ความดัน หมายถึง แรง (force; F) ต่อ หน่วยพื้นที่ (area; A)

          ใน SI unit ความดันมีหน่วย เป็น ปาสคาล (Pa) หรือ นิวตันต่อตารางเมตร ( ) หรือ กิโลกรัมต่อเมตรต่อวินาทีกำลังสอง ( ) ส่วนความดันในหน่วย มิลลิเมตรปรอท (mmHg) ซึ่ง 760 mmHg = 101325 Pascal  หรือ 1 atm = 101325 Pa = 101.325 kPa แต่อย่างไรก็ตามความดันในหน่วย mmHg ไม่ใช่ SI unit แต่ก็อนุโลมให้ใช้ค่าความดันในหน่วย mmHg หรือ ความดันบรรยากาศเป็นหน่วยความดันมาตรฐาน

          เราทราบดีอยู่แล้วว่าโลกของเรามีอากาศห่อหุ้มโดยรอบ เมื่อมีอากาศย่อมมีมวล เมื่อมีมวลย่อมมีน้ำหนักกดทับเรา น้ำหนักหรือความดันที่กดทับเราจะมีประมาณเท่าไหร่ ถ้าเราชั่งน้ำหนักของอากาศพื้นที่ 1 ตารางเมตรสูงขึ้นไปจากพื้นดิน จะพบว่า มวลของอากาศ จะมีประมาณ 10000 กิโลกรัมกดลงพื้น1 ตารางเมตรนั้น นับว่าเป็นน้ำหนักที่เยอะมาก แต่เราสามารถทนอยู่ได้อย่างไร อืมน่าคิด ...? แรงกดอากาศไม่ได้มีเฉพาะสถานที่ที่เรายืนอยู่แต่ทุกตารางเมตรบนพื้นโลกก็จะได้รับแรงจากมวลของอากาศเช่นกัน แต่จะได้รับมากหรือน้อยแตกต่างกัน ขึ้นกับว่ามวลของอากาศที่สูงขึ้นไปจากพื้นบริเวณนั้นๆ มีกี่มากน้อย

          แรงดันหรือความดันของอากาศที่กระทำต่อพื้นผิวโลกเรียกว่า ความดันบรรยากาศ (atmospheric pressure)

ถ้าเราอยากทราบความดันอากาศที่กระทำต่อเราขณะยืนที่ผิวโลกเป็นเท่าไหร่ จะใช้เครื่องมือใดในการวัด?

          เป็นที่ทราบกันดีว่าของเหลวก็มีความดัน ซึ่งความดันของของเหลวขึ้นอยู่กับปัจจัย 3 ประการ คือ ความลึกหรือความสูง ความหนาแน่นของของเหลว และแรงโน้มถ่วงของโลก

เมื่อพิจารณารูปด้านล่าง

          ภาชนะ สี่เหลี่ยม บรรจุของเหลวชนิดหนึ่งให้มีความลึก เท่ากับ h หน่วย และความหนาแน่นของของเหลวชนิดนี้ เท่ากับค่าคงที่ค่าหนึ่ง (r) เราจะได้ว่า ความดันที่กระทำต่อผิวด้านล่างของภาชนะ จะเป็นดังสมการ

เมื่อ P =   ความดัน
  m =   มวลของของเหลว
  g   =   แรงโน้มถ่วงของโลก
  A =   พื้นที่หน้าตัด
  r =   ความหนาแน่นของของเหลว
  h =   ความสูงของของเหลว

 

เราจะนำหลักการนี้มาคำนวณหาความดันของอากาศได้อย่างไร (พิจารณารูปด้านล่าง)

          จากรูป a เมื่อคว่ำหลอดแก้วปลายเปิดที่บรรจุสารปรอทจนเต็มหลอดลงในอ่างบรรจุปรอท พบว่า ปรอทจะไหลไปรวมกับปรอทที่อยู่ในอ่างปรอท ระดับปรอทในหลอดแก้วและในอ่างเท่ากัน นั่นเป็นเพราะว่าแรงดันอากาศที่กระทำต่อผิวปรอทที่อยู่ด้านในหลอดแก้วและผิวปรอทในอ่างนอกหลอดแก้วมีค่าเท่ากัน

          วิธีการวัดความดันบรรยากาศ อาจทำได้โดยใช้เครื่องมือที่เรียกว่า บารอมิเตอร์(barometer) ผู้ประดิษฐ์บารอมิเตอร์เครื่องแรกของโลกคือนักคณิตศาสตร์ชาวอิตาลี ชื่อ ทอร์ริเชลลี ในปี ค.ศ. 1643 เครื่องมือประกอบด้วยอ่างที่เติมสารปรอท และหลอดแก้วข้างในบรรจุด้วยปรอทให้เต็มแล้วคว่ำหลอดแก้วลงในอ่างปรอท ดังรูปด้านล่าง (ปรอทเป็นธาตุอีกชนิดหนึ่งที่มีสถานะเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง มีความหนาแน่นเท่ากับ 13.4 g/ml)

