Bộ chuyển đổi áp suất
Áp suất — từ pascal và psi đến atmosphere và torr
Hiểu về áp suất trong thời tiết, thủy lực, hàng không, hệ thống chân không và y tế. Chuyển đổi tự tin giữa Pa, kPa, bar, psi, atm, mmHg, inHg, v.v.
Nguyên tắc cơ bản về áp suất
Thủy tĩnh học
Các cột chất lỏng tạo ra áp suất tỷ lệ thuận với độ sâu và mật độ.
- p = ρ g h
- Nước: ~9.81 kPa mỗi mét
- 1 bar ≈ 10 m cột nước
Áp suất khí quyển
Ngành thời tiết sử dụng hPa (giống như mbar). Tiêu chuẩn ở mực nước biển là 1013.25 hPa.
- 1 atm = 101.325 kPa
- Áp suất thấp → bão
- Áp suất cao → thời tiết đẹp
Tương đối và tuyệt đối
Áp suất tương đối (hậu tố 'g') đo so với môi trường xung quanh. Áp suất tuyệt đối (hậu tố 'a') đo so với chân không.
- Tuyệt đối = Tương đối + Khí quyển
- Ở mực nước biển: thêm ~101.325 kPa (14.7 psi)
- Độ cao thay đổi đường cơ sở khí quyển
- Sử dụng kPa/hPa cho thời tiết, bar cho kỹ thuật, psi cho lốp xe
- Chỉ định tương đối và tuyệt đối để tránh những sai lầm lớn
- Chuyển đổi qua pascal (Pa) để rõ ràng
Mẹo ghi nhớ
Tính nhẩm nhanh
bar ↔ kPa
1 bar = 100 kPa chính xác. Chỉ cần dời dấu phẩy thập phân 2 vị trí.
psi ↔ kPa
1 psi ≈ 7 kPa. Nhân với 7 để ước tính sơ bộ.
atm ↔ kPa
1 atm ≈ 100 kPa. Khí quyển tiêu chuẩn gần bằng 1 bar.
mmHg ↔ Pa
760 mmHg = 1 atm ≈ 101 kPa. Mỗi mmHg ≈ 133 Pa.
inHg ↔ hPa
29.92 inHg = 1013 hPa (tiêu chuẩn). 1 inHg ≈ 34 hPa.
Cột nước
1 mét H₂O ≈ 10 kPa. Hữu ích cho các tính toán cột nước thủy lực.
Tham khảo áp suất trực quan
| Scenario | Pressure | Visual Reference |
|---|---|---|
| Mực nước biển | 1013 hPa (1 atm) | Đường cơ sở của bạn - áp suất khí quyển tiêu chuẩn |
| Lốp xe hơi | 32 psi (2.2 bar) | Khoảng 2 lần áp suất khí quyển |
| Đỉnh núi (3 km) | ~700 hPa | Ít hơn 30% áp suất không khí so với mực nước biển |
| Cơn bão mạnh | 950 hPa | Thấp hơn 6% so với bình thường - mang lại thời tiết xấu |
| Bình lặn (đầy) | 200 bar | 200 lần áp suất khí quyển - nén cực lớn |
| Buồng chân không | 10⁻⁶ Pa | Một phần nghìn tỷ của khí quyển - chân không gần như hoàn hảo |
| Biển sâu (10 km) | 1000 bar | 1000 lần áp suất khí quyển - độ sâu nghiền nát |
| Máy rửa áp lực | 2000 psi (138 bar) | 140 lần áp suất khí quyển - sức mạnh công nghiệp |
Những sai lầm phổ biến
- Nhầm lẫn giữa Tương đối và Tuyệt đốiFix: Luôn ghi rõ 'g' hoặc 'a' (ví dụ: barg/bara, kPag/kPaa). Tương đối = Tuyệt đối - Khí quyển.
- Trộn lẫn hPa và PaFix: 1 hPa = 100 Pa, không phải 1 Pa. Hectopascal có nghĩa là 100 pascal.
