วันอังคารที่ 26 กรกฎาคม พ.ศ. 2554

เครื่องมือวัดความดัน
ความดัน คือ ขนาดของแรงดันที่กระทำตั้งฉากต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ เป็นปริมาณสเกล่าร์ มีหน่วยเป็น N/m2 หรือ Pa

ความดันในของเหลว

P = Pเกจ ซึ่งเป็นความดันเนื่องจากน้ำหนักของเหลว และเป็นค่าที่อ่านได้จากเครื่องวัด มีหน่วยเป็น N/m2 หรือ Pa
ρ = ความหนาแน่นของของเหลว มีหน่วยเป็น kg/m3
h = ความลึกของของเหลว มีหน่วยเป็น m
หมายเหตุ
* ณ จุดใดๆในของเหลว จะมีแรงเนื่องจากของเหลวไปในทุกทิศทาง
* แรงที่ของเหลวกระทำที่ผิวภาชนะจะตั้งฉากกับผิวภาชนะเสมอ
* ความดันในของเหลวชนิดหนึ่งๆไม่ขึ้นกับปริมาตรและรูปร่างของภาชนะ
* ความดัน ณ จุดใดๆในของเหลว จะแปรผันตรงกับความลึก และ ความหนาแน่นของของเหลว เมื่อของเหลวอยู่นิ่งและอุณหภูมิคงที่
* ถ้าพิจารณาความดันบรรยากาศด้วย จะเรียกว่า ความดันสัมบูรณ์

ความดันในอากาศ หมายถึง แรงดันของอากาศ ซึ่งก็เป็นเรื่องของสมบัติของอากาศที่ต้องการที่อยู่ อากาศจะเคลื่อนที่โดยโมเลกุลของอากาศจะเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลา เนื่องจากอยู่ในสถานะของแก๊ส อากาศจะเคลื่อนที่ไปทุกทิศทุกทางทำให้เกิดแรงที่เรียกว่า แรงดันอากาศ แรงดันอากาศจะขึ้นอยู่กับอิทธิพลของขนาดพื้นที่ อุณหภูมิ และอื่นๆ
การวัดความดันของอากาศนักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาเรื่องความดันของอากาศที่ควรรู้จักมี 2 ท่านด้วยกัน คือ กาลิเลโอ (Galileo) และเทอริเชลลี (Torricelli) โดยศึกษาพบว่า อากาศสามารถดันของเหลว เช่น น้ำหรือปรอทให้เข้าไปอยู่ในหลอดแก้วที่เป็นสุญญากาศได้ จึงนำความรู้ดังกล่าวมาประยุกต์ใช้สร้างเครื่องวัดความดันบรรยากาศที่มีชื่อเรียกว่า บารอมิเตอร์ (barometer) บารอมิเตอร์จะใช้ปรอทบรรจุไว้ภายในหลอดแก้วเนื่องจากมีคุณสมบัติที่ดีกว่าของเหลวอื่นๆ
ความดันของของไหลสามารถวัดค่าได้ด้วยเครื่องวัดความดันของของไหลที่มีหลายรูปแบบ เช่น แมนอมิเตอร์ แบรอมิเตอร์และเครื่องวัดบูร์ดอน
แมนอมิเตอร์ (manormeter) เป็นเครื่องมือวัดความดันของของไหลชนิดหนึ่ง ประอบด้วย หลอดแก้วรูปตัวยู มีของเหลวบรรจุไว้ภายใน ปลายข้างหนึ่งอาจเปิดสู่บรรยากาศ ถ้าต้องการวัดความดันเทียบกับความดันบรรยากาศ แต่อาจใช้เทียบกับความดันอื่นก็ได้ และการรู้ความต่าง ระดับของเหลวในหลอดทั้งสองข้างจะทำให้สามารถหาความดันที่แตกต่างกันได้ เมื่อทราบความหนาแน่นของของเหลว


