絕對壓力

Posted on 2016/05/22 in 化學, 氣體, 氣體動力論, 熱, 物理, 物質狀態 with 沒有迴響 31,180 views

絕對壓力 (Absolute Pressure)
國立臺灣大學物理學系曾奕晴

壓力的定義

在物理學上，壓力 (\(\mathrm{P}\), Pressure) 的定義為物體在單位面積上所受的正向力。用數學式表達即為 \(P=\frac{F}{A}\)，其中 \(F\) 為作用之正向力，\(A\) 為表面積。

壓力有許多不同的單位表示方法，其中常用的有標準大氣壓 (\(\mathrm{atm}\))、帕斯卡 (\(\mathrm{Pa}\), pascal)、巴 (\(\mathrm{bar}\))、托 (\(\mathrm{torr}\))、公分水銀柱 (\(\mathrm{cm-Hg}\))，以及 \(\mathrm{PSI}\)（磅/平方英吋）。

壓力的單位

標準大氣壓 \((\mathrm{atm})\)：標準大氣壓是一個化學上常用的非國際標準單位，也是一個常數，一般定義為 \(101.325\) 千帕 (\(\mathrm{kPa}\))，大約為海上的平均大氣壓。
帕斯卡 \((\mathrm{Pa})\)：一帕斯卡相當於一牛頓的力施加在每平方公尺上 \((1~\mathrm{Pa}= 1~\mathrm{N/m^2}= 1~\mathrm{kg/m/s^2})\)，\(\mathrm{Pa}\) 為 \(\mathrm{SI}\) 單位制中的壓力表示單位，是目前最廣為國際承認、正式應用的壓力單位。這個單位是以法國學者 Blaise Pascal 命名。
巴 \((\mathrm{bar})\)：一微巴 \((10^{-6}~\mathrm{bar})\) 相當於一達因 \((\mathrm{dyne} = 10^{-5}~\mathrm{N})\) 的力施加在每平方公分上 \((1~\mu\mathrm{bar}=1~\mathrm{dyne/cm^2})\)。因為 \(\mathrm{bar}\) 的單位與大氣壓力的數值相似，所以廣泛被應用在壓力的表示法上。目前全球氣壓常用的表示單位通常為毫巴，其表達的單位大小相等於百帕。巴的概念在 1909 年由英國氣象學家 Napier Shaw 所發明。
托 \((\mathrm{torr}) \)：一托定義為一個標準大氣壓的 \(760\) 分之一 \((1/760~\mathrm{atm})\)，其大小大約為一毫米水銀汞柱。常用在血壓測量、真空工程中表示壓力的單位。托的命名是為紀念義大利物理學家 Evangelista Torricelli。
公分汞柱 \((\mathrm{cm-Hg})\)：一公分汞柱相當於一公分高的汞柱對奕柱底面產生的壓力。壓力計中常以液柱的高度來度量壓力，數學計算式可由表示，因為水銀的密度高，用較短的液柱高即可達到壓力的測量，故廣泛被應用。
\(\mathrm{PSI}\)（磅/平方英吋）：是英制中常用的壓力單位。例如汽車的胎壓通常是以此作單位。

一大氣壓

\(\begin{array}{ll}(1~\mathrm{atm})&=1013.25~\mathrm{hPa}\\&= 1.01325~\mathrm{bar}\\&=760~\mathrm{torr}\\&=760~\mathrm{mm-Hg}\\&=14.6959~\mathrm{PSI}\end{array}\)

不同壓力表示法：絕對壓力、相對壓力、真空度

壓力這個物理量和溫度相似，在一開始發展都是一個相對的概念，我們在表示一個溫度或壓力時，都需要一個基準來做為測量的比較。我們每天測量的壓力，如胎壓、血壓，通常都是相對於周遭的大氣壓力來做表示，當然也可以利用不同的基準值來做為比較，如絕對真空、周遭大氣壓力或是任何壓力比較值。

絕對壓力、相對壓力、真空度的表示法差別就只是這個基準值的不同。三個表示方法的差別請見圖一。