พาสคัล
หน่วยอนุพัทธ์ SI · ปริมาณ: ความดัน ความเค้นเชิงกล
01 · นิยาม
ความดันที่แรงหนึ่งนิวตันสร้างขึ้นเมื่อกระจายอย่างสม่ำเสมอบนหนึ่งตารางเมตร หน่วยนี้เล็กมาก บรรยากาศรอบตัวเราคือหนึ่งแสนพาสคัล
ความเล็กของพาสคัลไม่ใช่ข้อบกพร่อง แต่เป็นผลของการสร้างระบบอย่างซื่อตรง มันประกอบขึ้นจากนิวตันและเมตร โดยไม่มีตัวคูณปรับแต่ง งานจริงอาศัยคำอุปสรรค — เฮกโตพาสคัลในพยากรณ์อากาศ กิโลพาสคัลในระบบระบายอากาศ เมกะพาสคัลในไฮดรอลิก จิกะพาสคัลในวัสดุศาสตร์ ทว่าสมบัติสำคัญที่สุดของปริมาณนี้อยู่ที่อื่น ความดันไม่ได้ขึ้นกับแรง แต่ขึ้นกับว่าแรงนั้นลงบนพื้นที่เท่าใด ผู้หญิงคนเดียวกันกดพื้นปาร์เกต์เป็นรอยบุ๋ม ด้วยส้นเข็ม แต่ไม่ทิ้งรอยเลยเมื่อสวมรองเท้าผ้าใบ เพราะพื้นที่รองรับต่างกันสองร้อยเท่า
ในของเหลวที่อยู่นิ่ง ความดันส่งผ่านเท่ากันไปทุกทิศทาง นี่คือสิ่งที่พาสคัลค้นพบด้วยตนเอง จากตรงนี้จึงเกิดเครื่องอัดไฮดรอลิก มือกดลูกสูบเล็ก ส่วนที่ลูกสูบใหญ่ ความดันเท่าเดิมคูณด้วยพื้นที่ที่ใหญ่กว่า ให้แรงมากขึ้นหลายสิบเท่า แม่แรงรถยนต์ เบรก และเครื่องอัดทุกชนิดล้วนอยู่ด้วยกฎข้อนี้ และกฎเดียวกันยังอธิบายว่าเหตุใดความดันที่ก้นภาชนะจึงขึ้นกับความสูงของลำของเหลวเท่านั้น ไม่ขึ้นกับว่าภาชนะแคบหรือกว้าง
02 · การแปลงหน่วย
พาสคัล บาร์ บรรยากาศ มิลลิเมตรปรอท
ไม่มีวงการใดใช้พาสคัลล้วน ๆ อุตุนิยมวิทยานับเป็นเฮกโตพาสคัล คนทำยางรถนับเป็นบาร์ แพทย์นับเป็นมิลลิเมตรปรอท ส่วนเทคนิคอเมริกันนับเป็นปอนด์ต่อตารางนิ้ว
บรรยากาศมาตรฐานถูกกำหนดให้เท่ากับหนึ่งแสนหนึ่งพันสามร้อยยี่สิบห้าพาสคัลพอดี นี่คือความดันของลำปรอทสูงเจ็ดร้อยหกสิบมิลลิเมตรที่ศูนย์องศาและความเร่งโน้มถ่วงมาตรฐาน ส่วนบรรยากาศทางเทคนิคเป็นคนละเรื่อง คือกิโลกรัมแรงต่อตารางเซนติเมตร เก้าหมื่นแปดพันหกสิบหกจุดห้าพาสคัล ต่างกันสามเปอร์เซ็นต์ และบนป้ายเครื่องจักรโซเวียตรุ่นเก่าพบได้ทั้งสองอย่าง
| หน่วย | ชื่อ | ค่า | พบที่ใด |
|---|---|---|---|
| Pa | พาสคัล หน่วย SI | 101325 | การคำนวณทางฟิสิกส์ |
| hPa | เฮกโตพาสคัล | 1013 | พยากรณ์อากาศ |
| kPa | กิโลพาสคัล | 101.33 | ระบบระบายอากาศ การแพทย์ |
| MPa | เมกะพาสคัล | 0.1013 | ไฮดรอลิก ความแข็งแรง |
| GPa | จิกะพาสคัล | 1.013·10⁻⁴ | มอดุลัสยืดหยุ่นของวัสดุ |
| N/m² | นิวตันต่อตารางเมตร | 101325 | สิ่งเดียวกับพาสคัล |
| bar | บาร์ | 1.01 | เทคนิค อุตุนิยมวิทยาก่อน SI |
| atm | บรรยากาศมาตรฐาน | 1 | เคมี ภาวะอ้างอิง |
| at | บรรยากาศทางเทคนิค kgf/cm² | 1.03 | ป้ายเครื่องจักรโซเวียต |