- Giả định mmHg ≡ TorrFix: Gần nhưng không giống hệt nhau: 1 torr = 1/760 atm chính xác; 1 mmHg ≈ 133.322 Pa (phụ thuộc vào nhiệt độ).
- Bỏ qua độ caoFix: Áp suất khí quyển giảm ~12% mỗi km. Việc chuyển đổi áp suất tương đối cần áp suất khí quyển tại địa phương.
- Cột nước mà không có mật độFix: Áp suất = ρgh. Nước tinh khiết ở 4°C ≠ nước biển ≠ nước nóng. Mật độ rất quan trọng!
- Sử dụng sai dải đo của áp kế chân khôngFix: Pirani hoạt động trong khoảng 10⁵–10⁻¹ Pa, áp kế Ion hoạt động trong khoảng 10⁻²–10⁻⁹ Pa. Sử dụng ngoài dải đo sẽ cho kết quả sai.
Tham khảo nhanh
Tương đối ↔ tuyệt đối
Tuyệt đối = Tương đối + Khí quyển
Ở mực nước biển: thêm 101.325 kPa hoặc 14.696 psi
- Điều chỉnh đường cơ sở theo độ cao
- Luôn ghi lại thang đo nào được sử dụng
Cột nước
Cột nước sang áp suất
- 1 mH₂O ≈ 9.80665 kPa
- 10 mH₂O ≈ ~1 bar
Chuyển đổi thời tiết
Cài đặt máy đo độ cao
- 1013 hPa = 29.92 inHg
- 1 inHg ≈ 33.8639 hPa
Kiến thức cơ bản về đo độ cao
QNH • QFE • QNE
Biết tham chiếu của bạn
- QNH: Áp suất mực nước biển (đặt máy đo độ cao theo độ cao của sân bay)
- QFE: Áp suất tại sân bay (máy đo độ cao đọc 0 tại sân bay)
- QNE: Tiêu chuẩn 1013.25 hPa / 29.92 inHg (mực bay)
Tính nhanh áp suất–độ cao
Quy tắc ngón tay cái
- ±1 inHg ≈ ∓1,000 ft chỉ định
- ±1 hPa ≈ ∓27 ft chỉ định
- Không khí lạnh/nóng: sai số mật độ ảnh hưởng đến độ cao thực
Thiết bị chân không
Pirani/nhiệt
Đo độ dẫn nhiệt của khí
- Dải đo: ~10⁵ → 10⁻¹ Pa (khoảng)
- Phụ thuộc vào khí; hiệu chuẩn theo loại khí
- Tuyệt vời cho chân không thô đến thấp
Ion/cực âm lạnh
Dòng ion hóa so với áp suất
- Dải đo: ~10⁻² → 10⁻⁹ Pa
- Nhạy cảm với ô nhiễm và các loại khí
- Sử dụng cách ly để bảo vệ ở áp suất cao
Áp kế điện dung
Độ lệch tuyệt đối của màng ngăn
- Độ chính xác cao; không phụ thuộc vào khí
- Dải đo trải rộng ~10⁻¹ → 10⁵ Pa
- Lý tưởng để kiểm soát quy trình
Những sai lầm phổ biến cần tránh
- Trộn lẫn thang đo tương đối/tuyệt đối (barg/bara, kPag/kPaa) khi chỉ định thiết bị
- Giả định mmHg ≡ torr trong mọi điều kiện (khác biệt nhỏ về định nghĩa)
- Nhầm lẫn hPa với Pa (1 hPa = 100 Pa, không phải 1 Pa)
- Bỏ qua độ cao khi chuyển đổi tương đối ↔ tuyệt đối
- Sử dụng chuyển đổi cột nước mà không điều chỉnh theo mật độ/nhiệt độ chất lỏng
- Sử dụng áp kế chân không ngoài dải đo chính xác của nó
Mỗi đơn vị phù hợp ở đâu
Hàng không & đo độ cao
Máy đo độ cao sử dụng inHg hoặc hPa được đặt theo QNH địa phương; áp suất ảnh hưởng đến độ cao chỉ định.
