帕斯卡(Pascal)是國際單位制中表示壓強的基本單位,簡稱帕,符號Pa。在國際單位制中,力的單位符號是N,面積的單位符號是平方米,壓強的單位符號是N/㎡,讀作“牛每平方米”,換算關系是1Pa=1N/㎡。帕斯卡是為紀念法國物理學家與數學家帕斯卡而命名的單位。
簡介
帕斯卡簡稱帕(Pa)。為紀念法國物理學家帕斯卡而命名。
1帕斯卡=1牛頓/平方米(1N/㎡),字母表示:P=F/S(F為壓力,S為受力面積)。P=ρgh(ρ為液體或氣體密度或固體柱體密度,g為重力加速度,約合9.8N/kg,h為深度或固體柱體高度)。
壓強單位進率:1MPa(兆帕)=1000kPa(千帕)=1000000Pa(帕)。
帕斯卡與其他壓力單位的換算:
1 Pa= 1 N/平方米 = 1(kg·m/s2)/m2 =1 kg/(m·s2)= 0.01毫巴(mbar)= 0.00001巴(bar)= 十萬分之一(公斤力/平方厘米);1標準大氣壓=101325牛頓/米2,即為101325帕斯卡(Pa)=760mm 汞柱所產生的壓強。
實驗
帕斯卡實驗
帕斯卡在1648年表演了一個著名的實驗:他用一個密閉的裝滿水的桶,在桶蓋上插入一根細長的管子,從樓房的陽臺上向細管子里灌水。結果只用了幾杯水,就把桶壓裂了,桶里的水就從裂縫中流了出來。原來由于細管子的底面積較小,幾杯水灌進去,其深度h很大,造成壓強也很大。
這就是歷史上有名的帕斯卡桶裂實驗。一個容器里的液體,對容器底部產生的壓力僅為液體自身的重量,但是卻能使桶裂開,這對許多人來說是不可思議的。
改進
該實驗裝置高度太高不便在教室里演示,可啟發學生思考:能否把所有的裝置都相應地縮小呢?答案是否定的。接著再問:管長減小了,液體壓強減小了,液體對木桶的壓力必定減小;而桶盡管縮小了,但其耐壓性幾乎不變,桶就不可能裂開,能否用其它物體來模擬“裂桶”呢?學生自然會想到用耐壓性較低的物體來代替(如薄塑料袋)。比較裝滿水的塑料袋在同質量的一杯水與一管水作用下不同情形,液體壓強的實質就非常容易理解了。
取一個演示液體測壓強用的大廣口瓶(直徑約30厘米,高約40厘米),在瓶下部的側壁管口用橡皮薄膜扎緊密封,將紅色的水從瓶口倒入,隨著瓶中水位的升高,側管的橡皮薄膜漸漸鼓出,可以看到,即使灌滿水后,薄膜鼓出的程度也并不十分明顯(圖1)。這說明雖然瓶中裝了很多很重的水,但對側壁的壓強并不很大。再取一根1米長的托里拆利玻璃管,通過打有小孔的瓶塞插入大瓶中,并把塞塞緊密封。讓一個學生站到凳子上將燒杯中的水用漏斗漸漸灌入管中(圖2),當玻璃管中紅色水升高50厘米以上時,只見大瓶側管的橡皮薄膜大幅度鼓出,現象生動明顯。
因為液體的壓強等于密度、深度和重力加速度常數之積。在這個實驗中,水的密度不變,但深度一再增加,則下部的壓強越來越大,其液壓終于超過木桶能夠承受的上限,木桶隨之裂開。
帕斯卡“桶裂”實驗可以很好地證明液體壓強與液體的深度有關。
托里拆利實驗
托里拆利實驗測出了大氣壓強的具體數值。在長約1m、一端封閉的玻璃管里灌滿汞,將管口堵住,然后倒插在水銀槽中,放開堵管口的手指時,管內水銀面下降一些就不再下降,這時管內外水銀面的高度差為760mm。
管內留有760mm高水銀柱的原因正是因為有大氣壓的存在。由液體壓強的特點可知,水銀槽內液體表面的壓強與玻璃管內760毫米水銀柱下等高處的壓強應是相等的。水銀槽液體表面的壓強為大氣壓強,由于玻璃管內水銀柱上方是真空的,受不到大氣壓力的作用,管內的壓強只能由760mm高的水銀柱產生。因此,大氣壓強與760毫米高的水銀柱產生的壓強相等,而水銀柱的壓強=ρgh約為100000Pa。
通常情況下,表示氣體壓強的常用單位有帕斯卡、毫米水銀柱(毫米汞柱)、厘米水銀柱(厘米汞柱)、標準大氣壓,它們的符號分別是Pa、mmHg、cmHg、atm.
國際單位制導出單位
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物理單位
物理名詞
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