| mmHg | มิลลิเมตรของลำปรอท ทอร์ | 760 | การแพทย์ เทคนิคสุญญากาศ |
| psi | ปอนด์ต่อตารางนิ้ว | 14.7 | เทคนิคในโลกที่ใช้ภาษาอังกฤษ |
| Ba | แบรี ระบบ CGS | 1013250 | อะคูสติกและฟิสิกส์ก่อน SI |
นิวตันต่อตารางเมตรกับพาสคัลเป็นสิ่งเดียวกัน ต่างกันเพียงวิธีเขียน เฮกโตพาสคัลมีค่าตัวเลขเท่ากับมิลลิบาร์ การที่นักอุตุนิยมวิทยาย้ายมาใช้ SI จึงไม่ต้องเปลี่ยนตัวเลขที่คุ้นเคย
03 · อันดับของขนาด
จากสุญญากาศในเครื่องเร่งอนุภาคถึงใจกลางดวงอาทิตย์หนึ่งแสนหนึ่งพันสามร้อยยี่สิบห้า — บรรยากาศที่ระดับน้ำทะเล
04 · เครื่องมือวัด
วัดความดันด้วยอะไร
ท่อกลวงหน้าตัดรูปวงรี ขดเป็นส่วนโค้ง เมื่อรับความดันจะพยายามยืดตรง และการเคลื่อนที่นี้ส่งผ่านคานไปยังเข็ม ประดิษฐ์ขึ้นในปี 1849 และแทบไม่เปลี่ยนแปลงนับแต่นั้น บนเครื่องอัดอากาศและถังแก๊สทุกใบก็คือตัวนี้
ตลับลอนที่ดูดอากาศออกจะหดและขยายตามบรรยากาศ สปริงคอยกันไม่ให้มันยุบ เป็นเครื่องมือที่ไม่มีปรอทแม้หยดเดียว จึงได้ชื่อว่าอะเนรอยด์ อันแปลว่าไร้ของเหลว
แผ่นบางที่กัดขึ้นในซิลิคอนโก่งไปไม่กี่ไมโครเมตร และตัวต้านทานที่ฝังอยู่ในนั้นเปลี่ยนค่า ตัวรับรู้แบบนี้อยู่ในโทรศัพท์ ในรถยนต์ และในสถานีตรวจอากาศ และราคาถูกกว่ามาตรวัดแบบเข็ม
ที่ความดันต่ำไม่มีแผ่นบางให้โก่งอีกต่อไป จึงวัดด้วยวิธีอื่น คือวัดจากความร้อนที่ถูกพาไปจากเส้นลวดร้อน ยิ่งแก๊สเบาบางเท่าใด ยิ่งพาความร้อนได้แย่ลงเท่านั้น และจากกำลังที่ใช้ให้ความร้อนก็ตัดสินความดันได้ จนถึงหนึ่งในพันของพาสคัล
05 · กฎการเขียน
P ตัวใหญ่ a ตัวเล็ก
สัญลักษณ์มาจากนามสกุล จึงขึ้นต้นด้วยตัวใหญ่และตัวที่สองเป็นตัวเล็ก: Pa คำอุปสรรคเขียนติดกันโดยไม่เว้นวรรค กิโลใช้ตัวเล็ก เมกะและจิกะใช้ตัวใหญ่: kPa, MPa, GPa สัญลักษณ์ภาษารัสเซียคือ Па
ตัวเล็ก m หมายถึงมิลลิ เมกะพาสคัลที่เขียนเป็น mPa จึงกลายเป็นมิลลิพาสคัล ผิดไปหนึ่งพันล้านเท่า ตัวอย่างที่สามยังไม่ครบ ในงานเทคนิคเกือบทุกครั้งจะระบุความดันเกจซึ่งนับจากบรรยากาศ หากไม่มีหมายเหตุ ตัวเลขก็กำกวม ความดันสัมบูรณ์ทำเครื่องหมายด้วยอักษร a ส่วนความดันเกจด้วย g ในเอกสารภาษาอังกฤษจึงเห็นเป็น psia และ psig
06 · หน่วยข้างเคียง
บาร์สะดวกเพราะใกล้เคียงบรรยากาศ บรรยากาศผูกอยู่กับลำปรอท ส่วนพาสคัลเป็นหน่วยเดียวที่ออกมาจากระบบ โดยไม่ต้องปรับแต่ง
หนึ่งแสนพาสคัล
นิวตันต่อเมตร²
ปรอท 760 mm
ในแผ่นข้อมูลข้างเคียงของ Simetrium: นิวตัน ซึ่งพาสคัลสร้างขึ้นจากสิ่งเหล่านี้ บาร์ และ บรรยากาศ ในฐานะหน่วยนอกระบบ SI ที่ใช้เพื่อการเดียวกัน psi สำหรับเทคนิคภาษาอังกฤษ และ มิลลิเมตรของลำปรอท สำหรับการแพทย์