- 29.92 inHg = 1013 hPa tiêu chuẩn
- Áp suất cao/thấp làm thay đổi độ cao chỉ định
Y tế
Huyết áp sử dụng mmHg; hô hấp và CPAP sử dụng cmH₂O.
- Huyết áp thông thường 120/80 mmHg
- 5–20 cmH₂O cho CPAP
Kỹ thuật & thủy lực
Thiết bị xử lý và thủy lực thường sử dụng bar, MPa, hoặc psi.
- Đường ống thủy lực: hàng chục đến hàng trăm bar
- Bình áp lực được định mức bằng bar/psi
Thời tiết & khí hậu
Bản đồ thời tiết hiển thị áp suất mực nước biển bằng hPa hoặc mbar.
- Vùng áp thấp mạnh < 990 hPa
- Vùng áp cao mạnh > 1030 hPa
Chân không & phòng sạch
Công nghệ chân không sử dụng torr hoặc Pa trong các môi trường chân không thô, cao và siêu cao.
- Chân không thô: ~10³–10⁵ Pa
- Chân không siêu cao: < 10⁻⁶ Pa
So sánh áp suất qua các ứng dụng
| Ứng dụng | Pa | bar | psi | atm |
|---|---|---|---|---|
| Chân không hoàn hảo | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Chân không siêu cao | 10⁻⁷ | 10⁻¹² | 1.5×10⁻¹¹ | 10⁻¹² |
| Chân không cao (SEM) | 10⁻² | 10⁻⁷ | 1.5×10⁻⁶ | 10⁻⁷ |
| Chân không thấp (thô) | 10³ | 0.01 | 0.15 | 0.01 |
| Khí quyển mực nước biển | 101,325 | 1.01 | 14.7 | 1 |
| Lốp xe hơi (thông thường) | 220,000 | 2.2 | 32 | 2.2 |
| Lốp xe đạp (đường trường) | 620,000 | 6.2 | 90 | 6.1 |
| Máy rửa áp lực | 13.8 MPa | 138 | 2,000 | 136 |
| Bình lặn (đầy) | 20 MPa | 200 | 2,900 | 197 |
| Máy ép thủy lực | 70 MPa | 700 | 10,000 | 691 |
| Biển sâu (11 km) | 110 MPa | 1,100 | 16,000 | 1,086 |
| Buồng đe kim cương | 100 GPa | 10⁶ | 15×10⁶ | 10⁶ |
Dải chân không và áp suất
| Dải | Khoảng Pa | Ví dụ |
|---|---|---|
| Khí quyển | ~101 kPa | Không khí ở mực nước biển |
| Áp suất cao (công nghiệp) | > 1 MPa | Thủy lực, bình chứa |
| Chân không thô | 10³–10⁵ Pa | Máy bơm, khử khí |
| Chân không cao | 10⁻¹–10⁻³ Pa | SEM, lắng đọng |
| Chân không siêu cao | < 10⁻⁶ Pa | Khoa học bề mặt |
Cách hoạt động của việc chuyển đổi
- 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
Các chuyển đổi phổ biến
| Từ | Sang | Hệ số | Ví dụ |
|---|---|---|---|
| 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 |
Ví dụ nhanh
Các mốc hàng ngày
| Vật | Áp suất thông thường | Ghi chú |
|---|---|---|
| Khí quyển mực nước biển | 1013 hPa | Ngày tiêu chuẩn |
| Vùng áp cao mạnh | > 1030 hPa | Thời tiết đẹp |
| Vùng áp thấp mạnh | < 990 hPa | Bão |
| Lốp xe hơi | 30–35 psi | ~2–2.4 bar |
| Máy rửa áp lực | 1,500–3,000 psi | Các mẫu tiêu dùng |
| Bình lặn | 200–300 bar | Áp suất nạp |
Sự thật thú vị về áp suất
Bí ẩn hPa và mbar
1 hPa = 1 mbar chính xác — chúng giống hệt nhau! Khí tượng học đã chuyển từ mbar sang hPa để phù hợp với SI, nhưng về mặt số học chúng hoàn toàn giống nhau.
