فشار نسبی چیست؟
فشار نسبی، مقدار فشاری است که نسبت به فشار اتمسفر محیط (فشار هوا) سنجیده می‌شود و آن را به عنوان نقطه صفر در نظر می‌گیرد. این معیار، اختلاف بین فشار مطلق در یک نقطه و فشار اتمسفر اطراف را نشان می‌دهد. برای مثال، فشار اتمسفر مقدار مطلق حدود ۱ بار دارد، اما مقدار نسبی آن صفر بار است.
تاحالا به این فکر کردی وقتی باد لاستیک ماشینت رو تنظیم می‌کنی و مثلاً می‌ذاری روی ۳۲ PSI، اون عدد دقیقاً یعنی چی؟ خب، اون عدد همون چیزیه که بهش می‌گیم فشار نسبی.
فشار نسبی یعنی که ما نسبت به هوای دور و برمون (همون اتمسفر که همیشه هست) اندازه می‌گیریم. انگار فشار هوای معمولی رو می‌ذاریم روی صفر و می‌گیم خب، حالا داخل لاستیک چقدر از این صفر بیشتره؟ اون ۳۲ PSI یعنی ۳۲ واحد بیشتر از هوای بیرون.
پس فشار نسبی، داستانِ مقایسه فشار یه چیزی با هوای محیطه. حالا که یه دید کلی پیدا کردی، بریم که با هم بیشتر با این مفهوم باحال و کاربردی آشنا بشیم.
آشنایی با فشار نسبی: تعریف و مفهوم اولیه
یکی از عوامل بنیادی در علم فیزیک مفهوم فشار است و به نیرویی اشاره دارد که یک سیال (مایع یا گاز) بر واحد سطح وارد می‌کند. بیایید یک محفظه پر از گاز را تصور کنیم. فشاری که درون این محفظه حس می‌شود، نتیجه برخورد بی‌وقفه و دائمی مولکول‌های گاز با دیواره‌های آن است.
فشار نسبی یکی از مفاهیم پایه در علم اندازه‌گیری است که در زندگی روزمره و صنعت کاربرد فراوان دارد. در واقعهمان مقداری است که نسبت به هوای اطراف (اتمسفر) سنجیده می‌شود. به بیان دقیق‌تر، فشار نسبی عبارت است از اختلاف بین فشار مطلق یک سیستم و اتمسفر محیط. این مفهوم به ما کمک می‌کند تا به راحتی تفاوت یک سیستم را نسبت به محیط اطراف بسنجیم.
نقطه صفر فشار نسبی کجاست؟ نقش کلیدی اتمسفر
نقطه صفر در اندازه‌گیری فشار نسبی، همان فشار اتمسفر محیط است. این نکته بسیار مهمی است، زیرا تمام اندازه‌گیری‌های فشار نسبی با این فرض انجام می‌شوند که فشار هوای محیط به عنوان مبدأ یا صفر در نظر گرفته شده است. فشار اتمسفر در سطح دریا حدود 1.013 بار یا 14.7 پوند بر اینچ مربع (PSI) است، اما این مقدار با تغییر ارتفاع و شرایط جوی تغییر می‌کند.
چرا فشار اتمسفر مبنای اندازه‌گیری است؟
فشار اتمسفر، ناشی از ستون هوای موجود است که از سطح زمین تا انتهای جو بر واحد سطح وارد می‌شود. اتمسفر به دلایل زیر عنوان مبنای اندازه‌گیری فشار نسبی انتخاب شده است:
- همواره در محیط اطراف ما وجود دارد و به راحتی قابل دسترسی است.
- برای اکثر کاربردهای عملی، آنچه اهمیت دارد اختلاف با محیط است، نه مقدار مطلق آن.
- بسیاری از پدیده‌های فیزیکی و مکانیکی متأثر از این اختلاف هستند.
- اندازه‌گیری نسبت به اتمسفر بسیار ساده‌تر از اندازه‌گیری نسبت به خلأ کامل است.
برای اطلاعات بیشتر می‌توانید مقاله فشار اتمسفریک چیست؟ را هم مطالعه کنید.
چرا هوای محیط، فشار نسبی صفر دارد؟
تصور کنید می‌خواهید ارتفاع اشیا مختلف را نسبت به سطح زمین اندازه‌گیری کنید. در این حالت، سطح زمین به عنوان مبدأ (ارتفاع صفر) در نظر گرفته می‌شود. به همین ترتیب، در اندازه‌گیری فشار نسبی، هوای محیط به عنوان نقطه صفر انتخاب شده است.
وقتی یک فشارسنج نسبی را در هوای آزاد قرار می‌دهید، عدد صفر را نشان می‌دهد، زیرا هیچ اختلافی بین فشار محیط و مبنای اندازه‌گیری وجود ندارد. این دقیقاً همان دلیلی است که فشار هوای محیط، در مقیاس فشار نسبی، همیشه صفر است.
