi 1,000 zilizoonyeshwa
- ±1 hPa ≈ ∓futi 27 zilizoonyeshwa
- Hewa baridi/moto: makosa ya msongamano huathiri mwinuko halisi
Vyombo vya Utupu
Pirani/joto
Hupima upitishaji joto wa gesi
- Masafa: ~10⁵ → 10⁻¹ Pa (takriban)
- Inategemea gesi; sanifisha kwa aina ya gesi
- Nzuri kwa utupu mbaya hadi wa chini
Ion/katodi-baridi
Mkondo wa ujonishaji dhidi ya shinikizo
- Masafa: ~10⁻² → 10⁻⁹ Pa
- Nyeti kwa uchafuzi na spishi za gesi
- Tumia na utengaji kulinda kwenye shinikizo la juu
Manomita ya Uwezo
Mkengeuko kamili wa kiwambo
- Usahihi wa hali ya juu; haitegemei gesi
- Masafa yanaenea ~10⁻¹ → 10⁵ Pa
- Inafaa kwa udhibiti wa mchakato
Makosa ya Kawaida ya Kuepuka
- Kuchanganya mizani ya geji/kamili (barg/bara, kPag/kPaa) wakati wa kubainisha vifaa
- Kudhani mmHg ≡ torr chini ya hali zote (tofauti ndogo za ufafanuzi)
- Kuchanganya hPa na Pa (1 hPa = 100 Pa, sio 1 Pa)
- Kupuuza mwinuko wakati wa kubadilisha geji ↔ kamili
- Kutumia ubadilishaji wa kichwa cha maji bila kusahihisha msongamano/joto la majimaji
- Kutumia geji ya utupu nje ya masafa yake sahihi
Wapi Kila Kitengo Kinafaa
Anga na altimetri
Altimita hutumia inHg au hPa iliyowekwa kwa QNH ya ndani; shinikizo huathiri mwinuko ulioonyeshwa.
- 29.92 inHg = 1013 hPa kawaida
- Shinikizo la juu/chini hubadilisha mwinuko ulioonyeshwa
Dawa
Shinikizo la damu hutumia mmHg; kupumua na CPAP hutumia cmH₂O.
- BP ya kawaida 120/80 mmHg
- 5–20 cmH₂O kwa CPAP
Uhandisi na haidroliki
Vifaa vya mchakato na haidroliki mara nyingi hutumia bar, MPa, au psi.
- Laini za haidroliki: makumi hadi mamia ya baa
- Vyombo vya shinikizo vimepimwa katika bar/psi
Hali ya hewa na hali ya hewa
Ramani za hali ya hewa zinaonyesha shinikizo la usawa wa bahari katika hPa au mbar.
- Viwango vya chini < 990 hPa
- Viwango vya juu > 1030 hPa
Utupu na vyumba safi
Teknolojia ya utupu hutumia torr au Pa katika utupu mbaya, wa juu, na wa juu sana.
- Utupu mbaya: ~10³–10⁵ Pa
- UHV: < 10⁻⁶ Pa
Ulinganisho wa Shinikizo Katika Matumizi
| Matumizi | Pa | bar | psi | atm |
|---|---|---|---|---|
| Utupu kamili | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Utupu wa juu sana | 10⁻⁷ | 10⁻¹² | 1.5×10⁻¹¹ | 10⁻¹² |
| Utupu wa juu (SEM) | 10⁻² | 10⁻⁷ | 1.5×10⁻⁶ | 10⁻⁷ |
| Utupu wa chini (mbaya) | 10³ | 0.01 | 0.15 | 0.01 |
| Angahewa ya usawa wa bahari | 101,325 | 1.01 | 14.7 | 1 |
| Tairi la gari (kawaida) | 220,000 | 2.2 | 32 | 2.2 |
| Tairi la baiskeli (barabara) | 620,000 | 6.2 | 90 | 6.1 |
| Osha ya shinikizo | 13.8 MPa | 138 | 2,000 | 136 |
| Tangi la scuba (limejaa) | 20 MPa | 200 | 2,900 | 197 |
| Vyombo vya habari vya haidroliki | 70 MPa | 700 | 10,000 | 691 |
| Bahari kuu (km 11) | 110 MPa | 1,100 | 16,000 | 1,086 |
| Seli ya almasi | 100 GPa | 10⁶ | 15×10⁶ | 10⁶ |
Masafa ya Utupu na Shinikizo
| Masafa | Takriban Pa | Mifano |
|---|---|---|
| Angahewa | ~101 kPa | Hewa ya usawa wa bahari |
| Shinikizo la juu (viwandani) | > 1 MPa | Haidroliki, vyombo |
| Utupu mbaya | 10³–10⁵ Pa | Pampu, kuondoa gesi |
| Utupu wa juu | 10⁻¹–10⁻³ Pa | SEM, uwekaji |
