شناخت فشار: مقدمه‌ای بر انواع و اهمیت آن  – بخش اول: فشار اتمسفر یا بارومتری

فشار یکی از مفاهیمی است که در بسیاری از حوزه‌های علمی و صنعتی اهمیت کلیدی دارد. اما آیا می‌دانید فشار انواع مختلفی دارد و در کاربردهای مختلف باید مشخص کنیم که دقیقاً به کدام نوع اشاره داریم؟

انواع فشار شامل موارد زیر می‌شود:

• فشار مطلق (Absolute Pressure)
• فشار نسبی (Gauge Pressure)
• فشار اتمسفر (Atmospheric Pressure)
• فشار تفاضلی (Differential Pressure)
• فشار استاتیک (Static Pressure)
• فشار دینامیک (Dynamic Pressure)
• فشار کل (Total Pressure)
• فشار پیزومتری (Piezometric Pressure)
• فشار هیدرواستاتیک (Hydrostatic Pressure)
• فشار اسمزی (Osmotic Pressure)
• فشار بحرانی (Critical Pressure)
• فشار بخار (Vapor Pressure)

در مجموعه مقالاتی، قصد داریم به هر یک از این فشارها بپردازیم. در این مقاله، اولین گام را با بررسی فشار اتمسفر یا همان فشار بارومتری آغاز می‌کنیم.

فشار اتمسفر چیست؟

فشار اتمسفر نیرویی است که توسط مولکول‌های هوا بر واحد سطح وارد می‌شود. این فشار در سطح دریا به طور متوسط برابر 101,325 پاسکال یا 1 اتمسفر است و با افزایش ارتفاع، به دلیل کاهش چگالی هوا، کاهش می‌یابد.

روش‌های اندازه‌گیری فشار اتمسفر

فشار اتمسفر معمولاً با استفاده از ابزارهایی به نام بارومتر اندازه‌گیری می‌شود. انواع بارومترها عبارتند از:

1. بارومتر جیوه‌ای: از یک ستون جیوه برای اندازه‌گیری فشار استفاده می‌کند. ارتفاع ستون جیوه نشان‌دهنده‌ی فشار اتمسفر است.
2. بارومتر آنروئیدی: از یک محفظه‌ی فلزی خلأ استفاده می‌کند که با تغییر فشار اتمسفر تغییر شکل می‌دهد. این تغییر شکل به یک عقربه منتقل می‌شود و فشار را نشان می‌دهد.
3. بارومتر دیجیتال: از سنسورهای الکترونیکی برای اندازه‌گیری فشار استفاده می‌کند و نتایج را به صورت دیجیتال نمایش می‌دهد.

محاسبه فشار اتمسفر بر حسب ارتفاع از سطح دریا

فشار اتمسفر با افزایش ارتفاع از سطح دریا کاهش می‌یابد. این رابطه را می‌توان با استفاده از فرمول بارومتریک تقریب زد. این فرمول نشان می‌دهد که فشار اتمسفر با افزایش ارتفاع به دلیل کاهش چگالی هوا کاهش می‌یابد. فرمول به صورت زیر است:

در این فرمول:

P: Atmospheric pressure at height h (Pascal)
P₀: Atmospheric pressure at sea level (101,325 Pascal)
L: Temperature lapse rate (0.0065 Kelvin per meter)
h: Height above sea level (meters)
T₀: Standard temperature at sea level (288.15 Kelvin)
g: Acceleration due to gravity (9.80665 meters per second squared)
M: Molar mass of air (0.0289644 kilograms per mole)
R: Universal gas constant (8.3144598 joules per mole per Kelvin)

مثال عددی

فرض کنید در ارتفاع 2500 متری از سطح دریا هستید. با استفاده از فرمول بارومتریک، فشار اتمسفر در این ارتفاع با استفاده از فرمول بالا و جایگذاری مقادیر و انجام محاسبات، فشار اتمسفر در این ارتفاع حدود 75,000 پاسکال خواهد بود.

همان‌طور که مشاهده می‌کنید، با افزایش ارتفاع، فشار اتمسفر کاهش می‌یابد. این کاهش فشار تأثیرات قابل توجهی بر فعالیت‌های انسانی و عملکرد تجهیزات فنی دارد.

ابزارهای آنلاین برای محاسبه فشار اتمسفر

علاوه بر استفاده از فرمول‌های فیزیکی، می‌توانید از ابزارهای آنلاین برای محاسبه فشار اتمسفر در ارتفاعات مختلف استفاده کنید. لینک یکی از این ابزارهادر زیر قرار داده شده است که به شما امکان می‌دهد ارتفاع مورد نظر خود را وارد کرده و فشار اتمسفر مربوط به آن را محاسبه کنید. البته این تنها یکی از سایت‌های موجود است و ابزارهای مشابه دیگری نیز در دسترس هستند.

https://www.omnicalculator.com/physics/air-pressure-at-altitude

نتیجه‌گیری

فشار اتمسفر یکی از اساسی‌ترین انواع فشار است که به عنوان مرجع برای اندازه‌گیری فشارهای دیگر مانند فشار نسبی استفاده می‌شود. این فشار در بسیاری از حوزه‌ها، از هواشناسی تا هوانوردی و صنایع نفت و گاز، نقش حیاتی دارد. در مقالات آینده، به بررسی انواع دیگر فشار و کاربردهای آن‌ها خواهیم پرداخت. با دنبال کردن این سلسله مقالات، درک جامعی از انواع فشار و اهمیت آن‌ها در صنایع و علوم مختلف به دست خواهید آورد.