ضغط
الديناميكا الحرارية | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
الضغط هومقدار القوةالعمودية على مساحة ما، ويمكن لذات القوة حتى تكون ضغطين مختلفين عندما تؤثر على مساحتين مختلفتين، فمثلا ضغط إصبع على الحائط قد لا يؤدي إلى أي شيء، ولكن لوذات القوة التي يضغط بها الإصبع هجرزت على مساحة صغيرة كرأس مسمار مثلا ن فإنه سيخرق الجدار بسهولة بالرغم من حتى مقدار القوة هوذاته. وحدات الضغظ هي باسكال، تورشيلي، ضغط جوي.
تعريف
الوحدات
پاسكال (Pa) |
bar (bar) |
ضغط جوي تقني (at) |
atmosphere (atm) |
torr (Torr) |
بوصة مربعة (psi) |
|
---|---|---|---|---|---|---|
1 Pa | ≡ 1 N/m2 | 10−5 | 1.0197×10−5 | 9.8692×10−6 | 7.5006×10−3 | 145.04×10−6 |
1 bar | 100,000 | ≡ 106 داين/cm2 | 1.0197 | 0.98692 | 750.06 | 14.5037744 |
1 at | 98,066.5 | 0.980665 | ≡ 1 kgf/cm2 | 0.96784 | 735.56 | 14.223 |
1 atm | 101,325 | 1.01325 | 1.0332 | ≡ 1 atm | 760 | 14.696 |
1 torr | 133.322 | 1.3332×10−3 | 1.3595×10−3 | 1.3158×10−3 | ≡ 1 Torr; ≈ 1 mmHg | 19.337×10−3 |
1 psi | 6,894.76 | 68.948×10−3 | 70.307×10−3 | 68.046×10−3 | 51.715 | ≡ 1 lbf/in2 |
Example reading: 1 Pa = 1 N/m2 = 10−5 bar = 10.197×10−6 at = 9.8692×10−6 atm, etc.
بحسب اختيار واحدات القوة وواحدات المساحة، يعبر عن واحدات الضغط بالباوند على الإنش المربع psi، أوبالدينة على السنتمتر المربع dyne/cm2، أوبالنيوتن على المتر المربع N/m2 أوغير ذلك. ويعبر عادة عن الضغط الجوي بدلالة ازدياد عمود الزئبق مقدراً بميلمترات الزئبق، أي بالـ تور Torr، كما يعبر عنه بالبار bar وبالميلي بار.mbar.أوبالباسكال أوبالكيلوباسكال (1بار=100كيلوباسكال) يسمى الضغط القياسي gauge pressure الضغط الفائض عن الضغط الجوي.
الصيغة
الضغط هومقياس عنصر القوة العادي على وحدة مساحة (فيزياء): ض = ق \ س
حيث:
- ض: هومقدار الضغط.
- ق: هي وحدة قياس القوة (تحسب بالنيوتن عادة).
- س: المساحة.
أنواع الضغط
ضغط سائل
تطبيقات
- Artesian well
- Blood pressure
- Hydraulic head
- Plant cell turgidity
- Pythagorean cup
ضغط الإنفجار أوالإحتراق
ضغوط سلبية
ضغط الركود
ضغط المساحة
ضغط الغاز المثالي
ضغط البخار
مقاييس الضغط
مقاييس الضغط عموماً هي من أحد صنفين: يضم الصنف الأول مقاييس الضغط ذات الشعبتينmanometers ومقياس الضغط الجوي الزئبقي الذي يقيس ازدياد عمود الزئبق الذي يوازن الضغط الجوي. أما الصنف الآخر فيضم مقياس الضغط الجوي الجاف aneroid barometer ومقياس بوردون Bourdon Gauge اللذين يقيسان مقدار التغير في علبة معدنية مجوفة أوأنبوب معدني مجوف. وبإمكان هذين النوعين الأخيرين قياس الضغط القياسي أوالضغط المطلق. ثمة أنواع أخرى خاصة بقياس الضغوط المنخفضة مثل مقياس التأين ومقياس بيراني ومقياس ماكلويد.
