فشار

تعریف فشار

فشار عبارت است از نیروی وارده بر واحد سطح.

فشار با واحد های مختلفی بسته به واحد های نیرو و مساحت، بیان می شود.

در آمریکا واحد اصلی نیرو، پوند می باشد که معادل نیروی وارده توسط یک جرم یک پوندی تعریف می شود و واحد اصلی مساحت نیز اینچ مربع (inch ² ) است.

بنابراین واحد اصلی فشار در آمریکا پوند بر اینچ مربع ) PSI ) است.

در کشورهایی که واحدهای متریک ( واحدهای SI ) استفاده می کنند، واحد اصلی فشار تیوتن (N) و واحد اصلی مساحت متر مربع ( m² ) می باشد.

بنابراین واحد اصلی فشار در این کشورها نیوتن بر متر مربع است که به نام دانشمند فرانسوی، بلز پاسکال، پاسکال ( Pa ) نامگذاری شده است.

دیگر واحدهای متداول فشار

همانطور که اشاره شد، PSI و Pa واحدهای اصلی فشار هستند اما واحدهای دیگری از فشار وجود دارند که در مدارک فنی استفاده می شوند.

واحدهای متداول فشار عبارتند از؛ میلیمتر جیوه، اینچ جیوه، میلیمتر آب، اینچ آب و بار.

بار واحد متریک است اما مورد تایید سیستم بین المللی واحدها ( SI ) نیست و دقیقاد برابر با 100000 پاسکال ( 100 کیلو پاسکال) است.

میلیمتر جیوه ( mmHG ) واحد دیگر فشار است که برابر با فشارستون جیوه به ارتفاع 1 میلیمتر بر سطح است.

اینچ جیوه مانند میلیمتر جیوه است اما برابر با فشار جیوه به ارتفاع یک اینچ است.

میلیمتر آب ( mmH2O )، با فشار ستون آب به ارتفاع 1 میلیمتر تعریف می شود.

واحدهای میلیمتر جیوه، اینچ جیوه، میلیمتر آب و اینچ آب واحدهای SI نیستند، بدین معنی که توسط سیستم بین المللی واحدهای ( SI ) تایید نشده اند.

1 bar = 100 kPa = 14.504 PSI

1 mmHG = 133.3 Pa = 0.01934 PSI

1mmH2O = 9.8 Pa = 0.001421 PSI

جدول تبدیل واحدهای فشار

فشار گازها

مولکولهای گاز همواره در حرکت در مسیرهای نامنظم هستند و با یکدیگر و دیواره های ظرف برخورد می کنند.

فشار یک گاز به سبب برخورد مولکولهای آن با دیواره های ظرف است.

وقتی به گاز گرما داده می شود، جنبش مولکولها افزایش می یابد که باعث افزایش برخوردها با دیواره ها و در نتیجه افزایش فشار می شود.

فشار گاز بصورت زیر تعریف می شود:

همانطور که میدانیم گازها تراکم پذیرند. رابطه بین فشار و حجم گاز با قانون بویل-ماریوت بیان می شود.

قانون بویل-ماریوت بیان می کند که برای یک مقدار مشخص از گاز در دمای ثابت، حجم با فشار رابطه عکس دارد.

بدین معنی که اگر با متراکم کردن گاز حجم آنرا در دمای ثابت کاهش دهید، فشار گاز افزایش می یابد.

همانطور که پیشتر گفته شد، دما نقش بزرگی در فشار گاز دارد که با قانون گیلوساک بیان می شود.

قانون گیلوساک بیان می کند که برای مقدار مشخصی از گاز با حجم ثابت، فشار متناسب است با دمای آن گاز.

ترکیب قانون های بویل-ماریوت و گیلوساک، ما را به قانون گازهای کامل و معادله زیر راهنمایی می رساند:

فشار مایعات

مایعات برعکس گازها، تراکم پذیری بسیار کمی دارند بطوریکه می توان آنها را تراکم ناپذیر فرض کرد.