         จะพบว่าปรอทที่เป็นของเหลวจะไม่ไหลออกมาจากหลอดแก้วทั้งหมดแต่จะมีปรอทปริมาณหนึ่งไหลออกมาจากหลอดแก้ว ทำให้เกิดมีช่องว่างที่ปลายหลอดแก้วด้านที่ปิดอยู่ ช่องว่างนี้จะเป็นช่องว่างที่เป็นสูญญากาศ (vacuum) ไม่มีอากาศอยู่เลย เหตุผลที่ปรอทในหลอดแก้วไม่ไหลออกมาเป็นเพราะว่ามีแรงอะไรบางอย่างดันปรอทในหลอดเอาไว้ แรงที่ว่านี้ก็คือแรงดันของอากาศจากภายนอกที่ดันปรอทไว้ ซึ่งมาจากมวลอากาศรอบๆนั่นเอง และของเหลวที่มีความสูงย่อมมีแรงดันเช่นกัน ภายในหลอดแก้วก็ยังมีความดันของปรอทที่อยู่ในหลอดแก้วด้วย นั่นแสดงว่า แรงดันจากอากาศที่ดันปรอทในหลอดให้อยู่นิ่งพอดีกับแรงดันของปรอทในหลอดแก้วที่ดันต้านแรงดันจากอากาศ แรงดันนี้พอดีกันกับเมื่อระดับปรอทในหลอดแก้วหยุดเคลื่อนไหว ความสูงของลำปรอทในหลอดแก้ววัดเป็นนิ้วหรือมิลลิเมตร เช่น ความสูงของปรอทเท่ากับ 29.92 นิ้วหรือ 760 มิลลิเมตร เราก็เรียกความดันเท่ากับ 760 mmHg ซึ่งในการทดลองจริงๆ แล้ว เราจะอ่านความสูงของปรอทได้ค่าเป็นเท่าใดนั้นขึ้นอยู่กับความดันของอากาศในเวลานั้น ซึ่งจะส่งผลให้ระดับของเหลวในลำปรอทเปลี่ยนไปด้วย

         1. ความดันบรรยากาศที่ชายหาดพัทยากับความดันบรรยากาศที่ดอยอินทนนท์เท่ากันหรือไม่....?

         2. นักเรียนคิดว่า ถ้าใช้น้ำแทนปรอทในบารอมิเตอร์ ความสูงของระดับน้ำจะมากกว่าหรือน้อยกว่าความสูงของบารอมิเตอร์ที่ใช้ปรอท เพราะเหตุใด...?

  น้ำมีความหนาแน่น 1 g/ml ปรอทมีความหนาแน่น 13.4 g/ml

 

         จากหลักการเดียวกันเราสามารถใช้ความดันของของเหลวบวกกับความดันบรรยากาศนำมาวัดความดันแก๊สในภาชนะต่างๆได้ เครื่องมือที่ใช้ในการวัดความดันแก๊สเรียกว่า แมนอมิเตอร์ (manometer) เครื่องมือเป็นลักษณะหลอดรูปตัวยู มีปลายสองด้าน ปลายด้านหนึ่งไว้เชื่อมต่อกับท่อแก๊ส ปลายอีกด้านหนึ่งถ้าเปิดก็เรียกว่า มานอร์มิเตอร์แบบปลายเปิด แต่ถ้าปิดไว้ก็เรียกว่ามอนอร์มิเตอร์แบบปลายปิด แต่ทั้งสองชนิดภายในหลอดจะบรรจุของเหลวปริมาณหนึ่ง(ส่วนใหญ่เป็นปรอท)

รูปแสดง แมนอมิเตอร์ชนิดปลายเปิด

           รูป ก และ รูป ข แสดงการวัดความดันของแก๊สชนิดหนึ่งโดยใช้แมนอมิเตอร์ชนิดปลายเปิด ขณะวัด ระดับลำปรอทในหลอดทั้งสองข้างมีความสูงแตกต่างกัน รูป ก ความสูงของลำปรอทในหลอดด้านแก๊สในภาชนะสูงกว่าลำปรอทด้านปลายเปิดแสดงว่า ความดันบรรยากาศดันปรอทได้มากกว่า หรืออีกนัยหนึ่งแก๊สในภาชนะมีความดันน้อยกว่าความดันบรรยากาศ ส่วนรูป ข ความสูงของลำปรอทในหลอดด้านแก๊สในภาชนะต่ำกว่าลำปรอทในหลอดด้านปลายเปิด ส่วนจะมากกว่าหรือน้อยกว่าอยู่เท่าไหร่นั้น ก็จะเท่ากับความแตกต่างของความสูงของลำปรอท ()เช่นสมมติว่า ในรูป ข. ความสูงของปรอทที่แตกต่างกันเท่ากับ 40 มิลลิเมตรปรอท แสดงว่าแก๊สมีความดันมากกว่าความดันบรรยากาศเท่ากับ 40 mmHg หรือมีความดันเท่ากับ 760 + 40 = 800 mmHg เป็นต้น หรือจะคำนวณก็ได้

กรณีที่ความดันของแก๊สน้อยกว่าความดันบรรยากาศ เหมือนรูป ก.ก็โดยการเอาผลต่างความสูงของลำปรอท() ไปลบออกจากความดันบรรยากาศ

กรณีที่ความดันแก๊สมากกว่าความดันบรรยากาศ เหมือนรูป ข. โดยเอาความแตกต่างของลำปรอท () บวกกับความดันบรรยากาศ

เมื่อ P     =  ความดันของแก๊สที่ต้องการวัด

     PO   =  ความดันอากาศ

         =  ความสูงของของเหลว

 

รูปแสดงแมนอมิเตอร์ชนิดปลายปิด

เพื่อการแสดงผลที่สมบูรณ์
กรุณาคลิกปุุ่มนี้เพื่อ
ติดตั้งโปรแ
มานอมิเตอร์ชนิดปลายปิดก็สามารถใช้วัดความดันแก๊สได้เช่นเดียวกัน โดยความสูงของลำปรอทที่แตกต่างกันของท่อทั้งสอง()เป็นความดันของแก๊สโดยตรงดังตัวอย่างรูปด้านบน เช่น ถ้า = 500 มิลลิเมตร ความดันของแก๊สก็เท่ากับ 500 mmHg

 

 

เซ็นสมุดเยี่ยม

กลับหน้าแรกโฮมเพจฟิสิกส์ราชมงคล