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5.1: 圧力と圧力の測定
目次

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Chemistry

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Definition and Measurement of Pressure: Atmospheric Pressure, Barometer, and Manometer
 
書き起こし

5.1: 圧力と圧力の測定

気体の圧力は、気体の分子が物体の表面に衝突することで発生します。 一つ一つの衝突の力は非常に小さいですが、大きな面積を持つ表面では、短時間に多くの衝突が起こり、その結果、高い圧力が発生します。

一般的に、圧力とは一定の面積にかかる力と定義されています。  

Eq1

圧力は力に正比例し、面積に反比例します。 そのため、圧力を高めるには、力の大きさを大きくするか、力を加える面積を小さくすればよく、圧力を下げるには、力の大きさを小さくするか、面積を大きくすればいいです。

圧力の SI 単位はパスカル( Pa )で、 1 Pa = 1 N/m2 です。ここで N はニュートン、 1 kg·m/s2 として定義された力の単位です。 1 パスカルは圧力が小さいため、多くの場合、キロパスカル( 1 kPa = 1000 Pa )またはバール( 1 bar = 100,000 Pa )の単位を使用する方が便利です。 圧力は、大気圧( atm )を使用して測定することもできます。  

圧力の測定

大気圧とは、地球表面の大気にかかる力のことで、気圧計を使って測定します。 気圧計は、一端が閉じられたガラス管の中に水銀などの不揮発性の液体を入れ、その液体が入った容器の中に反転させて浸したものです。 大気は管外の液体に圧力をかけ、液柱は管内に圧力をかけ、液面の圧力は管の内外で同じになります。 したがって、管内の液体の高さは、大気の圧力に比例します。

気圧計では、水よりも水銀の方が13.5倍も密度が高いため、水銀が好まれます。 水の場合は10.3mの高さが必要だが、水銀の場合は0.760m程度の高さで大気圧を支えることができます。 そのため、水銀柱は圧力を測定するのに便利です。

海面( 101,325 Pa )での標準大気圧 1 atm は、高さ約 760 mm ( 29.92 インチ)の水銀カラムに相当します。 重力によって流体が受ける圧力を静水圧pといいます :

Eq2

h は流体の高さ、 ρ は流体の密度、 g は重力による加速度です。

マノメーターは、容器に閉じ込められた気体の圧力を測定するための装置です。 閉鎖型マノメーターは、 1 つの閉じたアーム、測定するガスに接続する 1 つのアーム、その間に水銀を含む U 字型の管です。 管の 2 つのアームの液面間の距離 h は、容器内の気体の圧力に比例します。 開放型マノメーターでは、管の一方のアームが大気中に開放されています。 この場合、液面間の距離は、容器内の気体と大気との圧力差に相当します。  

本書は 、 Openstax 、 Chemistry 2e 、 Section 9.1 : Gas Pressure から引用しています。

Tags

Pressure Atmospheric Pressure Barometer Manometer Gas Particles Collisions Force Area Density Air Mixture Atoms Molecules Pressure Measurement Mercury-filled Glass Tube Height Of Mercury Column Sea Level Altitudes Gas Container Closed-end Manometer

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