07 · ภาคประวัติ
อากาศได้รับการยอมรับว่ามีน้ำหนักอย่างไร
ศิษย์ของกาลิเลโอเชื่อมปลายท่อที่บรรจุปรอทแล้วคว่ำลงในอ่าง ลำปรอทลดลงถึงเจ็ดร้อยหกสิบมิลลิเมตรแล้วหยุด เหนือขึ้นไปเหลือที่ว่างซึ่งวิทยาศาสตร์ในเวลานั้นถือว่าเป็นไปไม่ได้
แบลซ ปาสกาลขอให้พี่เขยนำบารอมิเตอร์ขึ้นไปยังยอดภูเขาไฟในแคว้นโอแวร์ญ ลำปรอทลดลงแปดเซนติเมตร อากาศเหนือภูเขากดเบากว่าเหนือหุบเขา นั่นย่อมแปลว่าบรรยากาศมีน้ำหนัก
วิศวกรคำนวณเป็นกิโลกรัมแรงต่อตารางเซนติเมตร นักอุตุนิยมวิทยานำบาร์และมิลลิบาร์เข้ามา แพทย์ยังคงอยู่กับมิลลิเมตรปรอท มาตรวัดตัวเดียวกันมีสเกลต่างกันไปในแต่ละประเทศ
การประชุมใหญ่ครั้งที่สิบสี่ให้ชื่อเฉพาะแก่หน่วยนี้ แม้มันจะอยู่ในระบบมาตั้งแต่ปีหกสิบแล้ว นักอุตุนิยมวิทยาย้ายมาใช้เฮกโตพาสคัลอย่างไม่เจ็บปวด เพราะมีค่าตัวเลขเท่ากับมิลลิบาร์
สัมบูรณ์ เกจ และสิ่งที่เครื่องมือแสดง
มาตรวัดความดันเกือบทุกตัวไม่ได้วัดความดัน แต่วัดผลต่าง ระหว่างภายในท่อกับภายนอก ล้อที่แบนจึงชี้ศูนย์ทั้งที่ยังมีอากาศอยู่ข้างใน และเครื่องวัดความดันโลหิตในบ้านให้ค่าหนึ่งร้อยยี่สิบมิลลิเมตร ที่บวกอยู่บนเจ็ดร้อยหกสิบของบรรยากาศ ความดันสัมบูรณ์ได้จากการบวกความดันบรรยากาศเข้าไป และค่านี้เองที่เข้าไปในสมการสถานะของแก๊ส การสับสนระหว่างสองจุดอ้างอิงยังคงเป็นความผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุด ในการคำนวณทางความร้อน อีกประเด็นหนึ่งเกี่ยวกับลำปรอท ความสูงของมันขึ้นกับความหนาแน่นของปรอท และความหนาแน่นขึ้นกับอุณหภูมิ นิยามจึงกำหนดศูนย์องศาและความเร่งโน้มถ่วงมาตรฐานไว้ การแพทย์มองข้ามการแก้ค่านี้ มาตรวิทยาไม่มองข้าม และมาตรฐานปฐมภูมิของความดันในปัจจุบันไม่ได้สร้างบนปรอท แต่สร้างบนดุลความดัน ซึ่งกำหนดความดันด้วยตุ้มน้ำหนักมวลที่ทราบค่าวางบนลูกสูบที่วัดพื้นที่ไว้อย่างแม่นยำ
สารบัญ · หน่วยวัด
แผ่นข้อมูลสำหรับทุกปริมาณ
หน่วยฐานเอสไอเจ็ดหน่วย หน่วยอนุพัทธ์ที่มีชื่อเฉพาะยี่สิบสองหน่วย และหน่วยนอกระบบที่ทั้งงานช่างและชีวิตประจำวันขาดไม่ได้ แต่ละหน่วยมีแผ่นของตน คือ นิยาม การแปลงหน่วย เครื่องมือ และกฎการเขียน ใน 34 ภาษา
หน่วยอนุพัทธ์เอสไอที่มีชื่อเฉพาะ
เปิดแผ่นข้อมูลของพาสคัลอยู่หน่วยฐานเอสไอ
สีดินเผาคือกิโลกรัม เมตร และวินาที ซึ่งประกอบกันเป็นพาสคัลหน่วยนอกระบบ SI
สีดินเผาคือหน่วยความดันของระบบอื่นภาษาของแผ่นข้อมูล
34 ภาษา สัญลักษณ์ Pa เป็นสากล แต่หน่วยที่คุ้นเคยในชีวิตประจำวันต่างกันไป พยากรณ์อากาศยุโรปใช้เฮกโตพาสคัล อเมริกันใช้นิ้วปรอท รัสเซียใช้มิลลิเมตรปรอท