مقياس الأنبوب ذوالشعبتين
يستخدم الأنبوب ذوالشعبتين manometer لقياس ضغط الغاز، وهوأكثر دقة من مقياس بوردون Bourdon، إذا أُريد قياس ضغوط منخفضة نسبياً. وهويأخذ كما هوظاهر في الشكل (1) شكل أنبوب على هيئة الحرف U يحتوي على الزئبق أوسائل آخر بحيث تكون سوية السائل في شعبتيه واحدة عندماقد يكون الضغط على شعبتي الأنبوب واحداً. توصل إحدى شعبتي الأنبوب بالغاز، وتتصل الشعبة الأخرى عادة بالجو. ويقاس ضغط الغاز بملاحظة الفرق بين سويتي السائل في الشعبتين. وتدرج مسطرة تتوضع بين الشعبتين بحيث يقابل التدريج 1 ضغطاً جوياً واحداً على سطحي الشعبتين.
وهناك نوع آخر سهل ودقيق من الأنبوب ذي الشعبتين، تكون فيه إحدى شعبتيه مائلة على الشاقول بزاوية كبيرة، وفي هذه الحالة يولد تغير صغير في الضغط في الشعبة الشاقولية تغيراً كبيراً يسهل قياسه في الشعبة المائلة.
مقياس الضغط الجوي الزئبقي
أما مقياس الضغط الجوي الزئبقي barometerفقد ابتكره توريشلي ويستعمل لقياس الضغط الجوي. ولما كان الضغط الجوي يتناقص بالارتفاع عن سطح الأرض، فإن مقاييس الضغط الجوي تدرج عادة لتعطي الارتفاع عن سطح الأرض كذلك. وهونوعان: زئبقي وجاف aneroid. ففي النوع الأول يقاس الضغط الجوي عن طريق قياس ازدياد عمود الزئبق الذي يوازن ضغط الهواء، وأما في النوع الثاني فتستعمل أغشية معدنية لهذه الغاية. فإذا ملئ أنبوب مغلق من أحد طرفيه طوله متر بالزئبق، ثم نكس على حوض من الزئبق من دون السماح للهواء بالدخول إلى الأنبوب، كما هومبين في الشكل (2)، فإنه يحصل على مقياس للضغط الجوي. وهنا يوازن الهواء على الطرف الحر من حوض الزئبق عمود الزئبق في الأنبوب. فإذا زاد الضغط الجوي تقلصت سوية الزئبق في الحوض قليلاً وازداد ازدياد الزئبق في الأنبوب المنكس بوضوح. ويقاس الضغط الجوي عندها بمقدار ازدياد عمود الزئبق فوق سطح الحوض.
مقياس الضغط الجوي الجاف
أما مقياس الضغط الجوي الجاف aneroid barometer فيتألف كما هومبين في الشكل (3) من علبة مفرغة من الهواء غطاءاها غشاءان معدنيان رقيقان مرنان ومجعَّدان.
فإذا تغير الضغط خارج الغشاءين تغيرت تبعاً لذلك المسافة بين غشاءي العلبة تغيراً صغيراً يضخم عن طريق جملة عتلات، وينتهي المقياس بمؤشر يتحرك أمام تدريج.
إن رسم تغيرات الضغط بمرور الزمن مفيد للتنبؤ بأحوال الطقس. تستعمل في الجهاز المبين في الشكل (4) مجموعة من العلب المفرغة من الهواء، موصولة على التسلسل، مما يزيد من حساسية مقياس الضغط الجوي الجاف، ويجعله قادراًَ على تحريك إبرة تحمل قلماً أمام أسطوانة دوارة ثبتت عليها ورقة.
تسجل عادة قيم الضغط الجوي بواحدات هي إنشات أوسنتمترات الزئبق، إضافة إلى الميلي بار mbar. إذا الضغط الجوي النظامي بهذه الواحدات هو29.92إنش زئبق أي 76سنتمتر زئبق أو1013.2ميلي بار، أي ما يقارب 1بار.