แมนอมิเตอร์ ใช้วัดความดันของของเหลว จากรูป ค่าความดันที่อ่านได้ คือ ความดันเกจ
ถ้าบวกความดันบรรยากาศ ค่าความดันที่อ่านได้เรียกว่า "ความดันสัมบูรณ์" P คือ ความดันสัมบูรณ์
Patm คือ ความดันบรรยากาศ
ρgh คือ ความดันเกจ (ค่าที่อ่านได้จากเครื่องมือวัดความดัน)
แบรอมิเตอร์ปรอท (mercuty barometer) เป็นเครื่องมือที่ใช้ปรอทวัดความดันบรรยากาศได้โดยตรงซึ่งประดิษฐ์โดย ทอร์ริเซลลี(Torricelli) ชาวอิตาเลียน ในปี พ.ศ.2186 แบรอมิเตอร์ปรอท ประกอบด้วยหลอดแก้วทรงกระบอก ปลายข้างหนึ่งเปิด เมื่อบรรจุปรอทจนเต็มแล้วคว่ำลงในอ่างปรอทโดยไม่ให้อากาศเข้าในหลอด เมื่อยกหลอดตั้งขึ้น จะเกิดสูญญากาศด้านปลายเปิด ดังนั้นบริเวณตอนบนของหลอด จึงไม่มีความดันอากาศ และลำปรอทยังคงระดับความสูงได้นั้นเพราะความดันบรรยากาศภายนอกที่กระทำผิวปรอทในอ่างปรอทซึ่งมีความดันอากาศ Patm นี้สมดุลกับความดันเนื่องจากน้ำหนักของลำปรอทที่ h ดังนั้นความดันบรรยากาศ Patm จึงมีค่าเท่ากับ ρgh เมื่อ ρ เป็นความหนาแน่นของปรอท


ความดันอากาศที่อ่านจากแบรอมิเตอร์แบบปรอท มีหน่วยว่า มิลลิเมตรของปรอท (mmHg) ในแต่ละวันและเวลาเมื่อความดันบรรยากาศเปลี่ยนแปลง ความสูงของระดับปรอทอาจเปลี่ยนแปลงด้วย ดังนั้นในแต่ละท้องที่ในแต่ละเวลาความดันบรรยากาศจะไม่เท่ากันอาจวัดความดันในหน่วยอื่นก็ได้ เช่น บาร์ (bar) หรือทอร์ (torr) โดยทั้งสามหน่วยมีความสัมพันธ์กับหน่วยเอสไอ ดังนี้1. ความดัน 1 บรรยากาศ คือ ความดันของอากาศที่ทำให้ปรอทเคลื่อนสูงขึ้นไปได้ 76 เซนติเมตร หรือ 760 มิลลิเมตร2.1บรรยากาศมีค่าเท่ากับ1,013.25มิลลิบาร์3. 1,000 มิลลิบาร์ มีค่าเท่ากับ 1 บาร์
แอนีรอยด์ แบรอมิเตอร์ (aneroid barometer) เป็นเครื่องมือวัดความดันอากาศหรือแก๊สอีกแบบหนึ่ง เป็นตลับโลหะแล้วนำเอาอากาศออกจนเหลือน้อย (คล้ายจะทำให้เป็นสุญญากาศ) เมื่อมีแรงจากอากาศมากดตลับโลหะ จะทำให้ตลับโลหะมีการเคลื่อนไหว ทำให้เข็มที่ติดไว้กับตัวตลับชี้บอกความกดดันของอากาศโดยทำสเกลบอกระดับความดันของอากาศไว้ แอนนิรอยด์บารอมิเตอร์ประดิษฐ์โดยวีดี (Vidi) ในปี พ.ศ. 2388 มีขนาดเล็กพกพาไปได้สะดวก
เนื่องจากความดันอากาศ ณ สถานที่ใดขึ้นอยู่กับความสูงของสถานที่นั้นเหนือระดับน้ำทะเล จึงมีการดัดแปลงแอนีรอยด์แบรอมิเตอร์ให้เป็นเครื่องมือวัดความสูง หรือที่เรียกว่า อัลติมิเตอร์ (altimeter) ซึ่งสามารถวัดระดับเพดานบินของเครื่องบินได้


บารอกราฟ (barograph) เป็นเครื่องมือที่ใช้ในการวัดความดันอากาศที่ใช้หลักการเดียวกับแอนนิรอยด์บารอมิเตอร์ แต่จะบันทึกความกดดันอากาศแบบต่อเนืองลงบนกระดาษตลอดเวลาในลักษณะเป็นเส้นกราฟ และบอกเวลาได้ด้วย เหมาะสำหรับใช้ในการพยากรณ์อากาศ

