Paine

Painetta voi hyödyntää monin tavoin.

Paine(tunnusp) on suure, joka ilmaiseepinta-alayksikköönkohdistuvaa kohtisuoraavoimaa.Matemaattisesti paine$p$ilmaistaan muodossa

$p={\frac {F}{A}}$,

missä$F$on voima ja$A$pinta-ala.

Nesteillehydrostaattinen paineaiheutuu painovoiman kohdistumisesta nesteeseen. Hydrostaattinen paine$p$voidaan merkitä muodossa

$p=\rho gh$,

missä$\rho$on nesteentiheys,$g\approx 9.81N/kg$on putoamiskiihtyvyys ja$h$on nesteen syvyys metreinä.

Yksiköt

SI-järjestelmässäpaineen yksikkö onnewtonneliömetriäkohti (1 N/m²), jolla on nimipascal(Pa).Sen kerrannaisista käytetään varsinkin ilmatieteessä yleisimmin hehtopascalia (hPa), joka on 100 pascalia.

Pascalin ohella paineelle on varsinkin aikaisemmin käytetty myös seuraavia yksiköitä:

• baari(1 bar = 100 000 Pa), ilmanpaineen yleisesti käytetty yksikkö,ilmanpainemeren pinnan tasolla on lähellä 1 bar (1 millibaari = 1 hehtopascal, käytetään ilmanpaineen yksikkönä).
• elohopeamillimetrieli millimetrielohopeapatsasta(1 mmHg = 133,322 Pa), jota aikoinaan käytettiin myös ilmanpaineen yksikkönä, nykyisin vainverenpainemittauksessa
• torri,joka on käytännössä sama kuin elohopeamillimetri
• millimetri vesipatsasta(1 mm H₂O = 1 mm vp = 9,806 65 Pa)
• normaali-ilmakehäeli normaali ilmanpaine maan pinnalla (1 atm = 101,325 kPa = 1013,25 hPa, mikä vastaa 760 mmHg.)
• psi(Paunaa/neliötuuma(engl. Pounds per Square Inch) on vanha angloamerikkalaisissa maissa käytetty paineen yksikkö. 1 psi on ≈ 6,89476 kPa eli 0,0689476 bar.)
• tekninen ilmakehä(at) elikilopondineliösenttimetriä kohti (kp/cm²,usein erheellisesti kilogramma neliösenttimetriä kohti, kg/cm²) on vanhentunutteknisen järjestelmänmittayksikkö, joka vastaa karkeasti yhtä baaria. Tarkasti 1 at = 1 kp/cm²= 98,0665 kPa.

Yksiköiden vastaavuus karkeasti käytännön mittauksissa:

1 bar = 100 kPa = 0,1 MPa = 1 000 hPa

1 bar ≈ 1 at = 1 kp/cm²(vastaa 10 000 mmvp)

1 bar ≈ 1 atm (vastaa 760 mmHg)

1 bar ≈ 750 mmHg

1 bar ≈ 14,5 psi

Paineen olemus

Kineettisen kaasuteorianmukaankaasunpaineen synty aiheutuu hiukkasten (atomit,molekyylityms.) törmäilystä pintaan. Törmätessään ne antavat pintaanliikemääräimpulssin,jonka ansiosta kappale alkaisi liikkua partikkeleista poispäin. Esimerkiksi ilmakehässä oleva esine ei lähde liikkumaan mihinkään suuntaan, koska sen joka puolella on ilmamolekyylejä, jotka kaikki tönivät sitä poispäin ja kumoavat toistensa vaikutuksen.

Jos tämänilmakehässäolevan kappaleen sisällä ei olisi ilmamolekyylejä niin tiheästi kuin sen ympärillä, ei sisällä olevien molekyylien kappaleen seinämien sisäpintoihin aiheuttama paine pystyisi kumoamaan ulkopuolella olevien ilmamolekyylien aiheuttamaa painetta, jolloin kappale puristuisi kasaan, jos seinämät eivät kestäisi paine-eron aiheuttamaa voimaa.

Ylipaine ja alipaine

Jokapäiväisessä kielenkäytössä paineella tarkoitetaan toisinaan ylipainetta tai alipainetta, eli erotusta ympäröivän ilmakehän paineeseen. Monet paineen mittausmenetelmät, kutenU-putki,mittaavat juuri tätä erotusta. Mm. autonrenkaiden paine ilmoitetaan ja mitataan edelleen säännöllisesti ylipaineena. Nk. absoluuttista painetta voidaan tarvittaessa merkitä mittayksikön alaviitteellä” abs”.

Ylipaine

Ylipaine tarkoittaa kohteen suurempaapainettaverrattuna ympäristöön. Kohde voi olla eristetty ympäristöstään, jolloin ylipaine säilyy. Esimerkiksikaasupullossavoidaan säilyttää kaasua ylipaineessa. Tällöin kaasu vie pienemmän tilan kuin normaalipaineessa. Ylipaineventtiili (yleinen nimitys myösvaroventtiili) avautuu, kun suljetun tilan paine kohoaa säädetyn rajan yli verrattuna ulkoiseen paineeseen.

Eristämätöntä ylipainetta voi ollakaasuvirtauksissa.Rajaamaton ylipaine pyrkii normalisoitumaan siten, että kohteesta virtaa ympäristöön kaasua kunnes erot tasoittuvat (saturaatio).

Lääketieteessä tunnetaanylipainehengitysvaativanatehohoitomuotona.

Alipaine

Alipaine tarkoittaa kohteen pienempääpainettaverrattuna ympäristöön. Kohde voi olla eristetty ympäristöstään, jolloin alipaine säilyy. Eristämätöntä alipainetta voi ollakaasuvirtauksissa.Rajaamaton alipaine pyrkii normalisoitumaan siten, että ympäristöstä virtaa kaasua kunnes erot tasoittuvat (saturaatio).

Alipaineventtiilion tekninenturvalaite,joka avautuu, kun suljetun tilan paine laskee säädetyn rajan alle verrattuna ulkoiseen paineeseen.

Putkipostitoimii alipaineella.

Kokonaispaine

Fluidinkokonaispaine saadaan seuraavasti:

$p_{\rm {kok}}={\frac {1}{2}}\rho v^{2}+p_{\rm {staattinen}}$,

missä:

$p_{\rm {kok}}$kokonaispaine, pascal

$\rho$on fluidin tiheys, kg/m³

$v$on fluidin nopeus, m·s^-1

$p_{\rm {staattinen}}$on staattinen paine, pascal

Dynaaminen paine

Dynaaminen paine(joskus myös patopaine ) on fluidin liikkeestä johtuva paine.

$q\ =\ {\frac {1}{2}}\rho v^{2}$,

missä:

$q$= dynaaminen paine, pascal

$\rho$= fluidin tiheys, kg/m³

$v$= fluidin nopeus, m/s

Staattinen paine

Staattinen paineon paine, jonka fluidi kohdistaa ollessaan paikallaan.

Paineen mittaaminen

Pääartikkeli:Painemittari

On olemassa monia painemittarien eli manometrien toimintaperiaatteita: esimerkiksiU-putki,paineputkimanometrijapietsokidepaineanturi.

Erilaisia paineen mittaamiseen tarkoitettuja laitteita ovat mm.verenpainemittari,rengaspainemittarijailmapuntari.

Katso myös

• Daltonin osapainelaki
• Hydrostaattinen paine
• Kineettinen kaasuteoria

Aiheesta muualla

• Paineen mittaus, MIKES 2011