مبدل واحد فشار: Pa، kPa، bar، atm و psi

مبدل واحد فشار

فشار مقدار نیرویی است که بر هر بخش از یک سطح وارد می‌شود. مبدل واحد فشار، فشار را از یک واحد به واحدی دیگر تبدیل می‌کند؛ برای نمونه، پوند بر اینچ مربع را به بار تبدیل می‌کند. این صفحه بین پاسکال، کیلوپاسکال، بار، اتمسفر استاندارد و psi تبدیل انجام می‌دهد و هر پنج مقدار را هم‌زمان نشان می‌دهد.

مبدل چه کاری انجام می‌دهد

کاربر یک عدد وارد می‌کند و واحدی را که عدد با آن نوشته شده است انتخاب می‌کند. صفحه همان فشار را در هر پنج واحد نشان می‌دهد.

• نتایج با هشت رقم معنادار نمایش داده می‌شوند. فقط نمایش گرد می‌شود؛ تبدیل با همان عددی انجام می‌شود که وارد شده است.
• نتیجه‌ای که اندازه‌اش کمتر از ۰٫۰۰۰۱ یا برابر با یک میلیارد و بیشتر باشد، با نماد علمی نمایش داده می‌شود. صفر به‌صورت معمولی و به شکل ۰ نشان داده می‌شود.
• مقدارهای منفی پذیرفته می‌شوند، زیرا ممکن است عددخوانی فشارسنج منفی باشد.
• کادر خالی به‌جای عدد، پیام درخواست ورود مقدار نشان می‌دهد. پیوندی که واحدی ارائه‌نشده در صفحه را داشته باشد، به‌جای تبدیل، پیام خطا تولید می‌کند.

پنج واحد

پاسکال برابر است با یک نیوتن نیرو که بر یک متر مربع گسترده شده باشد. چهار واحد دیگر هر کدام تعداد ثابتی پاسکال هستند و هیچ‌یک از آن تعدادها اندازه‌گیری نیست؛ بنابراین هیچ‌کدام با گذشت زمان تغییر نمی‌کند.

فرمول تبدیل فشار

چون هر واحد در اینجا مضرب ثابتی از پاسکال است، تبدیل شامل یک ضرب و سپس یک تقسیم می‌شود. مقدار ابتدا به پاسکال تبدیل می‌شود و سپس به واحد موردنظر بازگردانده می‌شود:

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

که در آن $P_1$ فشار واردشده، $k_1$ تعداد پاسکال در یک واحد از واحد انتخاب‌شده، $k_2$ تعداد پاسکال در یک واحد از واحد موردنظر و $P_2$ پاسخ است.

در این فرایند چیزی اضافه یا کم نمی‌شود. هر پنج مقیاس در فشار یکسانی صفر را نشان می‌دهند، بنابراین فقط اندازه گام تغییر می‌کند. دما حالتی است که این قاعده در آن برقرار نیست: سلسیوس و فارنهایت شمارش را از نقاط متفاوتی آغاز می‌کنند، بنابراین مبدلی که فقط ضرب کند، ۰ °C را به‌جای ۳۲ °F، برابر با ۰ °F گزارش می‌کند.

ضریب psi از کجا می‌آید

psi برابر است با یک پوند-نیرو که بر یک اینچ مربع وارد می‌شود. مبدل آن را از دو تعریف دقیق به دست می‌آورد، نه با رونویسی از یک عدد اعشاری چاپ‌شده:

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

که در آن $F$ یک پوند-نیرو بر حسب نیوتن و $A$ یک اینچ مربع بر حسب متر مربع است.

