اندازه گیری فشار اتمسفری

فشارسنج ( بارومتر) در سال ۱۶۴۳ توسط اوان جلیستا تریچلی اختراع شد ، هنوز اساساً یک لوله یک متری است که یک انتها آن بسته شده با جیوه در گردیده و بر روی یک بشقاب حاوی جیوه بیشتر وارونه شده است. این وسیله برای اندازه گیری فشار اتمسفری به کار می رود ، در سطح دریا در شرایط فشار اتمسفری عادی جریان بیرونی جیوه در هنگامی که سطح جیوه در لوله حدود 760mm بالاتر از سطح جیوه در بشقاب است ، متوقف می شود.

توقف در 760mm به این علت است که در این نقطه ستون جیوه در لوله همان فشاری ( وزن بر سطح) را روی سطح جیوه داخل بشقاب وارد می سازد که ستون هوایی از بشقاب تا به اتمسفر می رسد اعمال می کند ( یعنی فشار جیوه = فشار اتمسفر) این فشار هوا ، بیرون ریختن جیوه بیشتر از درون لوله را متوقف می سازد به همین صورت اگر شما یک لوله تخلیه شده را روی بشقاب پر شده از جیوه قرار دهید ، جیوه تا حدود mm۷۶۰ در داخل لوله بالا می رود زیرا اتمسفر تا آن ارتفاع به جیوه فشار وارد می سازد همچنین توجه داشته باشید که ما قطر لوله فشار سنج را مشخص نکرده ایم ، اگر جیوه در یک لوله با قطر cm۱ تا ارتفاع mm۷۶۰ بالا رود ، در یک لوله با قطر cm۲ نیز تا همین ارتفاع بالا خواهد رفت که وزن جیوه در لوله پهن تر بیشتر است ولی سطح نیز بیشتر می باشد ، لذا فشار نسبت وزن به سطح یکسان است.

چون فشار ستون جیوه نسبت مستقیم با ارتفاع دارد ، واحدی که به طور متداول برای فشار به کار می رود  mm Hgارتفاع ستون جیوه بر حسب میلی متر (mm) است. در سطح دریا و 0 درجه سانتی گراد فشار اتمسفری عادی mmHg۷۶۰ است ، در قله کوه اورست (m۸۸۴۸ یا ft۲۹.۰۲۸) فشار اتمسفری حدود mmHg۲۷۰ می باشد ، بدین ترتیب فشار با ارتفاع از سطح دریا کاهش می یابد ؛ ستون هوای بالای دریا بلندتر است و بیش از ستون هوای بالای کوه اورست وزن دارد.

فشار سنج های آزمایشگاهی حاوی جیوه است زیرا چگالی بالای آن باعث می شود فشار سنج اندازه مناسبی داشته باشد. برای مثال فشار اتمسفری برابر ستونی از آب با ارتفاع mm۱۰.۳۰ تقریباً ft۳۴ می باشد و همچنین توجه داشته باشید که برای یک فشار مشخص ، نسبت ارتفاع های h)) ستون های مایع با نسبت چگالی ها (d) مایعات ارتباط معکوس دارد.

فشار یک کمیت اسکالر است که به صورت نیرو F بر واحد سطح A تعریف می‌شود واحد آن پاسکال Pa است که به صورت (N/m²) تعریف می‌شود. به عبارتی یک پاسکال برابر با نیروی یک نیوتون وارد بر سطح یک مترمربع است. پاسکال با نماد Pa در دستگاه بین‌المللی یکاها(SI) نمایش داده می‌شود. به بیانی دیگر هنگامی که نیروی F به یک سطح مشخص A اعمال می‌شود، تنش(Stress) در اجزای آن سطح به‌وجود می‌آید که باعث فشرده شدن اجزای تحت تنش می‌شود. هرچه نیرو به سطح کوچکتری وارد شود، فشار بیشتری ایجاد می‌شود. اگر نیروی وارد به یک سطح مشخص افزایش یابد، فشار وارد به سطح بیشتر می‌شود. برای اندازه‌گیری فشار با توجه به نوع سیال مورد نظر که قصد اندازه‌گیری فشار آن را داریم، سایر موارد نظیر دامنه و میزان فشار و شرایط محیطی محل نیز می‌بایست در نظر گرفته شود تا نوع فشارسنج مناسب انتخاب شود. در نمونه های رایج بارومترها از آب ، هوا ، و جیوه برای اندازه‏ گیری فشار جو استفاده می کنند ، از بارومتر بیشتر برای اندازه‎گیری فشار هوای محیط که به صورت غیر مستقیم معرف ارتفاع از سطح دریا و تغییرات جوی برای پیش بینی وضعیت هوا و همچنین محیط های آزمایشگاهی که بایستی شرایط کلی نظیر دما ، و فشار محیط در کنترل باشد استفاده می گردد.

با توجه به اینکه فشار جو در سطح دریا معادل یک اتمسفر می باشد و بخواهیم از آب برای نمایش این فشار استفاده کنیم نیاز به ستونی از آب به ارتفاع 10 متر که معال یک بار است استفاده کنیم و در صورتی که از جیوه برای این کار استفاده گردد این طول به حدود 76 سانتیمتر جیوه خواهد رسید . در عمل بسیاری از بارومتر های عقربه ای موجود در بازار شامل بیلوز یا دیافراگم آکاردئونی شکلی است که درون آن خلاء نسبی ایجاد گردیده و تغییرات فشار باعث مبسط و منقبض شدن بیلوز میگردد و این تغییرات به وسیله عقربه‏ای بر حسب اتمسفر قابل رویت خواهد بود. فشار سنج ها عموماً در هوا پیما ها، دستگاه های GPS و هر دستگاهی که به جی پی اس وابسته است یا از آن بهره می برد. همچنین دستگاه های الکترونیکی هوشمند همچون موبایل ها و تبلت ها نیز از فشار سنج استفاده میکنند.فشار سنج همچنین یکی از مهم ترین ابزار در پزشکی به شمار می رود که البته عملکرد فشار سنج در پزشکی تا حدی متفاوت است اما جالب است بدانید فشار سنج در کشتی ها و قایق ها چندان جایگاهی ندارد ، همچنین فشار سنج در گوشی موبایل عموماً به دو مورد بر می گردد؛ یکی برای اندازه گیری ارتفاع و دیگر برای شرایط جوی و اب و هوایی است ، فشار سنج با اندازه گیری فشار اتمسفر می تواند تا حدی از شرایط جوی و البته ارتفاع شما نسبت به سطح دریا به شما اطلاعات بدهد. عملکرد فشار سنج در گوشی ها به GPS وابسته است.