| Utupu wa juu sana | < 10⁻⁶ Pa | Sayansi ya uso |
Jinsi Ubadilishaji Unavyofanya Kazi
- 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
Ubadilishaji wa Kawaida
| Kutoka | Kwa | Sababu | Mfano |
|---|---|---|---|
| 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 |
Mifano ya Haraka
Alama za Kila Siku
| Kitu | Shinikizo la kawaida | Vidokezo |
|---|---|---|
| Angahewa ya usawa wa bahari | 1013 hPa | Siku ya kawaida |
| Juu kali | > 1030 hPa | Hali ya hewa nzuri |
| Chini kali | < 990 hPa | Dhoruba |
| Tairi la gari | 30–35 psi | ~2–2.4 bar |
| Osha ya shinikizo | 1,500–3,000 psi | Mifano ya watumiaji |
| Tangi la scuba | 200–300 bar | Shinikizo la kujaza |
Mambo ya Kushangaza ya Shinikizo
Siri ya hPa dhidi ya mbar
1 hPa = 1 mbar hasa — ni sawa! Hali ya hewa ilibadilika kutoka mbar hadi hPa kwa uthabiti wa SI, lakini ni sawa kwa nambari.
Kwa nini mmHg katika Dawa?
Manomita za zebaki zilikuwa kiwango cha dhahabu kwa zaidi ya miaka 300. Licha ya kuondolewa kwa sababu ya sumu, shinikizo la damu bado linapimwa kwa mmHg ulimwenguni kote!
Kanuni ya Kupunguza Nusu ya Mwinuko
Shinikizo la angahewa hupungua kwa nusu takriban kila kilomita 5.5 (futi 18,000) za mwinuko. Kwenye kilele cha Mlima Everest (km 8.8), shinikizo ni 1/3 tu ya usawa wa bahari!
Nguvu ya Kusagwa ya Bahari Kuu
Katika Mfereji wa Mariana (kina cha km 11), shinikizo hufikia baa 1,100 — ya kutosha kumponda mwanadamu mara moja. Ni kama kuwa na kilo 1,100 zikiketi kwenye kila sentimita ya mraba!
Utupu wa Anga
Anga ya nje ina shinikizo la ~10⁻¹⁷ Pa — hiyo ni mara trilioni milioni 100 chini ya angahewa ya Dunia. Damu yako ingechemka kihalisi (katika joto la mwili)!
Kitendawili cha Shinikizo la Tairi
Tairi la gari katika psi 32 kwa kweli linapata psi 46.7 kamili (32 + 14.7 angahewa). Tunapima shinikizo la geji kwa sababu ni shinikizo la 'ziada' linalofanya kazi!
Jina la Unyenyekevu la Pascal
Pascali (Pa) imepewa jina la Blaise Pascal, ambaye alithibitisha kuwepo kwa shinikizo la angahewa kwa kubeba baromita juu ya mlima mnamo 1648. Alikuwa na umri wa miaka 25 tu!
Uchawi wa Jiko la Shinikizo
Katika bar 1 (15 psi) juu ya angahewa, maji huchemka kwa 121°C badala ya 100°C. Hii inapunguza muda wa kupika kwa 70% — shinikizo kihalisi huharakisha kemia!
Rekodi na Vipeo
| Rekodi | Shinikizo | Vidokezo |
|---|---|---|
| Shinikizo la juu zaidi la usawa wa bahari | > 1080 hPa | Viwango vya juu vya Siberia (kihistoria) |
| Shinikizo la chini zaidi la usawa wa bahari | ~870–880 hPa | Vimbunga vikali vya tropiki |
| Bahari kuu (~km 11) | ~1,100 bar | Mfereji wa Mariana |
Mageuzi ya Kihistoria ya Upimaji wa Shinikizo
1643
Kuzaliwa kwa Baromita
Evangelista Torricelli anavumbua baromita ya zebaki anapochunguza kwa nini pampu za maji hazikuweza kuinua maji zaidi ya mita 10. Anatengeneza utupu wa kwanza wa bandia na kuanzisha mmHg kama kitengo cha kwanza cha shinikizo.
Ilithibitisha kuwa hewa ina uzito na shinikizo, na kubadilisha uelewa wetu wa angahewa. Kitengo cha torr (1/760 atm) kilipewa jina kwa heshima yake.
