Паскаль
Производная единица СИ · величина: давление, механическое напряжение
01 · Определение
Давление, которое создаёт сила в один ньютон, равномерно распределённая по площади в квадратный метр. Единица крошечная: атмосфера вокруг нас — это сто тысяч паскалей.
Мелкость паскаля не недостаток, а следствие честного построения системы: он собран из ньютона и метра без подгоночных множителей. Практика обходится приставками — гектопаскалями в метеосводке, килопаскалями в вентиляции, мегапаскалями в гидравлике, гигапаскалями в материаловедении. Главное же свойство величины в другом: давление зависит не от силы, а от того, на какую площадь эта сила легла. Одна и та же женщина продавливает паркет каблуком-шпилькой и не оставляет следа в кроссовках, потому что площадь опоры различается в двести раз.
В покоящейся жидкости давление передаётся одинаково по всем направлениям — это и открыл сам Паскаль. Отсюда гидравлический пресс: на малый поршень давят рукой, на большом та же величина давления, помноженная на большую площадь, даёт силу в десятки раз больше. Автомобильный домкрат, тормоза и любой пресс живут этим правилом, а заодно оно объясняет, почему давление на дне сосуда зависит только от высоты столба, но не от того, узкий сосуд или широкий.
02 · Пересчёт
Паскали, бары, атмосферы, миллиметры ртути
Ни одна отрасль не пользуется паскалем в чистом виде: метеорология считает гектопаскалями, шинники барами, медики миллиметрами ртутного столба, американская техника фунтами на квадратный дюйм.
Физическая атмосфера определена как ровно сто одна тысяча триста двадцать пять паскалей — это давление столба ртути высотой семьсот шестьдесят миллиметров при нуле градусов и стандартном ускорении свободного падения. Техническая атмосфера — другое: килограмм-сила на квадратный сантиметр, девяносто восемь тысяч шестьдесят шесть с половиной паскалей. Разница в три процента, и в старых советских паспортах оборудования встречаются обе.
| Единица | Название | Значение | Где встречается |
|---|---|---|---|
| Pa | паскаль, единица СИ | 101325 | физические расчёты |
| hPa | гектопаскаль | 1013 | сводка погоды |
| kPa | килопаскаль | 101,33 | вентиляция, медицина |
| MPa | мегапаскаль | 0,1013 | гидравлика, прочность |
| GPa | гигапаскаль | 1,013·10⁻⁴ | модуль упругости материалов |
| N/m² | ньютон на квадратный метр | 101325 | то же, что паскаль |
| bar | бар | 1,01 | техника, метеорология до СИ |
| atm | физическая атмосфера | 1 | химия, справочные условия |
| at | техническая атмосфера, кгс/см² | 1,03 | советские паспорта оборудования |
| мм рт. ст. | миллиметр ртутного столба, торр | 760 | медицина, вакуумная техника |
| psi | фунт на квадратный дюйм | 14,7 | англоязычная техника |
| Ba | бария, система СГС | 1013250 | акустика и физика до СИ |
Ньютон на квадратный метр и паскаль — одно и то же, разница только в записи. Гектопаскаль численно равен миллибару, поэтому переход метеорологов на СИ не потребовал менять привычные числа
03 · Порядки величин
от вакуума в ускорителе до недр СолнцаСто одна тысяча триста двадцать пять — атмосфера на уровне моря
04 · Приборы измерения
Чем меряют давление
Полая трубка овального сечения, свёрнутая дугой, под давлением стремится распрямиться, и это движение через рычаг передаётся стрелке. Изобретён в 1849 году и с тех пор почти не изменился: на любом компрессоре и газовом баллоне стоит именно он.
Гофрированная коробка с откачанным воздухом сжимается и разжимается вслед за атмосферой; пружина не даёт ей схлопнуться. Прибор без единой капли ртути, потому и назван анероидом — безжидкостным.
Травленая в кремнии мембрана прогибается на микроны, а встроенные в неё резисторы меняют сопротивление. Такие датчики стоят в телефоне, автомобиле и метеостанции, а стоят они дешевле стрелочного манометра.
