محوّل وحدات الضغط: Pa و kPa و bar و atm و psi

محوّل وحدات الضغط

الضغط هو مقدار القوة المؤثرة على كل جزء من سطح. يعيد محوّل وحدات الضغط كتابة قيمة الضغط بوحدة أخرى، مثل تحويل رطل لكل بوصة مربعة إلى بار. تحوّل هذه الصفحة بين الباسكال والكيلوباسكال والبار والضغط الجوي القياسي وpsi، وتعرض القيم الخمس كلها في الوقت نفسه.

ما الذي يفعله المحوّل

يكتب المستخدم رقمًا واحدًا ويختار الوحدة التي كُتبت بها تلك القيمة. وتعرض الصفحة الضغط نفسه بالوحدات الخمس كلها.

• تُعرض النتائج بثماني خانات معنوية. التقريب يخص العرض فقط؛ أما التحويل فيُجرى على الرقم كما كُتب.
• تُعرض النتيجة التي يقل حجمها عن 0.0001 أو التي تبلغ ملياراً أو أكثر بالصيغة العلمية. ويُعرض الصفر بصورته العادية، 0.
• تُقبل القيم السالبة، لأن قراءة مقياس الضغط قد تكون سالبة.
• يؤدي ترك المربع فارغاً إلى ظهور مطالبة بدلاً من رقم. ويؤدي الرابط الذي يحمل وحدة لا توفرها الصفحة إلى ظهور رسالة بدلاً من إجراء تحويل.

الوحدات الخمس

الباسكال هو نيوتن واحد من القوة موزع على متر مربع واحد. والوحدات الأربع الأخرى تساوي كل منها عددًا ثابتًا من الباسكالات، ولا يمثل أي من هذه الأعداد قياسًا، لذلك لا يتغير أي منها بمرور الزمن.

صيغة تحويل الضغط

بما أن كل وحدة هنا مضاعف ثابت للباسكال، فإن التحويل يتكون من عملية ضرب واحدة ثم عملية قسمة واحدة. تُحوَّل القيمة إلى باسكالات ثم تُحوَّل منها إلى الوحدة المطلوبة:

$P_2 = \frac{P_1 \times k_1}{k_2}$

حيث تمثل $P_1$ قيمة الضغط المُدخلة، ويمثل $k_1$ عدد الباسكالات في وحدة واحدة من الوحدة المختارة، ويمثل $k_2$ عدد الباسكالات في وحدة واحدة من الوحدة المطلوبة، وتمثل $P_2$ النتيجة.

لا تُضاف أي قيمة ولا تُطرح على طول العملية. تقرأ المقاييس الخمسة كلها الصفر عند الضغط نفسه، ولذلك لا يتغير إلا حجم التدريج. ودرجة الحرارة هي الحالة التي لا يصح فيها ذلك: فمقياسا سلسيوس وفهرنهايت يبدآن العد من نقطتين مختلفتين، لذلك فإن محوّلًا يكتفي بالضرب سيعرض 0 °م على أنها 0 °ف بدلًا من 32 °ف.

مصدر معامل psi

تتمثل psi في ضغط رطل-قوة واحد على بوصة مربعة واحدة. ويبني المحوّل هذه القيمة من تعريفين دقيقين بدلًا من نسخ عدد عشري مطبوع:

$1\ \mathrm{psi} = \frac{F}{A} = \frac{4.4482216152605\ \mathrm{N}}{(0.0254\ \mathrm{m})^2}$

حيث تمثل $F$ قيمة رطل-قوة واحد بالنيوتن، وتمثل $A$ مساحة بوصة مربعة واحدة بالمتر المربع.

كلا المدخلين تعريفان. وقد عُرّفت البوصة الدولية بدقة على أنها 0.0254 متر منذ اتفاقية الياردة والرطل الدولية لعام 1959. أما رطل-القوة فهو الرطل الدولي لعام 1959، وقيمته بدقة 0.45359237 كغم، مضروبًا في الجاذبية القياسية، التي حدّد المؤتمر العام رقم 3 للأوزان والمقاييس قيمتها بدقة عند 9.80665 متر/s² في عام 1901. ويساوي هذا الناتج بدقة 4.4482216152605 N، كما هو مدوّن في المنشور الخاص للمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا NIST رقم 811، الملحق باء.

والقسمة دقيقة أيضًا، إذ تساوي الكسر 8,896,443,230,521 / 1,290,320,000. ولا ينتهي تمثيله العشري. ويبدأ تمثيله العشري بـ 6,894.757293168362000…، لذلك فإن كل قيمة عشرية طُبعت لـ psi هي نسخة مقربة منه، بما في ذلك قيمة 6,894.757 باسكال المدرجة في قائمة NIST.

مثال: إطار سيارة عند ضغط 32 psi

يحتوي إطار منفوخ إلى ضغط 32 psi (221 kPa) على 32 رطل (14.5 كغم)-قوة على كل بوصة مربعة. ويحوّل الضرب في معامل psi هذه القيمة إلى باسكالات:

$P = 32 \times 6\,894.757293168361\ldots = 220\,632.2333\ldots\ \mathrm{Pa}$

وبقسمة الناتج على كل معامل من المعاملات الأخرى نحصل على الباقي. وتعرض الصفحة، بثماني خانات معنوية، القيم 220,632.23 Pa و220.63223 kPa و2.2063223 bar و2.1774708 atm.