فشار مایع، نیروی وارده وزن آن است که فشار هیدرواستاتیک گفته می شود.

بدین معنی که فشار مایع توسط ارتفاع ستون مایع و چگالی آن تعیین می شود.

این فشار مستقل از شکل ظرف است.

درست مانند گازها، فشار مایع در یک ظرف بسته تحت فشار بطور مساوی در تمام جهات پخش می شود.

انواع فشار

سه نوع فشار وجود دارد:

• فشار مطلق
• فشار گیج (نسبی)
• فشار تفاضلی (اختلاف فشار)

تفاوت بین این فشارها، نقطه مرجع که به عنوان نقطه صفر در نظر گرفته می شود، است.

فشار مطلق

فشار مطلق، فشاری است که نقطه صفر آن خلأ مطلق است.

خلأ مطلق فشار فضای تهی جهان است.

برای متمایز کردن آن از دیگر فشارها، حرف ( a ) به آخر واحد فشار افزوده می شود.

به عنوان مثال: psia ، bara، Pa(a)…

خلأ مطلق برابر با صفر psia است.

فشار گیج

فشار گیج، فشاری است که نقطه صفر آن فشار محیط است.

بدین معنی که فشار گیج اندازه گیری شده فشار بالای فشار جو است.

فشار جو (اتمسفریک)، نیروی وارده توسط جو زمین است.

به فشار جو، فشار بارومتریک نیز گفته می شود.

فشار جو در سطح دریای آزاد برابر است با 1.013 bara برابر با 14.695 psia که با افزایش ارتفاع کاهش می یابد.

بطور مثال فشار جو در قله کوه اورست (بلندترین قله دنیا با ارتفاع 8848 متر) در حدود 0.337 bara معادل 4.89 psia می باشد.

فشار خلأ، فشار زیر فشار جو است و صفر آن فشار محیط و در جهت مخالف است.

به عبارت دیگر فشار خلأ، افت فشار فرآیندی به مقدار کمتر از فشار جو است.

فشار گیج به راحتی می تواند با اضافه کردن فشار واقعی جو به فشار گیج اندازه گیری شده ، به فشار مطلق تبدیل گردد.

به منظور تبدیل فشار خلأ به فشار مطلق، کافی است مقدار فشار خلأ را از فشار واقعی جو کم کنیم.

فشار تفاضلی (اختلاف فشار)

فشار تفاضلی، تفاوت فشار بین دو نقطه مجزا و مستقل است.

ΔP = P1 – P2

تعاریف دیگر فشار

تعریفهای دیگری از انواع فشار بسته به وضعیت دینامیکی سیال وجود دارد.

این نوع فشار ها عبارتند از: فشار استاتیکی، فشار دینامیکی و فشار کل (فشار ضربه)

• فشار استاتیکی

فشار استاتیکی، فشار سیالات یا گازهایی است که در حرکت نیستند و درحالت سکون هستند.

فشار استاتیکی مستقل از سرعت سیال یا گاز و نتیجه تاثیر نیروی گرانش بر ذرات آن که همان وزن آن است، می باشد.

در بغضی موارد به فشار استاتیکی فشار هیدرواستاتیکی نیز گفته می شود.

• فشار دینامیکی

فشار دینامیکی عبارت است از انرژی جنبشی در واحد حجم سیال.

فشار دینامیکی خصوصیت سیالاتی است که در حال حرکت هستند و مرتبط با سرعت سیال است.

مقدار فشار وارده بر سطح یک جسم داخل سیال جاری (فشارکامل) از فشار استاتیکی سیال بیشتر است ؛ این اضافه فشار، فشار دینامیکی است که در اثر انرژی جنبشی سیال بوجود می آید.

فشار دینامیکی عمود بر جهت جریان سیال است.

فشار دینامیکی با معادله زیر تعریف می شود:

• فشار کل (فشار ضربه)

فشار کل، فشاری است که بر سطح یک جسم داخل سیال جاری وارد می شود و حاصل جمع فشار استاتیکی و فشار دینامیکی سیال است.