1648
Jaribio la Mlima la Pascal
Blaise Pascal (umri wa miaka 25) anamwomba shemeji yake kubeba baromita juu ya mlima wa Puy de Dôme, akithibitisha kuwa shinikizo la anga hupungua kadiri mwinuko unavyoongezeka. Zebaki ilishuka kutoka 760mm hadi 660mm kwenye kilele.
Ilianzisha uhusiano kati ya mwinuko na shinikizo, msingi wa anga na hali ya hewa. Kitengo cha pascal (Pa) kinaheshimu kazi yake.
1662
Ugunduzi wa Sheria ya Boyle
Robert Boyle anagundua uhusiano wa kinyume kati ya shinikizo na ujazo (PV = mara kwa mara) akitumia pampu za utupu zilizoboreshwa na vifaa vya J-tube.
Msingi wa sheria za gesi na thermodanamiki. Iliwezesha utafiti wa kisayansi wa uhusiano wa shinikizo-ujazo katika gesi zilizofungwa.
1849
Uvumbuzi wa Tube ya Bourdon
Eugène Bourdon anapata hati miliki ya geji ya Bourdon tube—tube ya chuma iliyopinda ambayo hunyooka chini ya shinikizo. Rahisi, imara, na sahihi.
Ilibadilisha manomita za zebaki dhaifu katika matumizi ya viwandani. Bado ni muundo wa kawaida zaidi wa geji ya shinikizo la mitambo miaka 175 baadaye.
1913
Usanifishaji wa Baa
Baa inafafanuliwa rasmi kama 10⁶ dyne/cm² (sawa na 100 kPa), iliyochaguliwa kuwa karibu na shinikizo la anga kwa urahisi.
Ikawa kitengo cha uhandisi cha kawaida kote Ulaya. 1 bar ≈ angahewa 1 ilifanya hesabu za akili kuwa rahisi kwa wahandisi.
1971
Pascal kama Kitengo cha SI
Pascal (Pa = N/m²) inapitishwa kama kitengo rasmi cha SI kwa shinikizo, ikichukua nafasi ya baa katika miktadha ya kisayansi.
Iliunganisha upimaji wa shinikizo na kitengo cha nguvu cha Newton. Hata hivyo, baa inabaki kuwa kuu katika uhandisi kutokana na ukubwa wake unaofaa.
1980s–1990s
Mpito wa SI wa Hali ya Hewa
Huduma za hali ya hewa duniani kote zinabadilika kutoka milibaa (mbar) hadi hektopascali (hPa). Kwa kuwa 1 mbar = 1 hPa hasa, data zote za kihistoria zilibaki halali.
Mpito usio na maumivu kwa vitengo vya SI. Ramani nyingi za hali ya hewa sasa zinaonyesha hPa, ingawa baadhi ya anga bado hutumia mbar au inHg.
2000s
Mapinduzi ya Shinikizo la MEMS
Mifumo ya micro-electromechanical (MEMS) inawezesha sensorer ndogo, za bei nafuu, na sahihi za shinikizo. Zinapatikana katika simu janja (baromita), magari (shinikizo la tairi), na vifaa vya kuvaliwa.
Ilifanya upimaji wa shinikizo kuwa wa kidemokrasia. Simu yako janja inaweza kupima mabadiliko ya mwinuko wa mita 1 tu kwa kutumia shinikizo la anga.
Vidokezo
- Daima taja geji (g) au kamili (a)
- Tumia hPa kwa hali ya hewa, kPa au bar kwa uhandisi, psi kwa matairi
- Kichwa cha maji: ~9.81 kPa kwa kila mita; inasaidia kwa ukaguzi mbaya
- Nukuu ya kisayansi kiotomatiki: Thamani < 1 µPa au > 1 GPa huonyeshwa kama nukuu ya kisayansi kwa usomaji rahisi
Katalogi ya Vitengo
Metriki (SI)
| Kitengo | Alama | Pascali | Vidokezo |
|---|---|---|---|
| bar | bar | 100,000 | kPa 100; kitengo cha uhandisi kinachofaa. |
| kilopascal | kPa | 1,000 | Pascali 1,000; ukubwa wa uhandisi. |
| megapascal | MPa | 1,000,000 | kPa 1,000; mifumo ya shinikizo la juu. |
| milibar | mbar | 100 | Milibaa; hali ya hewa ya zamani (1 mbar = 1 hPa). |
| pascal | Pa | 1 | Kitengo cha msingi cha SI (N/m²). |
| gigapascal | GPa | 1.000e+9 | MPa 1,000; mikazo ya nyenzo. |