Tại sao y tế dùng mmHg?
Áp kế thủy ngân là tiêu chuẩn vàng trong hơn 300 năm. Mặc dù đã bị loại bỏ do độc tính, huyết áp vẫn được đo bằng mmHg trên toàn thế giới!
Quy tắc giảm một nửa theo độ cao
Áp suất khí quyển giảm đi một nửa sau mỗi 5.5 km (18,000 ft) độ cao. Tại đỉnh Everest (8.8 km), áp suất chỉ bằng 1/3 so với mực nước biển!
Lực nghiền nát ở biển sâu
Tại Rãnh Mariana (sâu 11 km), áp suất đạt 1,100 bar — đủ để nghiền nát một người ngay lập tức. Giống như có 1,100 kg đè lên mỗi centimet vuông!
Chân không trong không gian
Không gian vũ trụ có áp suất ~10⁻¹⁷ Pa — tức là thấp hơn 100 triệu nghìn tỷ lần so với khí quyển Trái đất. Máu của bạn sẽ sôi theo đúng nghĩa đen (ở nhiệt độ cơ thể)!
Nghịch lý áp suất lốp
Lốp xe hơi ở 32 psi thực ra đang chịu áp suất tuyệt đối là 46.7 psi (32 + 14.7 khí quyển). Chúng ta đo áp suất tương đối vì đó là áp suất 'thêm' để làm việc!
Tên gọi khiêm tốn của Pascal
Đơn vị pascal (Pa) được đặt theo tên của Blaise Pascal, người đã chứng minh sự tồn tại của áp suất khí quyển bằng cách mang một chiếc áp kế lên núi vào năm 1648. Khi đó ông mới 25 tuổi!
Phép màu của nồi áp suất
Ở 1 bar (15 psi) trên áp suất khí quyển, nước sôi ở 121°C thay vì 100°C. Điều này giúp giảm thời gian nấu nướng đến 70% — áp suất thực sự làm tăng tốc độ hóa học!
Kỷ lục & Cực hạn
| Kỷ lục | Áp suất | Ghi chú |
|---|---|---|
| Áp suất mực nước biển cao nhất | > 1080 hPa | Vùng áp cao Siberia (lịch sử) |
| Áp suất mực nước biển thấp nhất | ~870–880 hPa | Bão nhiệt đới mạnh |
| Biển sâu (~11 km) | ~1,100 bar | Rãnh Mariana |
Sự phát triển lịch sử của việc đo áp suất
1643
Sự ra đời của áp kế
Evangelista Torricelli phát minh ra áp kế thủy ngân khi nghiên cứu lý do tại sao máy bơm nước không thể nâng nước cao hơn 10 mét. Ông đã tạo ra chân không nhân tạo đầu tiên và thiết lập mmHg làm đơn vị áp suất đầu tiên.
Chứng minh rằng không khí có trọng lượng và áp suất, cách mạng hóa hiểu biết của chúng ta về khí quyển. Đơn vị torr (1/760 atm) được đặt theo tên ông để vinh danh.
1648
Thí nghiệm trên núi của Pascal
Blaise Pascal (25 tuổi) đã nhờ anh rể của mình mang một chiếc áp kế lên núi Puy de Dôme, chứng minh rằng áp suất khí quyển giảm theo độ cao. Thủy ngân đã giảm từ 760mm xuống còn 660mm ở đỉnh núi.
Thiết lập mối quan hệ giữa độ cao và áp suất, là nền tảng cho ngành hàng không và khí tượng học. Đơn vị pascal (Pa) vinh danh công trình của ông.
1662
Khám phá định luật Boyle
Robert Boyle phát hiện ra mối quan hệ tỷ lệ nghịch giữa áp suất và thể tích (PV = hằng số) bằng cách sử dụng các máy bơm chân không cải tiến và thiết bị ống chữ J.
Nền tảng của các định luật khí và nhiệt động lực học. Cho phép nghiên cứu khoa học về mối quan hệ áp suất-thể tích trong các khí bị giới hạn.
