Давление - одна из важнейших физических величин, от которой зависит работа многих технических устройств и даже самочувствие человека. В этой статье речь пойдет об устаревшей, но до сих пор используемой единице для измерения давления - миллиметре ртутного столба.
История возникновения понятия "1 мм ртутного столба"
В 1643 году итальянский физик и математик Эванджелиста Торричелли впервые провел известный всем со школы опыт с помощью стеклянной трубки длиной около метра, заполненной ртутью и перевернутой открытым концом в чашку также с ртутью. Он обнаружил, что столбик ртути в трубке опускается не до конца, а останавливается примерно на высоте 760 мм. Это и было первое измерение атмосферного давления.
Позже физики вычислили, что давление столбика ртути высотой именно 1 мм составляет примерно 133 Па. Так появилась единица давления "миллиметр ртутного столба".
1 мм ртутного столба: определение
1 мм ртутного столба - это давление, которое оказывает столбик ртути высотой 1 мм при температуре 0°C, плотности 13595,1 кг/м3 и ускорении свободного падения 9,80665 м/с2. Численно 1 мм ртутного столба равен 133,3224 Па.
Несмотря на кажущуюся архаичность, эта единица до сих активно используется в некоторых областях.
Преимущества и сферы применения
1 мм ртутного столба удобно применять, например в метеорологии для измерения атмосферного давления. Нормальное давление воздуха на уровне моря составляет 760 мм рт.ст. Разница давления на несколько миллиметров уже ощутимо влияет на самочувствие.
Также в медицине при измерении кровяного давления часто используют именно миллиметры ртутного столба. Нормальным считается давление в пределах 100-140 мм рт.ст.
В технике единица актуальна, к примеру, в вакуумных системах и технологиях. Современные вакуумные насосы способны создавать разрежение порядка 0,1 мм рт.ст. В производстве полупроводников требуется вакуум до 0,0001 мм рт.ст.
1 мм ртутного столба: недостатки
Основным минусом этой внесистемной единицы является использование токсичной ртути. Воспроизвести давление ровно 1 мм столбика ртути достаточно трудно. Поэтому во многих областях от нее пытаются уйти.
Например, в России с 2021 года запрещен ввоз приборов для измерения давления, использующих ртуть (за исключением медицинских).
Более современными альтернативами являются:
- торр - не сильно отличается по величине от мм рт.ст
- Паскаль - единица СИ, удобная для инженерных расчетов
- бар - часто используется по традиции в Европе
Перейти полностью на эти единицы пока мешает привычка и инертность.
Соотношение 1 мм ртутного столба с другими единицами давления
| 1 мм рт.ст. | = 1 торр (примерно) |
| 1 мм рт.ст. | = 133,322 Па |
| 1000 мм рт.ст. | = 1 бар (примерно) |
| 760 мм рт.ст. | = 1 атм |
Зная эти соотношения, можно легко переводить давление из одних единиц в другие.
Практические рекомендации по работе с давлением в мм ртутного столба
Рассмотрим некоторые практические аспекты измерения и использования давления в миллиметрах ртутного столба:
- Как правильно измерять давление в мм рт.ст.. Хотя сама единица определяется через ртутный столбик, на практике так никто не измеряет. Используются специальные приборы - ртутные манометры, манометры Бурдона и др. При выборе прибора надо обращать внимание на класс точности измерения.
- Влияние температуры при измерении в мм рт.ст.. Следует помнить, что определение мм рт.ст. дается для температуры 0°С. А уже при комнатной температуре 20°С реальное давление ртутного столбика той же высоты будет на 0,17% выше.
- Пересчет давления в мм рт.ст. в другие единицы. Для пересчета удобно пользоваться формулами и коэффициентами из таблицы выше. Например, 1 мм ртутного столба - это сколько паскалей - примерно 133 Па.
Пример расчета давления насыщенных паров ртути
Рассмотрим конкретный численный пример. Допустим, надо посчитать давление насыщенных паров ртути при 30°C. В учебнике физики находим, что при этой температуре плотность паров составляет 0,146 кг/м3. Подставляем это значение в формулу:
p = ρ·g·h
где:
- p - давление в Па
- ρ - плотность паров, 0,146 кг/м3
- g - ускорение свободного падения, 9,81 м/с2
- h - высота столба паров при давлении в 1 мм рт.ст., 0,001 м
Подставляя значения, получаем давление 0,00143 Па. Переводим это давление в миллиметры ртутного столба по формуле:
p (мм рт.ст.) = p (Па) / 133,322
Окончательный результат: 0,0108 мм рт.ст. То есть давление насыщенных паров ртути при 30°С составляет чуть более 0,01 мм ртутного столба.
Применение единицы давления мм рт. ст. в различных отраслях
Рассмотрим использование миллиметров ртутного столба в медицине, метеорологии, физике и других областях более подробно:
- Мм рт. ст. в медицинских измерениях. В медицине эта единица широко применяется при измерении кровяного давления с помощью тонометра. В норме систолическое (верхнее) давление составляет около 120 мм рт.ст., а диастолическое (нижнее) - примерно 80 мм рт.ст.
- Роль мм рт. ст. в метеорологических наблюдениях. В метеосводках обязательно указывают атмосферное давление. Как правило, приводят два значения - давление на уровне станции в мм рт.ст. и приведенное к уровню моря также в мм рт.ст. Это позволяет точно оценить текущую погоду и прогнозировать осадки.
- Физические эксперименты с использованием мм рт. ст.. В физике единица актуальна при проведении лабораторных работ, связанных с изучением газовых законов, насыщенных паров, вакуума и атмосферного давления. Ртутные манометры до сих пор можно встретить в старых школьных лабораториях.
- Применение мм рт. ст. в вакуумной технике. Как уже отмечалось ранее, в производстве полупроводников, при напылении покрытий и в других вакуумных процессах требуется контролировать остаточное давление с точностью до тысячных долей мм рт.ст. И хотя используется более современная аппаратура, "язык" измерений до сих пор основан на мм рт.ст.
- Другие примеры применения. Единица давления мм рт. ст. используется в производстве вакуумных ламп, в некоторых отраслях пищевой промышленности, в on-line калькуляторах для инженерных расчетов и многих других областях.