تستحق الخطوة الوسطى قراءة متأنية. فالبار ينتج من القسمة على 100,000، والضغط الجوي ينتج من القسمة على 101,325، ولذلك تختلف القيمتان بنحو 1.3 بالمئة. إنهما متقاربتان، لكنهما ليستا متساويتين.

تحويلات الضغط الشائعة

يوضح كل صف أدناه قيمة وحدة واحدة عند تحويلها إلى الوحدات الأربع الأخرى، وذلك بثماني خانات معنوية.

أيّ القيم دقيقة وأيّها مقرّبة

أربعة من العوامل الخمسة هي أعداد صحيحة دقيقة، لذلك لا يحد التحويل بينها إلا الحساب، وليس الثوابت.

• 1 kPa تساوي بدقة 1,000 Pa. وتعني البادئة كيلو ألفًا واحدًا.
• 1 bar تساوي بدقة 100,000 Pa. والبار ليس وحدة من وحدات النظام الدولي، لكن المكتب الدولي للأوزان والمقاييس يدرجه في كتيب النظام الدولي للوحدات ضمن الوحدات المقبولة للاستخدام معه، بهذه القيمة الدقيقة.
• يساوي 1 atm بدقة 101,325 Pa. وقد ثبّته المؤتمر العام 10 للأوزان والمقاييس في عام 1954، في القرار رقم 4.
• تُعَدّ 1 psi (6.9 kPa) دقيقة بوصفها كسرًا، ولا يمكن كتابتها عشريًا، للسبب المذكور أعلاه.

يأتي التقريب الذي يراه القارئ فعليًا من طريقة العرض، لا من الثوابت. فثماني خانات معنوية تكفي لإظهار قيمة تعريفية كاملة، وتضيق بما يكفي لإخفاء الخانات الأخيرة من حسابات الحاسوب، التي تحمل ضوضاء التقريب لا معلومات.

الضغط المقاس والضغط المطلق

لا يقيس مقياس ضغط الإطار الضغط الكامل داخله، بل يقيس مقدار زيادة ذلك الضغط على ضغط الهواء خارجه. وتسمى القراءة المأخوذة بهذه الطريقة ضغطًا مقاسًا، أما القراءة المحسوبة من فراغ تام فتسمى ضغطًا مطلقًا. ويختلف النوعان عند مستوى سطح البحر بنحو ضغط جوي واحد.

لذلك يكون ضغط إطار عند 32 psi (221 kPa) على المقياس نحو 46.7 psi (322 kPa) مطلقًا. ولا يعرف المحوّل نوع القراءة المُدخلة، لذلك يحوّل الرقم كما هو ولا يضع حدًا أدنى. وهذا مقصود: فلا يمكن للضغط المطلق أن ينخفض عن الصفر، لكن الضغط المقاس الأقل من الصفر يمثل فراغًا جزئيًا عاديًا.

الأسئلة الشائعة

كم يساوي 1 bar بوحدة psi؟ تساوي 1 bar مقدار 100,000 Pa، وبقسمة ذلك على معامل psi نحصل على 14.503774 psi (100 kPa) بثماني خانات معنوية. أما التقريب الشائع فهو 14.5 psi (100 kPa).

هل البار هو نفسه الضغط الجوي؟ لا. يساوي البار 100,000 Pa، بينما يساوي الضغط الجوي القياسي 101,325 Pa، ولذلك فإن 1 atm تساوي 1.01325 bar بدقة. ويزيد الضغط الجوي بنحو 1.3 بالمئة. وكثيرًا ما يُستبدل أحدهما بالآخر في الاستخدام غير الرسمي، وهذا مقبول لقيمة تقريبية، لكنه خطأ في الحساب.

كم يساوي 1 psi بالكيلوباسكال؟ تساوي 6.8947573 kPa بثماني خانات معنوية، وتُذكر عادةً مقربة إلى 6.895 kPa.

لماذا يحمل معامل psi هذا العدد الكبير من الخانات؟ لأنه ناتج قسمة لا تخرج بقيمة صحيحة أبدًا. ويحسبه المحوّل اعتمادًا على القيم الدقيقة للبوصة ورطل-القوة، بدلًا من تخزين قيمة عشرية مبتورة مسبقًا. وكان استخدام معامل مختصر سيضيف خطأً صغيرًا إلى كل نتيجة بوحدة psi.

هل يمكن تحويل ضغط سالب؟ نعم. تنخفض قراءات الضغط المقاس عن الصفر كلما كان الضغط داخل الحيز أقل من ضغط الهواء خارجه، لذلك تحوّل الصفحة القيم السالبة بدلًا من رفضها.

أي وحدة ينبغي استخدامها؟ الباسكال والكيلوباسكال هما وحدتا النظام الدولي للوحدات، وهما قياسيتان في العلوم والهندسة. ويشيع استخدام البار في الصناعة الأوروبية وعلى معدات الغوص، كما يشيع استخدام psi في الولايات المتحدة وعلى مقاييس ضغط الإطارات، بينما تُستخدم وحدة الضغط الجوي غالبًا للمقارنة بضغط الهواء المعتاد عند مستوى سطح البحر.