1849
Phát minh ống Bourdon
Eugène Bourdon được cấp bằng sáng chế cho áp kế ống Bourdon—một ống kim loại cong duỗi thẳng ra dưới áp suất. Đơn giản, chắc chắn và chính xác.
Thay thế các áp kế thủy ngân dễ vỡ trong các ứng dụng công nghiệp. Vẫn là thiết kế áp kế cơ học phổ biến nhất sau 175 năm.
1913
Tiêu chuẩn hóa Bar
Bar được định nghĩa chính thức là 10⁶ dyne/cm² (chính xác là 100 kPa), được chọn để gần với áp suất khí quyển cho tiện lợi.
Trở thành đơn vị kỹ thuật tiêu chuẩn trên khắp châu Âu. 1 bar ≈ 1 atmosphere giúp các kỹ sư tính nhẩm dễ dàng.
1971
Pascal là đơn vị SI
Pascal (Pa = N/m²) được chấp nhận là đơn vị SI chính thức cho áp suất, thay thế bar trong các bối cảnh khoa học.
Thống nhất việc đo áp suất với đơn vị lực của Newton. Tuy nhiên, bar vẫn chiếm ưu thế trong kỹ thuật do thang đo thuận tiện.
1980–1990
Chuyển đổi SI trong Khí tượng học
Các dịch vụ thời tiết trên toàn thế giới chuyển từ millibar (mbar) sang hectopascal (hPa). Vì 1 mbar = 1 hPa chính xác, tất cả dữ liệu lịch sử vẫn hợp lệ.
Quá trình chuyển đổi sang đơn vị SI diễn ra suôn sẻ. Hầu hết các bản đồ thời tiết hiện nay đều hiển thị hPa, mặc dù một số ngành hàng không vẫn sử dụng mbar hoặc inHg.
2000
Cách mạng áp suất MEMS
Hệ thống vi cơ điện tử (MEMS) cho phép tạo ra các cảm biến áp suất nhỏ, rẻ, chính xác. Được tìm thấy trong điện thoại thông minh (áp kế), ô tô (áp suất lốp), và các thiết bị đeo được.
Dân chủ hóa việc đo áp suất. Điện thoại thông minh của bạn có thể đo lường sự thay đổi độ cao chỉ 1 mét bằng cách sử dụng áp suất khí quyển.
Mẹo
- Luôn chỉ định tương đối (g) hoặc tuyệt đối (a)
- Sử dụng hPa cho thời tiết, kPa hoặc bar cho kỹ thuật, psi cho lốp xe
- Cột nước: ~9.81 kPa mỗi mét; hữu ích để kiểm tra sơ bộ
- Ký hiệu khoa học tự động: Các giá trị < 1 µPa hoặc > 1 GPa sẽ hiển thị dưới dạng ký hiệu khoa học để dễ đọc
Danh mục đơn vị
Hệ mét (SI)
| Đơn vị | Ký hiệu | Pascal | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| bar | bar | 100,000 | 100 kPa; đơn vị kỹ thuật thuận tiện. |
| kilopascal | kPa | 1,000 | 1,000 Pa; thang đo kỹ thuật. |
| megapascal | MPa | 1,000,000 | 1,000 kPa; hệ thống áp suất cao. |
| milibar | mbar | 100 | Millibar; khí tượng học cũ (1 mbar = 1 hPa). |
| pascal | Pa | 1 | Đơn vị cơ sở SI (N/m²). |
| gigapascal | GPa | 1.000e+9 | 1,000 MPa; ứng suất vật liệu. |
| hectopascal | hPa | 100 | Hectopascal; giống như mbar; sử dụng trong thời tiết. |
Hệ đo lường Anh / Mỹ
| Đơn vị | Ký hiệu | Pascal | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| pound trên mỗi inch vuông | psi | 6,894.76 | Pound trên inch vuông; lốp xe, thủy lực (có thể là tương đối hoặc tuyệt đối). |
| kilopound trên mỗi inch vuông | ksi | 6,894,760 | 1,000 psi; thông số kỹ thuật vật liệu và kết cấu. |