| hektopascal | hPa | 100 | Hektopascali; sawa na mbar; hutumika katika hali ya hewa. |
Kifalme / Marekani
| Kitengo | Alama | Pascali | Vidokezo |
|---|---|---|---|
| pauni kwa inchi ya mraba | psi | 6,894.76 | Paundi kwa kila inchi ya mraba; matairi, haidroliki (inaweza kuwa geji au kamili). |
| kilopauni kwa inchi ya mraba | ksi | 6,894,760 | psi 1,000; vipimo vya nyenzo na miundo. |
| pauni kwa futi ya mraba | psf | 47.8803 | Paundi kwa kila futi ya mraba; mizigo ya jengo. |
Angahewa
| Kitengo | Alama | Pascali | Vidokezo |
|---|---|---|---|
| angahewa (kawaida) | atm | 101,325 | Angahewa ya kawaida = 101.325 kPa. |
| angahewa (kiufundi) | at | 98,066.5 | Angahewa ya kiufundi ≈ 98.0665 kPa. |
Safu ya Zebaki
| Kitengo | Alama | Pascali | Vidokezo |
|---|---|---|---|
| inchi ya zebaki | inHg | 3,386.39 | Inchi ya zebaki; anga na hali ya hewa. |
| milimita ya zebaki | mmHg | 133.322 | Milimita ya zebaki; dawa na utupu. |
| torr | Torr | 133.322 | 1/760 ya atm ≈ 133.322 Pa. |
| sentimita ya zebaki | cmHg | 1,333.22 | Sentimita ya zebaki; si kawaida sana. |
Safu ya Maji
| Kitengo | Alama | Pascali | Vidokezo |
|---|---|---|---|
| sentimita ya maji | cmH₂O | 98.0665 | Sentimita ya kichwa cha maji; kupumua/CPAP. |
| futi ya maji | ftH₂O | 2,989.07 | Futi ya kichwa cha maji. |
| inchi ya maji | inH₂O | 249.089 | Inchi ya kichwa cha maji; uingizaji hewa na HVAC. |
| mita ya maji | mH₂O | 9,806.65 | Mita ya kichwa cha maji; haidroliki. |
| milimita ya maji | mmH₂O | 9.80665 | Milimita ya kichwa cha maji. |
Kisayansi / CGS
| Kitengo | Alama | Pascali | Vidokezo |
|---|---|---|---|
| barye | Ba | 0.1 | Barye; 0.1 Pa (CGS). |
| dyne kwa sentimita ya mraba | dyn/cm² | 0.1 | Dyne kwa kila cm²; 0.1 Pa (CGS). |
| kilogramu-nguvu kwa sentimita ya mraba | kgf/cm² | 98,066.5 | Kilogramu-nguvu kwa kila cm² (isiyo ya SI). |
| kilogramu-nguvu kwa mita ya mraba | kgf/m² | 9.80665 | Kilogramu-nguvu kwa kila m² (isiyo ya SI). |
| kilogramu-nguvu kwa milimita ya mraba | kgf/mm² | 9,806,650 | Kilogramu-nguvu kwa kila mm² (isiyo ya SI). |
| kilonewton kwa mita ya mraba | kN/m² | 1,000 | Kilonewton kwa kila m²; sawa na kPa. |
| meganewton kwa mita ya mraba | MN/m² | 1,000,000 | Meganewton kwa kila m²; sawa na MPa. |
| newton kwa mita ya mraba | N/m² | 1 | Newton kwa kila m²; sawa na Pa (fomu isiyo ya lazima). |
| newton kwa milimita ya mraba | N/mm² | 1,000,000 | Newton kwa kila mm²; sawa na MPa. |
| tani-nguvu kwa sentimita ya mraba | tf/cm² | 98,066,500 | Tani-nguvu kwa kila cm² (isiyo ya SI). |
| tani-nguvu kwa mita ya mraba | tf/m² | 9,806.65 | Tani-nguvu kwa kila m² (isiyo ya SI). |
Maswali Yanayoulizwa Mara kwa Mara
Ni wakati gani ninapaswa kutumia kamili dhidi ya geji?
Tumia kamili kwa thermodanamiki/utupu; geji kwa ukadiriaji wa vifaa vya vitendo. Daima weka lebo kwenye vitengo vyenye kiambishi 'a' au 'g' (k.m., bara dhidi ya barg, kPaa dhidi ya kPag).
Kwa nini marubani hutumia inHg?
Mizani ya zamani ya altimetri iko katika inchi za zebaki; nchi nyingi hutumia hPa (QNH).
Torr ni nini?
1 torr ni hasa 1/760 ya angahewa ya kawaida (≈133.322 Pa). Kawaida katika teknolojia ya utupu.
Saraka Kamili ya Zana
Zana zote 71 zinazopatikana kwenye UNITS