تفاوت فشار مطلق و نسبی چیست؟

تفاوت فشار مطلق و نسبی و آشنایی با مفهوم فشار مطلق و فشار نسبی، اساس درک مهندسی شیمی و مکانیک در نظر گرفته می شود. فشار یک نوع کمیت فیزیکی از نوع نرده ای است. این کمیت در علم فیزیک به معنی نیروی بر واحد سطح است. پاسکال یکای کمیت فشار در سیستم SI است. پوند بر اینچ مربع، اینچ جیوه، میلی متر ستون آب، بار و اتمسفر از دیگر یکاهایی هستند که به عنوان واحدی برای فشار به کار برده می شوند. مفهوم فشار فقط برای حالت های گاز و مایع استفاده می شود. فشار به دو گروه فشار نسبی و فشار مطلق تقسیم می شود. در این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک به فشار مطلق و نسبی و تفاوت های میان آن ها می پردازیم.

مفهوم فشار نسبی

فشار نسبی و یا همان Partial pressure مقدار فشاری است که هر گاز، با توجه به مقدار فشار خود، بر گاز دیگر، در ترکیب و یا مخلوطی از گازها وارد می کند.  برای مثال توپ بادی را در نظر بگیرید که فشار باد داخل آن  psi15 است. این عدد میزان فشار نسبی باد این توپ است. یعنی فشار باد نسبی توپ به فشار هوای محیط  psi 15 است و در این حالت زمانی که توپ خالی باشد فشار آن در واقع صفر نیست، بلکه مساوی با فشار محیط است.

فشار نسبی در بحث فیزیولوژی انسان نیز از اهمیت زیادی برخودار است. به این صورت که، بدن انسان با توجه به فشار نسبی گاز های مختلف تنفسی به آن ها واکنش می دهد. تاثیرات فیزیولوژیکی هر گاز بر بدن انسان متناسب با مقدار فشار نسبی آن گاز است. با بالا رفتن مقدار فشار نسبی گاز تنفسی، اثرات فیزیولوژیکی گاز مورد نظر هم بیشتر می شود. به این ترتیب بحث فشار نسبی از اهمیت بالایی در علوم مرتبط با پزشکی، محیط زیست، غواصی، فیزیولوژی، زیست شناسی، صنایع و از همه بیشتر فیزیک برخوردار است.

مفهوم فشار مطلق

در هر نقطه به مقدار فشار حقیقی که به یک جسم وارد می شود، فشار مطلق می گویند. نسبت به خلأ مطلق که فشار آن در اندازه گیری فشار مطلق صفر است، میزان فشار مطلق محاسبه می شود. فشار واقعی و حقیقی که در هر نقطه و نسبت به این شرایط خلأ مطلق، به یک جسم وارد می شود فشار مطلق نامیده می شود. خلأ مطلق به انگلیسی همان Absolute vaccum است. علت اندازه گیری فشار مشخص کننده ی نوع اندازه گیری آن فشار است. به این معنی که با توجه به آن که چرا می خواهید فشار را اندازه گیری کنید، از روش های متفاوت اندازه گیری فشار نسبی و یا اندازه گیری فشار مطلق برای محاسبه ی فشار استفاده خواهید کرد.

خلأ مطلق نیز تعریف مخصوص به خود را دارد. خلأ مطلق فضایی است که هیچ نوع ماده ای در آن موجود نیست و یا فشار آن از فشار اتمسفر بسیار پایین تر است. اگر ماده ای ناچیز هم در فضای خلأ وجود داشته باشد، نباید تاثیری بر روی واکنش های انجام شده در آن محیط داشته باشد. فشار خلأ مطلق معادل صفر پاسکال در نظر گرفته می شود. برای ایجاد خلأ مطلق در یک محیط، از پمپ خلأ و تقلیل فشار استفاده می شود.