خصوصیات و نکات مهم در رابطه با فشار نسبی
فشار نسبی دارای ویژگی‌های منحصر به فردی است که آن را برای کاربردهای مختلف مناسب می‌سازد:
- مرجع: اتمسفر به عنوان مرجع برای اندازه‌گیری فشار نسبی در نظر گرفته می‌شود.
- صفر نسبی: وقتی فشار مطلق یک سیال برابر با اتمسفر باشد، میزان این کمیت برابر با صفر است. به این حالت “صفر نسبی” گفته می‌شود.
- واحدهای اندازه‌گیری فشار: معمولاً با واحدهای “بار ” (bar)، “پوند بر اینچ مربع ” (psi) یا “کیلوپاسکال ” (kPa) اندازه‌گیری می‌شود.
- کاربردها: در بسیاری از صنایع و کارهای روزمره برای اندازه‌گیری و کنترل سیستم‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عنوان مثال، در صنعت نفت و گاز، برای اندازه‌گیری در خطوط لوله، مخازن و تجهیزات حفاری استفاده می‌شود.
- مثبت یا منفی بودن: این کمیت می‌تواند مثبت یا منفی باشد. نوع مثبت آن به این معنی است که فشار مطلق سیال بیشتر از اتمسفر است، در حالی که نوع منفی آن به این معنی است که فشار مطلق سیال کمتر از فشار اتمسفر است.
معایب و محدودیت‌ها در استفاده
- وابستگی به اتمسفر: میزان این کمیت نسبت به اتمسفر اندازه‌گیری می‌شود. این موضوع می‌تواند در مکان‌هایی با ارتفاع‌های مختلف یا در شرایط آب و هوایی متغیر مشکل‌ساز باشد.
- امکان خطا در تبدیل واحدها: اشتباه در تبدیل بین فشار مطلق و نسبی می‌تواند به خطاهای محاسباتی جدی منجر شود.
- خطای مرجع در شرایط حاد آب و هوایی: در شرایط آب و هوایی حاد مانند طوفان یا تغییرات شدید جوی، خوانش می‌تواند گمراه‌کننده باشد.
- عدم قطعیت در سیستم‌های بسته: در سیستم‌های بسته که با اتمسفر تعامل ندارند، استفاده از این کمیت می‌تواند منجر به عدم قطعیت شود.
- ناسازگاری در ارتفاعات مختلف: اندازه‌گیری‌ها در ارتفاعات متفاوت قابل مقایسه مستقیم نیستند، زیرا اتمسفر با ارتفاع تغییر می‌کند.
تفاوت اصلی فشار نسبی با فشار مطلق چیست؟
تفاوت اساسی بین فشار نسبی و فشار مطلق در نقطه مرجع یا صفر آن‌هاست. فشار مطلق همیشه نسبت به فشار خلأ کامل سنجیده می‌شود، در حالی که فشار نسبی نسبت به اتمسفر محیط اندازه‌گیری می‌شود.
برای درک بهتر این تفاوت، تصور کنید لاستیک خودرویی را باد کرده‌اید تا فشار نسبی آن به 2 بار برسد. اگر اتمسفر محیط 1 واحد بار باشد، فشار مطلق داخل لاستیک 3 بار خواهد بود (2+1). فشار مطلق هرگز منفی نمی‌شود، اما نسبی می‌تواند در شرایط خلأ نسبی مقادیر منفی داشته باشد.
البته ما در مقاله‌ای دیگر به بررسی کامل تفاوت اصلی فشار نسبی با فشار مطلق پرداخته‌ایم.
سخن پایانی
کمیت فشار نسبی یکی از مفاهیم بنیادی در علم اندازه‌گیری و کنترل فرآیندهای صنعتی است که نقشی حیاتی در تضمین عملکرد ایمن و کارآمد سیستم‌های مختلف ایفا می‌کند. همان‌طور که در این مقاله بررسی شد، این کمیت به دلیل سهولت استفاده و کاربردهای گسترده در صنایع مختلف از نفت و گاز گرفته تا خودروسازی و سیستم‌های هیدرولیک، همچنان محبوب‌ترین روش بیان فشار در محیط‌های صنعتی و کاربردی است.
با این حال، درک محدودیت‌های آن، مانند وابستگی آن به فشار اتمسفر و تغییرات آن با ارتفاع، برای استفاده صحیح و تفسیر دقیق داده‌ها ضروری است. انتخاب آگاهانه بین این کمیت و فشار مطلق بر اساس نیازهای خاص هر کاربرد، تصمیمی استراتژیک محسوب می‌شود.
