压力无处不在,每天都以各种方式影响着我们。从醒来的那一刻起,您就在以可能想都没有想到的方式与各种压力互动。抓取或推动物品时,您都在对其施加压力。即使只是坐在椅子上也会产生压力。压力是物理学的重要组成部分。

在本文中,我们将介绍压力的确切含义,以及您可以测量的不同类型的压力。
何为压强?
压强是垂直作用于物体确定(用某个单位表示)面积上的力。简单地说,是指分布在一定面积上的力。压强没有方向性,因为其对所有表面的作用都相同。对于给定的力,表面积越大,压强就越小。这就是为什么手可能不会在墙上留下痕迹,但是一个小得多的钉子在以同样的力钉在墙上时就会留下痕迹。
传统的压强公式如下:
P = F/A
- P 为压强。
- F 为作用力的大小,可以用质量乘以加速度(F = m*a)得到;在讨论压力时,通常使用重力加速度(g)。
- A 为受力面积,可以通过长度的平方(A = 长度2)得到。
请注意,压强的标准单位为帕斯卡(Pa),1 pa 等于1牛顿每平方米。在英制度量衡系统中,常用的计量单位为磅每平方英寸(PSI)。
同样需要注意的是,所有压力测量本质上都是差压。换句话说,进行压力测量时,得到的数字总是两个压力之差:被测压力和起点压力,即参考条件。
这种差压性质在两种压力分类中起着特别关键的作用——绝压和表压——我们将在下文更深入地探讨这两种压力。也就是说,具有许多不同类型的压力,包括但不限于:
- 绝压
- 表压
- 大气压
- 差压
- 真空压
现在,我们来讨论一下每种类型的压力及其用途。
绝压
绝压是指系统相对于高真空的压力。换句话说,绝压采用高真空,实际上无压力作为参考或起点,因此绝压测量值包括系统的总压力——包含其周围的自然大气压(我们将在随后讨论)。
工程师和科学家在工作中通常使用绝压。例如,海洋学家使用绝压来测量水深和波高,气象学家使用绝压来测量大气压,石油和天然气行业专家使用绝压来测量井内压力。
表压
表压是最常用的压力测量类型,也是大多数人所熟悉的压力类型,是指系统相对于周围大气压的压力,因此表压等于绝压减去大气压。换句话说,表压以大气压为基准或起点,并可能随着大气压的变化而变化。
例如,测量汽车胎压就是测量胎压的表压;如果在胎压表上看到任何读数,则意味着胎压高于自然大气压。如果轮胎瘪了,测量读数为零,这意味着胎压和轮胎外部的大气压之间无压差。
大气压
大气压(Patm),也称为气压,是大气中空气所施加的压力——是在地球上任何给定位置施加在我们身上的环境压力。一般来说,我们感受不到这种持续压力,因为只要有足够时间来适应,我们的身体就可以平衡大气压。
然而,大气压确实会发生变化,主要是随着海拔高度而变化,尽管天气情况和温度也会产生影响。标准大气压出现在海平面,测量值为14.7磅/平方英寸绝压(PSIA)。(请注意,大气压总是以绝压表示。)海拔越高,大气压越低。例如,美国科罗拉多州的丹佛市海拔5280英尺;该海拔处的平均大气压为12.1 PSIA。海拔越低,大气压越高。
这种基于海拔的差异就是为什么当我们开车下陡坡时,会感觉到鼓膜上存在压力:山脚下的大气压略高于山顶上的大气压,我们的身体不能足够快地平衡大气压的快速变化。这种差异也意味着许多压力测量工具都必须以当地的气压读数进行校准。
差压
从字面上讲,差压是两个测量压力之差。然而,从技术角度来看,我们知道所有的压力测量都是差压测量。那么,为什么把差压视为一种单独的压力类型呢?这是一个传统用语,一些科学家和专家通常用其来描述低压测量。专家们也常用其来表示有两个压力连接的压力传感器。在实践中,大多数这种低差压传感器进行相对于环境大气压的测量。这种低压测量通常用于计算管道内的流量。

真空压
真空压,有时称为负表压,是一种低于大气压的测量值。
所有压力测量都依赖于校准
压力测量是一门精确的学科,即使是很小的异常也会造成巨大后果。不同类型的压力需要使用不同工具,确保这些工具经过妥善校准以提供准确测量很重要。