هر دو ورودی تعریف هستند. اینچ بین‌المللی از زمان توافق‌نامه بین‌المللی یارد و پوند در ۱۹۵۹، دقیقاً ۰٫۰۲۵۴ m بوده است. پوند-نیرو برابر است با پوند بین‌المللی ۱۹۵۹، دقیقاً ۰٫۴۵۳۵۹۲۳۷ kg، ضرب‌شده در گرانش استاندارد؛ گرانشی که کنفرانس عمومی ۳ام اوزان و مقیاس‌ها در ۱۹۰۱ مقدار آن را دقیقاً ۹٫۸۰۶۶۵ m/s² تعیین کرد. حاصل این ضرب دقیقاً ۴٫۴۴۸۲۲۱۶۱۵۲۶۰۵ N است؛ این مقدار در پیوست B از انتشارات ویژه NIST شماره ۸۱۱ جدول‌بندی شده است.

این تقسیم نیز دقیق است و به صورت کسر ۸٬۸۹۶٬۴۴۳٬۲۳۰٬۵۲۱ / ۱٬۲۹۰٬۳۲۰٬۰۰۰ نوشته می‌شود. بسط اعشاری آن هرگز پایان نمی‌یابد. این بسط با ۶٬۸۹۴٫۷۵۷۲۹۳۱۶۸۳۶۲۰۰۰… آغاز می‌شود؛ بنابراین هر عدد اعشاری که تاکنون برای psi چاپ شده، از جمله ۶٬۸۹۴٫۷۵۷ Pa فهرست‌شده توسط NIST، نسخه‌ای گرد‌شده از آن است.

نمونه: لاستیک خودرو با فشار ۳۲ psi

لاستیکی که تا فشار ۳۲ psi (۲۲۱ kPa) باد شده باشد، در هر اینچ مربع ۳۲ پوند (۱۴٫۵ kg)-نیرو تحمل می‌کند. ضرب کردن در ضریب psi این مقدار را به پاسکال تبدیل می‌کند:

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

تقسیم این نتیجه بر هر یک از ضرایب دیگر، مقادیر باقی‌مانده را به دست می‌دهد. صفحه با هشت رقم معنادار، ۲۲۰٬۶۳۲٫۲۳ Pa، ۲۲۰٫۶۳۲۲۳ kPa، ۲٫۲۰۶۳۲۲۳ bar و ۲٫۱۷۷۴۷۰۸ atm را نشان می‌دهد.

مرحله میانی ارزش دوباره خواندن دارد. بار از تقسیم بر ۱۰۰٬۰۰۰ و اتمسفر از تقسیم بر ۱۰۱٬۳۲۵ به دست می‌آید؛ بنابراین این دو پاسخ حدود ۱٫۳ درصد با هم تفاوت دارند. به هم نزدیک‌اند، اما یکسان نیستند.

تبدیل‌های رایج فشار

هر ردیف زیر مقدار حاصل از یک واحد را در چهار واحد دیگر، با هشت رقم معنادار، نشان می‌دهد.

کدام مقدارها دقیق و کدام گرد شده‌اند

چهار ضریب از پنج ضریب، اعداد صحیح دقیق هستند؛ بنابراین تبدیل میان آن‌ها فقط به محاسبات وابسته است، نه ثابت‌ها.

• ۱ kPa دقیقاً برابر با ۱٬۰۰۰ Pa است. پیشوند کیلو به معنای هزار است.
• ۱ bar دقیقاً برابر با ۱۰۰٬۰۰۰ Pa است. بار واحد SI نیست، اما دفتر بین‌المللی اوزان و مقیاس‌ها آن را در بروشور SI، در میان واحدهای پذیرفته‌شده برای استفاده همراه با SI، با همین مقدار دقیق فهرست می‌کند.
• ۱ atm دقیقاً برابر با ۱۰۱٬۳۲۵ Pa است. کنفرانس عمومیِ ۱۰ام اوزان و مقیاس‌ها آن را در ۱۹۵۴، در قطعنامه ۴، تعیین کرد.
• ۱ psi (۶٫۹ kPa) به صورت کسر دقیق است و به صورت اعشاری قابل نوشتن نیست؛ دلیل آن در بالا آمده است.

