Paskal
Jednostka pochodna SI · wielkość: ciśnienie, naprężenie mechaniczne
01 · Definicja
Ciśnienie, jakie wywiera siła jednego niutona rozłożona równomiernie na metrze kwadratowym. Jednostka jest znikoma: atmosfera wokół nas to sto tysięcy paskali.
Małość paskala nie jest wadą, lecz następstwem uczciwej budowy układu: powstał z niutona i metra bez współczynników dopasowania. Praktyka radzi sobie przedrostkami — hektopaskale w prognozie pogody, kilopaskale w wentylacji, megapaskale w hydraulice, gigapaskale w materiałoznawstwie. Najważniejsza właściwość tej wielkości leży gdzie indziej: ciśnienie zależy nie od siły, lecz od tego, na jakie pole ta siła padła. Ta sama kobieta wgniata parkiet obcasem szpilką i nie zostawia śladu w tenisówkach, bo pole podparcia różni się dwustokrotnie.
W cieczy w spoczynku ciśnienie przenosi się jednakowo we wszystkie strony — to właśnie odkrył sam Pascal. Stąd prasa hydrauliczna: mały tłok naciska się ręką, a na dużym to samo ciśnienie, pomnożone przez większe pole, daje siłę dziesiątki razy większą. Podnośnik samochodowy, hamulce i każda prasa żyją tą regułą, która zarazem tłumaczy, dlaczego ciśnienie na dnie naczynia zależy tylko od wysokości słupa, a nie od tego, czy naczynie jest wąskie, czy szerokie.
02 · Przeliczanie
Paskale, bary, atmosfery, milimetry rtęci
Żadna branża nie używa czystego paskala: meteorologia liczy w hektopaskalach, oponiarze w barach, lekarze w milimetrach słupa rtęci, technika amerykańska w funtach na cal kwadratowy.
Atmosfera fizyczna jest określona jako dokładnie sto jeden tysięcy trzysta dwadzieścia pięć paskali — to ciśnienie słupa rtęci o wysokości siedmiuset sześćdziesięciu milimetrów przy zerze stopni i normalnym przyspieszeniu ziemskim. Atmosfera techniczna to co innego: kilogram-siła na centymetr kwadratowy, dziewięćdziesiąt osiem tysięcy sześćdziesiąt sześć i pół paskala. Różnica wynosi trzy procent, a na starych radzieckich tabliczkach spotyka się obie.
| Jednostka | Nazwa | Wartość | Gdzie występuje |
|---|---|---|---|
| Pa | paskal, jednostka SI | 101325 | obliczenia fizyczne |
| hPa | hektopaskal | 1013 | prognoza pogody |
| kPa | kilopaskal | 101,33 | wentylacja, medycyna |
| MPa | megapaskal | 0,1013 | hydraulika, wytrzymałość |
| GPa | gigapaskal | 1,013·10⁻⁴ | moduł sprężystości materiałów |
| N/m² | niuton na metr kwadratowy | 101325 | to samo co paskal |
| bar | bar | 1,01 | technika, meteorologia przed SI |
| atm | atmosfera fizyczna | 1 | chemia, warunki odniesienia |
| at | atmosfera techniczna, kG/cm² | 1,03 | radzieckie tabliczki znamionowe |
| mmHg | milimetr słupa rtęci, tor | 760 | medycyna, technika próżniowa |
| psi | funt na cal kwadratowy | 14,7 | technika anglojęzyczna |
| Ba | bar (baria), układ CGS | 1013250 | akustyka i fizyka przed SI |
Niuton na metr kwadratowy i paskal to jedno i to samo, różnica jest tylko w zapisie. Hektopaskal liczbowo równa się milibarowi, dlatego przejście meteorologów na SI nie wymagało zmiany przywykłych liczb
03 · Rzędy wielkości
od próżni w akceleratorze po wnętrze SłońcaSto jeden tysięcy trzysta dwadzieścia pięć — atmosfera na poziomie morza
04 · Przyrządy pomiarowe
Czym mierzy się ciśnienie
Pusta rurka o owalnym przekroju, zwinięta w łuk, pod ciśnieniem dąży do wyprostowania, a ten ruch przez dźwignię przenosi się na wskazówkę. Wynaleziony w 1849 roku i od tamtej pory prawie niezmieniony: na każdej sprężarce i butli gazowej stoi właśnie on.
Karbowana puszka z wypompowanym powietrzem ściska się i rozpręża w ślad za atmosferą; sprężyna nie pozwala jej się zapaść. Przyrząd bez jednej kropli rtęci — stąd nazwa aneroid, czyli bezcieczowy.
Wytrawiona w krzemie membrana ugina się o mikrometry, a wbudowane w nią rezystory zmieniają rezystancję. Takie czujniki są w telefonie, samochodzie i stacji pogodowej, a kosztują mniej niż manometr wskazówkowy.