تفاوت فشار مطلق و نسبی

همان طور که به آن اشاره شد، علت اندازه گیری فشار تعیین کننده ی نحوه ی اندازه گیری آن است که می تواند مطلق و یا نسبی باشد. این دو تفاوت های اساسی با یک دیگر دارند. فشار مطلق همان فشار حقیقی و واقعی است که نسبت به خلأ اندازه گیری می شود. فشار خلأ و یا همان صفر مطلق، پایه ای است که اندازه گیری فشار مطلق بر اساس و به مرجعیت آن انجام می گیرد. برای اندازه گیری هر مقدار از هر کمیتی نیاز به مبدأ و مرجع وجود دارد که برای فشار مطلق این مرجع، خلأ مطلق است.

برای مثال برای اندازه گیری فاصله نیز همانند مطلبی که درمورد فشار گفته شد، نیاز به مبدأ ثابتی وجود دارد که مسافت بر اساس آن مفهوم پیدا کرده و قابل اندازه گیری می شود. به عنوان مثال بهتر، فاصله ی شهر آ را بر حسب متر و یا کیلومتر مورد اندازه گیری قرار می دهیم. فاصله ی شهر آ نیاز به مبدآ دارد تا مسافت آن قابل اندازه گیری باشد. برای مثال فاصله ی شهر آ از شهر ب را محاسبه کنید. حالا این مسافت قابل اندازه گیری است و مفهوم دارد.

خصوصیت های فشار نسبی

فشار نسبی هنگامی که مرجع اندازه گیری فشار، فشار اتمسفر باشد و نسبت به آن سنجیده شود به دست خواهد آمد. به عبارت دیگر میزان فشار یک سیستم نسبت به فشار اتمسفر محاسبه می شود و در حقیقت فشار واقعی آن سیستم نمی باشد. فشار نسبی نیز در اندازه گیری های فشار و به هدف های خاص خود بسیار پر کاربرد می باشد. فشار سنج ها و دستگاه هایی که در فشار اتمسفر کار می کنند، به طور معمول فشار نسبی را اندازه گیری می کنند.

مجموع فشار نسبی با فشار اتمسفر، مقدار فشار مطلق را بدست می آورد. به بیانی دیگر، فشار مطلق با حاصل جمع فشار نسبی و فشار اتمسفر مساوی است. در محاسبه های فشار نسبی نیز به طور معمول فشار اتمسفر را معادل صفر در نظر می گیرند. فشار کمتر از فشار اتمسفر خلأ می باشد. در اندازه گیری فشار نسبی، مرجع، فشار اتمسفر است. فشار خلأ از اختلاف بین فشار اتمسفر از فشار مطلق به دست می آید.

کاربردهای فشار مطلق و نسبی

در مهندسی شیمی و مکانیک فشار مطلق و نسبی کاربرد های متفاوت و زیادی دارند. در صنایع مختلف، به خصوص در صنعت هایی که در ارتباط با سیالات و گاز ها هستند فشار فاکتور مهم و پر کاربردی می باشد. به طور کلی در علوم فیزیک، شیمی و حتی زیست شناسی فشار مبحث پر کاربرد و بسیار پر اهمیتی است. دستگاه هایی که در صنایع مختلف در ارتباط با فشار کار می کنند نیز از دیگر کاربرد های فشار است. فشار و انواع مختلف اندازه گیری مطلق و نسبی آن از کاربردی ترین و مهم ترین فاکتور های زندگی بشر امروزی و صنایع و علوم مختلف است. مفهوم فشار حتی در پزشکی و مسائل زیست محیطی  نیز حائز اهمیت است.

به عنوان مثال در پروژه های قابل فعالیت با فشارهای پایین، به اندازه گیری فشار مطلق با استفاده از سنسورهای این امر احتیاج دارند. یکی از این نمونه ها فراهم کردن فضای خلأ مناسب ایجاد شده در بسته بندی های گوشت است. به این ترتیب مدت زمان نگهداری سالم آن افزایش می یابد. همین نکتاه کافی است که به مقدار اکسیژنی که در بسته بندی مواد غذایی باقی می ماند، دقت کافی نشود و تاریخ انقضای این محصولات جابجا شود.