ciśnienie

Ciśnienie – siła działająca prostopadle na jednostkę powierzchni. Oblicza się ciśnienie na podstawie wzoru P = Fn/S, przy czym P oznacza ciśnienie mierzone w jednostkach ciśnienia, czyli w paskalach [Pa], Fn jest składową siły prostopadłej do powierzchni mierzonej w niutonach [N], natomiast S oznacza powierzchnię wyrażoną w metrach kwadratowych [m²]. Uogólnieniem pojęcia ciśnienia jest naprężenie, określane jako miara intensywności powierzchniowej sił wewnętrznych, występujących w pewnym punkcie przekroju ośrodka ciągłego. Wyróżnia się wiele rodzajów ciśnienia, jednak podstawowe rodzaje to ciśnienie względne i bezwzględne.

Przyrządy do pomiaru ciśnienia

Do pomiaru ciśnienia atmosferycznego służy barometr, który w zależności od zasady działania może być cieczowy lub sprężynowy. Stosuje się również próżniomierze (wakuometry) o zróżnicowanym typie. Natomiast do pomiaru ciśnienia względem ciśnienia otoczenia (zwykle ciśnienia atmosferycznego) stosuje się manometr, choć w szerszym znaczeniu określenia tego przedmiotu stosuje się do każdego przyrządu mierzącego ciśnienie (potocznie określenie to ciśnieniomierz). Radiometr Nicholsa służy do wykrywania ciśnienia promieniowania (ze względu na bardzo słabe wartości).

Ciśnienie względne i bezwzględne

Ciśnieniem względnym określa się ciśnienie względem ciśnienia w otoczeniu, określane jest także jako nadciśnienie. Natomiast ciśnienie określane względem próżni to tzw. ciśnienie bezwzględne. Ciśnienie bezwzględne wyznaczane zostało względem próżni doskonałej, które wynosi 0. Powszechne zastosowanie ciśnienia względnego ma miejsce w technice ze względu na pomiar i upowszechnianie ciśnienia płynów względem ciśnienia atmosferycznego. To nadciśnienie, w tym znaczeniu określa się jako ciśnienie manometryczne (np. ciśnienie w zamkniętej przestrzeni ma wartość wynoszącą 0,4 MPa – nadciśnienie, co przy ciśnieniu atmosferycznym 0,1 MPa oznacza, że ciśnienie bezwzględne jest sumą pozostałych i wynosi 0.5 MPa).

Do pomiaru ciśnienia atmosferycznego służy barometr. Źródło: shutterstock

Ciśnienie aerostatyczne

Ciśnieniem aerostatycznym określa się ciśnienie panujące wewnątrz gazu będącego w spoczynku i pozostającego w równowadze, pochodzące od jego własnego ciężaru. Ciśnienie aerostatyczne zależy od wysokości słupa gazu i ciężaru właściwego.

Ciśnienie akustyczne

Ciśnienie akustyczne opisuje natężenie dźwięku. Jest to zmienne w czasie odchylenie od średniej wartości ciśnienia statycznego panującego w ośrodku, występujące podczas rozchodzenia się w nim fali akustycznej. Ciśnienie akustyczne jest odwrotnie proporcjonalne do odległości od źródła, zatem dwukrotny spadek ciśnienia związany jest z podwojeniem odległości od źródła.

Ciśnienie atmosferyczne

Ciśnieniem atmosferycznym określa się stosunek siły, z którą słup powietrza atmosferycznego naciska na powierzchnię planety, do powierzchni, na jaką ten słup naciska. Co oznacza, że na wyżej położonym terenie (np. w górach) ciśnienie atmosferyczne jest niższe w porównaniu do terenów położonych niżej (np. nad morzami), gdzie ciśnienie atmosferyczne jest wyższe, ze względu na słupy powietrza o różnej wysokości.

Ciśnienie całkowite

Ciśnienie całkowite jest wartością mierzalną dla poruszającego się płynu. Wartość tą uzyskuje się za sprawą zamiany energii kinetycznej płynu na energię ciśnienia. Ciśnienie całkowite jest sumą ciśnienia statycznego oraz ciśnienia dynamicznego mierzoną manometrem, którego czynność polega na zastosowaniu czujnika skierowanego pod prąd kierunku płynu.