При низких давлениях мембрану уже не прогнуть, и меряют иначе: по теплоотводу от нагретой нити. Чем реже газ, тем хуже он уносит тепло, и по мощности нагрева судят о давлении вплоть до тысячных долей паскаля.
05 · Правила записи
Прописная P, строчная a
Обозначение образовано от фамилии и потому начинается с прописной, а второй буквой идёт строчная: Pa. Приставка пишется слитно и без пробела, причём кило — строчной буквой, а мега и гига — прописными: kPa, MPa, GPa. Русское обозначение — Па.
Строчная m означает милли, и мегапаскали, записанные как mPa, превращаются в миллипаскали — ошибка в миллиард раз. Третий пример неполон: в технике почти всегда указывают избыточное давление, отсчитанное от атмосферы, и без пометки цифра неоднозначна. Абсолютное давление помечают буквой a, избыточное — g, и в англоязычной документации это выглядит как psia и psig.
06 · Соседние единицы
Бар удобен близостью к атмосфере, атмосфера привязана к ртутному столбу, паскаль — единственный, кто выведен из системы без подгонки.
сто тысяч паскалей
ньютон на метр²
760 мм ртути
В соседних паспортах Simetrium: ньютон, из которого паскаль построен, бар и атмосфера как внесистемные единицы того же назначения, psi для англоязычной техники и миллиметр ртутного столба для медицины.
07 · Исторический раздел
Как воздух признали тяжёлым
Ученик Галилея запаял трубку с ртутью и опрокинул её в чашу: столб опустился до семисот шестидесяти миллиметров и остановился. Над ним осталась пустота, которую наука до тех пор считала невозможной.
Блез Паскаль попросил зятя поднять барометр на вершину вулкана в Оверни. Столб ртути опустился на восемь сантиметров: воздух над горой давит слабее, чем над долиной, и значит, атмосфера имеет вес.
Инженеры считали в килограмм-силах на квадратный сантиметр, метеорологи ввели бар и миллибар, медики остались при миллиметрах ртути. Один и тот же манометр в разных странах имел разные шкалы.
Четырнадцатая Генеральная конференция дала единице собственное имя, хотя в системе она существовала с шестидесятого года. Метеорологи перешли на гектопаскали безболезненно: гектопаскаль численно равен миллибару.
Абсолютное, избыточное и то, что показывает прибор
Почти каждый манометр меряет не давление, а разность: внутри трубки и снаружи. Поэтому спущенное колесо показывает ноль, хотя воздух в нём есть, а бытовой тонометр даёт сто двадцать миллиметров сверх атмосферных семисот шестидесяти. Абсолютное давление получают, прибавив атмосферное, и именно оно входит в уравнения состояния газа — путаница между двумя отсчётами остаётся самой частой ошибкой в теплотехнических расчётах. Отдельная тонкость касается ртутного столба: его высота зависит от плотности ртути, а та — от температуры, поэтому определение оговаривает ноль градусов и стандартное ускорение свободного падения. В медицине этой поправкой пренебрегают, в метрологии — нет, и первичные эталоны давления сегодня строят не на ртути, а на грузопоршневых машинах, где давление задаётся гирями известной массы на поршне точно измеренной площади.
Каталог · единицы измерения
Паспорт на каждую величину
Семь базовых единиц СИ, двадцать две производные с собственными именами и внесистемные единицы, без которых не обходится ни техника, ни быт. Каждая — отдельный лист: определение, пересчёт, приборы, правила записи. На 9 языках.
Производные СИ с собственным именем
открыт паспорт паскаляБазовые единицы СИ
терракотой — килограмм, метр и секунда, из которых сложен паскальВнесистемные единицы
терракотой — единицы давления других системЯзык паспорта
9 языков. Обозначение Pa международное, а вот привычная единица в быту разная: гектопаскали в европейской сводке погоды, дюймы ртути в американской, миллиметры ртути в российской.