گردکردنی که خواننده عملاً می‌بیند، از نمایش مقدار ناشی می‌شود، نه از ثابت‌ها. هشت رقم معنادار به‌اندازه‌ای زیاد است که یک مقدار تعریفی را کامل نشان دهد و به‌اندازه‌ای محدود است که رقم‌های پایانی محاسبات رایانه، که به‌جای اطلاعات نویز گردکردن را در خود دارند، پنهان بمانند.

فشار گیج و فشار مطلق

فشارسنج لاستیک، تمام فشار داخل لاستیک را اندازه‌گیری نمی‌کند. این وسیله اندازه می‌گیرد که فشار داخل لاستیک چقدر از فشار هوای بیرون بیشتر است. عددخوانی به این روش، فشار گیج است؛ اما عددخوانی از خلأ کامل، فشار مطلق نام دارد. در سطح دریا، این دو تقریباً به اندازه یک اتمسفر با هم تفاوت دارند.

بنابراین لاستیکی که فشار گیج آن ۳۲ psi (۲۲۱ kPa) است، تقریباً فشار مطلق ۴۶٫۷ psi (۳۲۲ kPa) دارد. مبدل نمی‌داند عدد واردشده از کدام نوع است؛ بنابراین عدد را همان‌طور که داده شده تبدیل می‌کند و حد پایین تعیین نمی‌کند. این کار عمدی است: فشار مطلق نمی‌تواند از صفر کمتر شود، اما فشار گیج کمتر از صفر یک خلأ نسبی معمولی است.

سؤالات رایج

۱ bar چند psi است؟ ۱ bar برابر با ۱۰۰٬۰۰۰ Pa است و تقسیم آن بر ضریب psi، با هشت رقم معنادار، ۱۴٫۵۰۳۷۷۴ psi (۱۰۰ kPa) را به دست می‌دهد. مقدار گرد‌شده رایج ۱۴٫۵ psi (۱۰۰ kPa) است.

آیا بار با اتمسفر یکسان است؟ خیر. بار برابر با ۱۰۰٬۰۰۰ Pa و اتمسفر استاندارد برابر با ۱۰۱٬۳۲۵ Pa است؛ بنابراین ۱ atm دقیقاً برابر با ۱٫۰۱۳۲۵ bar است. اتمسفر حدود ۱٫۳ درصد بزرگ‌تر است. این دو در کاربرد غیررسمی اغلب به جای یکدیگر به کار می‌روند؛ برای یک مقدار تقریبی اشکالی ندارد، اما برای محاسبه نادرست است.

۱ psi چند کیلوپاسکال است؟ با هشت رقم معنادار، ۶٫۸۹۴۷۵۷۳ kPa است و معمولاً به صورت ۶٫۸۹۵ kPa بیان می‌شود.

چرا ضریب psi این‌همه رقم دارد؟ زیرا حاصل تقسیمی است که هیچ‌گاه بدون باقیمانده تمام نمی‌شود. مبدل آن را از اینچ دقیق و پوند-نیروی دقیق به دست می‌آورد، نه از یک عدد اعشاری که از پیش کوتاه شده باشد. ضریب کوتاه‌شده خطای کوچکی را به هر نتیجه بر حسب psi وارد می‌کند.

آیا فشار منفی قابل تبدیل است؟ بله. هرگاه فشار داخل کمتر از فشار هوای بیرون باشد، عددخوانی فشار گیج از صفر پایین‌تر می‌رود؛ بنابراین صفحه مقدارهای منفی را تبدیل می‌کند و آن‌ها را رد نمی‌کند.

کدام واحد باید استفاده شود؟ پاسکال و کیلوپاسکال واحدهای SI هستند و در علوم و مهندسی کاربرد استاندارد دارند. بار در صنایع اروپا و تجهیزات غواصی رایج است، psi در ایالات متحده و فشارسنج‌های لاستیک کاربرد زیادی دارد و اتمسفر بیشتر برای مقایسه با فشار معمول هوا در سطح دریا استفاده می‌شود.