Model ze zwężeniem obiektu pokazujący strefy wysokiego i niskiego ciśnienia jako przykład ruchu płynu lub powietrza. Źródło: shutterstock

Ciśnienie cząstkowe

Ciśnienie cząstkowe składnika (ciśnienie parcjalne) to ciśnienie jakie wywierałby składnik mieszaniny gazowej, gdyby zajmował on całą objętość mieszaniny, w tej samej temperaturze. Jest równe wartości iloczynu ciśnienia mieszaniny gazowej i ułamka molowego składnika. Ciśnienie parcjalne decyduje o tempie parowania danej cieczy w przypadku, gdy mieszanina gazowa znajduje się nad cieczą.

Ciśnienie hydrostatyczne

Ciśnieniem hydrostatycznym określa się ciśnienie wywierane przez słup cieczy zgodnie z kierunkiem działania siły ciężkości (na ciecz działa jednorodna siła masowa). Nie zależy ono od wielkości i kształtu zbiornika, natomiast mówiąc o miejscu w cieczy zależy tylko od głębokości. Zależność ta wynika z prawa Pascala w obecności sił masowych. W cieczy na powierzchni ekwipotencjalnej siły masowej (grawitacji) ciśnienie ma stałą wartość i zmienia się wzdłuż wektora siły masowej. W cieczy ciśnienie hydrostatyczne jest sumą ciśnienia zewnętrznego i ciśnienia wywieranego przez ciecz na danej wysokości. W przypadku zbiorników otwartych ciśnienie zewnętrzne jest ciśnieniem atmosferycznym.

Ciśnienie krwi

Ciśnieniem krwi określa się siłę parcia krwi na ściany naczyń krwionośnych, warunkującą krążenie krwi. W poszczególnych częściach układu krwionośnego ciśnienie krwi jest zróżnicowane. Ciśnienie tętnicze (ciśnienie krwi w tętnicach) zmienia się w zależności od skurczu i rozkurczu serca (ciśnienie skurczowe i rozkurczowe). Najwyższe ciśnienie krwi notuje się w tętnicach, szczególnie w pobliżu serca. W naczyniach włosowatych ciśnienie krwi jest stosunkowo niskie, natomiast w żyłach bardzo niskie, a w prawym przedsionku serca spada niemal do zera.

Ciśnienie krytyczne

Ciśnieniem krytycznym określa się ciśnienie graniczne, poniżej którego nie jest możliwe przeprowadzenie gazu w stan ciekły w temperaturze krytycznej. Jeden z parametrów punktu krytycznego. Jeżeli zostanie przekroczone ciśnienie krytyczne oraz temperatura krytyczna to substancja przechodzi w stan nadkrytyczny.

-261082472 Ciśnieniomierz jako powszechnie wykorzystywane urządzenie do mierzenia ciśnienia. Źródło: shutterstock

Ciśnienie osmotyczne

Ciśnieniem osmotycznym określa się siłę z jaką cząsteczki rozpuszczone działają przyciągająco na rozpuszczalnik, gdy dwa niskocząsteczkowe roztwory związków chemicznych są rozdzielone błoną półprzepuszczalną (np. błona komórkowa). Zależy ono od stężenia związku chemicznego w rozpuszczalniku (najczęściej w wodzie), natomiast dążenie do wyrównania stężeń jest przyczyną powstawania ciśnienia osmotycznego.

Ciśnienie promieniowania

Ciśnieniem promieniowania określa się ciśnienie, które wywierane jest na powierzchnię przez padające na nią lub emitowane promieniowanie elektromagnetyczne, albo poprzez ciśnienie w ośrodku, w którym rozchodzi się promieniowanie. Po jakimkolwiek kontakcie (rozproszenie, odbicie, zaabsorbowanie) wytwarza ono ciśnienie odpowiadające gęstości strumienia energii podzielonej przez prędkość światła.

Podciśnienie

Jest to różnica między ciśnieniem atmosferycznym a ciśnieniem bezwzględnym (w przypadku mniejszej wartości od atmosferycznego). Zdolność wytwarzania podciśnienia oraz wykorzystania różnicy ciśnień do napędu tłoka było podstawą do zbudowania atmosferycznej maszyny parowej Newcomena (pierwszy aktywnie stosowany silnik parowy). Podciśnienie ma szerokie zastosowanie m.in. w pompach ssawnych i podciśnieniowych, dmuchawach, pożarnictwie do odsysania wody, kolektorach ssących silników spalinowych, układzie wspomagania hamulców czy w odkurzaczach.