مقياس بوردون
ابتكر العالم الفرنسي اوجين بوردون Eugéne Bourdon مقياساً للضغط عام 1847 عهد باسمه، وتظهر أجزاؤه في الشكل (5). يستخدم في مقياس بوردون أنبوب معدني مجوف مرن مغلق من إحدى نهايتيه، يحنى بشكل دائري أوأي شكل آخر. إذا تغير الضغط الواقع على جدار الأنبوب الأجوف يسبب تغير انحنائه. فإذا ازداد الضغط داخله تحرك الطرف الحر والمغلق من الأنبوب بعيداً مما يزيد من نصف قطر انحنائه، وإذا انخفض الضغط صغر نصف قطر انحناء الأنبوب. وترتبط النهاية الحرة من المقياس بجملة عتلات ومسننات ثم بمؤشر يتحرك أمام تدريج. ويدرج المقياس ويعاير بحيث يقرأ عليه الضغط بالواحدات المرغوبة. يُشار إلى أنه بالاختيار المناسب لسماكة جدار أنبوب بوردون يمكن الحصول على مقاييس للضغوط العالية جداً والمتوسطة والمنخفضة.
قياس الضغوط المنخفضة
يستخدم لقياس الضغوط المنخفضة التي تُصادف في مجال تخلية الهواء بواحدة هي ميلمترات الزئبق أي بالـ Torr وأجزائه. وقد اختيرت هذه التسمية لواحدة الضغط تكريماً للعالم الإيطالي توريشلي. ويستعمل لقياس الضغوط التي هي من رتبة أجزاء الـ Torr مقاييس من أنواع مختلفة يُذكر منها ثلاثة مقاييس هي:
مقياس التأين Ionization Gauge ومقياس بيراني Pirani Gauge ومقياس ماكلويد.Mcleod Gauge
مقياس التأين
ليس مقياس التأين إلا نوعاً خاصاً من الأنابيب أوالصمامات الإلكترونية ثلاثي المساري، فهويحتوي على مهبط Cathode وشبكة Grid ومصعد anode وهومجهز بفتحة يتصل من خلالها بالوعاء الذي يراد قياس الضغط المتبقي فيه عند تخليته. يصدر المهبط سيلاً من الإلكترونات ثابتاً يتجه نحوالشبكة التي تجعل موجبة الكمون بالنسبة له. تتجه الإلكترونات نحوالمصعد وتصطدم، وهي في طريقها إليه، بذرات الغاز المتبقي في الأنبوب، فتؤينه. ويعد قياس تيار الشبكة معياراً لجودة الخلاء المتولد؛ إذ حدثا انخفض ضغط الغاز في الوعاء الذي نقوم بتخليته، نقص هذا التيار، وهذا ما يوضحه الشكل (6).
مقياس بيراني
أما مقياس بيراني فيتألف من سلك من التنغستين يجري تسخينه بتيار كهربائي ضعيف لا يؤدي إلى توهجه، وهوموضوع في حوجلة تتصل بالوعاء الذي نقوم بتخليته. تصطدم جزيئات الغاز بالسلك فتنتزع منه الحرارة، وحدثا انخفض الضغط قل عدد هذه الجزيئات وبقي السلك ساخناً. ولما كانت مقاومة السلك تتبع درجة حرارته وتزداد بازديادها فإن قياس مقاومته بجسر كهربائي كجسر وطسطن يشير على مدى تعرض السلك لانتزاع الحرارة منه أوانعدام ذلك، ويتم عادة تدريج هذا المقياس بدلالة مقياس آخر للضغط، مثل مقياس ماكلويد الذي يعتمد على ازدياد عمود الزئبق مقيساً بالميلمترات، يبين الشكل (7) جسر وطسطن وقد ركب في أحد أذرعه مقياس بيراني وفي ذراع آخر سلك مكافئ للمقارنة.
مقياس ماكلويد
وأخيراً يظهر في الشكل (8) مقياس ماكلويد في وضعين: أفقي وشاقولي. إذا جعل المقياس في وضع شاقولي يحبس كمية قليلة من الغاز في الأنبوب الصاعد الأوسط. يضغط الزئبق هذا الغاز، ويخضع الغاز هنا إلى قانون بويل وماريوط الذي ينص على حتى جداء ضغطه بحجمه ثابت عند درجة حرارة معينة. ويعد قياس الفرق بين سوية الزئبق في الأنبوب الذي احتبس فيه الغاز وبين أنبوب شعري مثبت بجواره، مؤشراً للضغط الذي وصلت إليه عملية التخلية.
انظر أيضا
|
|
مراجع
مصادر
- ^ أحمد حصري. "الضغط (مقاييس ـ)". الموسوعة العربية. Retrieved 2012-04-14.
وصلات خارجية
- on Project PHYSNET
- Pressure being a scalar quantity
- Online pressure converter for 52 different pressure units