| pound trên mỗi foot vuông | psf | 47.8803 | Pound trên foot vuông; tải trọng tòa nhà. |
Atmosphere
| Đơn vị | Ký hiệu | Pascal | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| atmosphere (tiêu chuẩn) | atm | 101,325 | Khí quyển tiêu chuẩn = 101.325 kPa. |
| atmosphere (kỹ thuật) | at | 98,066.5 | Khí quyển kỹ thuật ≈ 98.0665 kPa. |
Cột thủy ngân
| Đơn vị | Ký hiệu | Pascal | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| inch thủy ngân | inHg | 3,386.39 | Inch thủy ngân; hàng không và thời tiết. |
| milimét thủy ngân | mmHg | 133.322 | Milimét thủy ngân; y tế và chân không. |
| torr | Torr | 133.322 | 1/760 của atm ≈ 133.322 Pa. |
| centimét thủy ngân | cmHg | 1,333.22 | Centimét thủy ngân; ít phổ biến hơn. |
Cột nước
| Đơn vị | Ký hiệu | Pascal | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| centimét nước | cmH₂O | 98.0665 | Centimét cột nước; hô hấp/CPAP. |
| foot nước | ftH₂O | 2,989.07 | Foot cột nước. |
| inch nước | inH₂O | 249.089 | Inch cột nước; thông gió và HVAC. |
| mét nước | mH₂O | 9,806.65 | Mét cột nước; thủy lực. |
| milimét nước | mmH₂O | 9.80665 | Milimét cột nước. |
Khoa học / CGS
| Đơn vị | Ký hiệu | Pascal | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| barye | Ba | 0.1 | Barye; 0.1 Pa (CGS). |
| dyne trên mỗi centimet vuông | dyn/cm² | 0.1 | Dyne trên cm²; 0.1 Pa (CGS). |
| kilogram-lực trên mỗi centimet vuông | kgf/cm² | 98,066.5 | Kilogram-lực trên cm² (không thuộc SI). |
| kilogram-lực trên mỗi mét vuông | kgf/m² | 9.80665 | Kilogram-lực trên m² (không thuộc SI). |
| kilogram-lực trên mỗi milimét vuông | kgf/mm² | 9,806,650 | Kilogram-lực trên mm² (không thuộc SI). |
| kilonewton trên mỗi mét vuông | kN/m² | 1,000 | Kilonewton trên m²; bằng kPa. |
| meganewton trên mỗi mét vuông | MN/m² | 1,000,000 | Meganewton trên m²; bằng MPa. |
| newton trên mỗi mét vuông | N/m² | 1 | Newton trên m²; bằng Pa (dạng dư thừa). |
| newton trên mỗi milimét vuông | N/mm² | 1,000,000 | Newton trên mm²; bằng MPa. |
| tấn-lực trên mỗi centimet vuông | tf/cm² | 98,066,500 | Tấn-lực trên cm² (không thuộc SI). |
| tấn-lực trên mỗi mét vuông | tf/m² | 9,806.65 | Tấn-lực trên m² (không thuộc SI). |
Câu hỏi thường gặp
Khi nào tôi nên sử dụng áp suất tuyệt đối và tương đối?
Sử dụng tuyệt đối cho nhiệt động lực học/chân không; tương đối cho các thông số thiết bị thực tế. Luôn ghi nhãn đơn vị với hậu tố 'a' hoặc 'g' (ví dụ: bara so với barg, kPaa so với kPag).
Tại sao phi công sử dụng inHg?
Các thang đo độ cao cũ dùng đơn vị inch thủy ngân; nhiều quốc gia sử dụng hPa (QNH).
Torr là gì?
1 torr chính xác bằng 1/760 của một khí quyển tiêu chuẩn (≈133.322 Pa). Phổ biến trong công nghệ chân không.
Danh Mục Công Cụ Toàn Diện
Tất cả 71 công cụ có sẵn trên UNITS