Przy niskich ciśnieniach membrany już się nie ugnie i mierzy się inaczej: po odprowadzaniu ciepła z rozgrzanego drutu. Im rzadszy gaz, tym gorzej unosi ciepło, a po mocy grzania sądzi się o ciśnieniu aż do tysięcznych części paskala.
05 · Zasady zapisu
Wielkie P, małe a
Oznaczenie pochodzi od nazwiska i dlatego zaczyna się wielką literą, a druga jest mała: Pa. Przedrostek pisze się łącznie i bez spacji, przy czym kilo małą literą, a mega i giga wielkimi: kPa, MPa, GPa. Oznaczenie rosyjskie to Па.
Małe m oznacza mili, więc megapaskale zapisane jako mPa zamieniają się w milipaskale — błąd miliardkrotny. Trzeci przykład jest niepełny: w technice niemal zawsze podaje się nadciśnienie, liczone od atmosfery, a bez adnotacji liczba jest dwuznaczna. Ciśnienie bezwzględne oznacza się literą a, nadciśnienie literą g, co w dokumentacji anglojęzycznej wygląda jak psia i psig.
06 · Jednostki sąsiednie
Bar jest wygodny bliskością atmosfery, atmosfera jest przywiązana do słupa rtęci, a paskal jako jedyny wywodzi się z układu bez dopasowań.
sto tysięcy paskali
niuton na metr²
760 mm rtęci
W sąsiednich kartach Simetrium: niuton, z którego zbudowany jest paskal, bar i atmosfera jako jednostki spoza SI o tym samym przeznaczeniu, psi dla techniki anglojęzycznej oraz milimetr słupa rtęci dla medycyny.
07 · Dział historyczny
Jak uznano, że powietrze waży
Uczeń Galileusza zatopił rurkę z rtęcią i odwrócił ją do naczynia: słup opadł do siedmiuset sześćdziesięciu milimetrów i stanął. Nad nim została pustka, którą nauka do tamtej pory uważała za niemożliwą.
Blaise Pascal poprosił szwagra, by wniósł barometr na szczyt wulkanu w Owernii. Słup rtęci opadł o osiem centymetrów: powietrze nad górą naciska słabiej niż nad doliną, a więc atmosfera ma ciężar.
Inżynierowie liczyli w kilogramach-siłach na centymetr kwadratowy, meteorolodzy wprowadzili bar i milibar, lekarze zostali przy milimetrach rtęci. Ten sam manometr w różnych krajach miał różne podziałki.
Czternasta Konferencja Generalna nadała jednostce własną nazwę, choć w układzie istniała od sześćdziesiątego roku. Meteorolodzy przeszli na hektopaskale bezboleśnie: hektopaskal liczbowo równa się milibarowi.
Bezwzględne, względne i to, co pokazuje przyrząd
Niemal każdy manometr mierzy nie ciśnienie, lecz różnicę: wewnątrz rurki wobec zewnątrz. Dlatego spuszczone koło wskazuje zero, choć powietrze w nim jest, a domowy ciśnieniomierz daje sto dwadzieścia milimetrów ponad atmosferyczne siedemset sześćdziesiąt. Ciśnienie bezwzględne otrzymuje się, dodając atmosferyczne, i to właśnie ono wchodzi do równań stanu gazu — mylenie obu odniesień pozostaje najczęstszym błędem w obliczeniach cieplnych. Osobna subtelność dotyczy słupa rtęci: jego wysokość zależy od gęstości rtęci, a ta od temperatury, dlatego definicja zastrzega zero stopni i normalne przyspieszenie ziemskie. Medycyna tę poprawkę pomija, metrologia nie, a wzorce pierwotne ciśnienia buduje się dziś nie na rtęci, lecz na wagach ciśnieniowych, gdzie ciśnienie zadają odważniki o znanej masie na tłoku o dokładnie zmierzonym polu.
Katalog · jednostki miary
Karta dla każdej wielkości
Siedem jednostek podstawowych SI, dwadzieścia dwie pochodne z własnymi nazwami oraz jednostki spoza układu, bez których nie obejdzie się ani technika, ani życie codzienne. Każda ma osobny arkusz: definicja, przeliczanie, przyrządy, zasady zapisu. W 19 językach.
Jednostki pochodne SI z własną nazwą
otwarta karta paskalaJednostki podstawowe SI
terakotą — kilogram, metr i sekunda, z których złożony jest paskalJednostki spoza SI
terakotą — jednostki ciśnienia innych układówJęzyk karty
19 języków. Oznaczenie Pa jest międzynarodowe, ale przywykła jednostka codzienna bywa różna: hektopaskale w europejskiej prognozie, cale rtęci w amerykańskiej, milimetry rtęci w rosyjskiej.