แอลติมิเตอร์ (altimeter)ใช้หลักการเดียวกันกับแอนิรอยด์บารอมิเตอร์ ที่นำมาประยุกต์ให้ใช้ความกดดันของอากาศทำให้วัดระดับความสูงด้ด้วย แอลติมิเตอร์เป็นเครื่องมือที่ใช้ในการบิน เครื่องมือที่นักกระโดดร่มใช้เพื่อการกระโดดร่ม
แอลติมิเตอร์ยังสามารถวัดความชื้นของอากาศได้ด้วย ความชื้นของอากาศ (humidity) หมายถึง ปริมาณของไอน้ำที่มีอยู่ในชั้นบรรยากาศ ในกรณีที่มีความชื้นในอากาศสูงหมายถึงว่าอากาศมีปริมาณไอน้ำมาก และถ้าอากาศมีความชื้นต่ำหมายถึงว่าอากาศมีปริมาณไอน้ำน้อย


เครื่องวัดบูร์ดอน ( bourdon gauge ) เป็นอุปกรณ์ที่วัดความดันที่มีความดันสูง เช่น ใช้ในถังเก็บลมสำหรับเติมยางรถยนต์ ถังแก๊สหุงต้มหรือแก๊สในยางรถยนต์ เป็นต้น
อุปกรณ์มีลักษณะเป็นท่อกลวงรูปก้นหอย ปลายด้านหนึ่งต่อกับของไหลที่ต้องการวัดความดัน ส่วนปลายอีกด้านหนึ่งปิด เมื่อของไหลเข้าไปในท่อ ความดันของไหลจะทำให้ท่อยืดออก จึงมีผลทำให้เข็มที่ติดอยู่ตรงปลายท่อเบนไปจากตำแหน่งเดิม ซึ่งปริมาณการเบนจะบอกความดันในของไหลนั้น







ความดันกับชีวิตประจำวัน
เครื่องวัดความดันโลหิต ทำด้วยหลอดแก้วรูปตัวยู (แมนอมิเตอร์) ภายในบรรจุปรอท ปลายข้างหนึ่งมีท่อยางสวมต่อกับถุงอากาศ และมีลูกยางสำหรับอัดอากาศเข้าถุงอากาศ ขณะที่ความดันอากาศในถุงสูงกว่าความดันโลหิต จะไม่ได้ยินเสียงชีพจร เมื่อความดันอากาศในถุงเท่ากับความดันโลหิต จะได้ยินเสียงชีพจร ความดันที่อ่านได้ในครั้งแรกจะเป็นค่าความดันสูง จากนั้นผู้วัดจะค่อยๆปล่อยอากาศออกจากถุง จนความดันในถุงเท่ากับความดันในเส้นเลือดดำ ผู้วัดจึงอ่านค่าความดันโลหิตต่ำ จากความสูงของลำปรอทในแมนอมิเตอร์ ร่างกายคนปกติจะมีความดันโลหิตสูงสุดเท่ากับ 120 มิลลิเมตรของปรอท และความดันโลหิตต่ำสุดเท่ากับ 80 มิลลิเมตรของปรอท ( ความดันที่ได้เป็นความดันเกจ )

หลอดดูดเครื่องดื่ม เมื่อใช้หลอดดูดเครื่องดื่มจะทำให้อากาศในหลอดมีปริมาตรลดลงทำให้ความดันอากาศในหลอดลดลง ความดันอากาศภายนอกซึ่งมีมากกว่า จะดันของเหลวขึ้นไปแทนที่อากาศในหลอดดูด จนของเหลวไหลเข้าปาก

แผ่นยางติดผนัง เมื่อกดแผ่นยางติดผนังบนวัตถุผิวเรียบ อากาศระหว่างแผ่นยางกับวัตถุจะถูกขับออก ทำให้บริเวณดังกล่าวเกือบเป็นสุญญากาศ อากาศภายนอกที่มีความดันมากกว่าจะกดแผ่นยางให้แนบติดกับผิววัตถุ

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น