ความดัน และ แรงดันอากาศ

แรงดันอากาศ

หากเกล่าวถึง แรงดันอากาศ และ ความดัน อากาศ เรามักจะสับสนว่า
1.แล้วเราควรจะเรียกว่าอะไร?
2.นอกจากความหมายของแรงดัน หรือ ความดันแล้ว มีคำอื่นๆเช่น ความดันเกจ, ความดันบรรยากาศ หมายความว่าอย่างไร และ สิ่งที่เราเห็นอยู่บนหน้าปัด หรือ บนตัวเลขของเครื่องมือวัดคืออะไร และ อ่านค่ากันอย่างไร
3.ต้องใช้เครื่องมือชนิดไหนเพื่อการวัดค่าแรงดัน หรือ ความดัน

ต่อไปนี้ เราจะมาทำความเข้าใจ ทั้ง 3 ข้อด้านบนกัน โดยเริ่มด้วยในส่วนแรกคือ ความหมายของแรงดัน

ความดันคืออะไร?

ความดัน ในทางฟิสิกส์คือ แรงต่อหน่วยพื้นที่ ซึ่งมักจะใช้ในการอธิบายพฤติกรรมที่ส่งผลต่อของไหล (น้ำ, อากาศ, โลหะเหลว) ได้สะดวกและง่ายกว่าการอธิบายในเชิงของแรง ซึ่งหน่วยของความดันโดยทั่วไปที่นิยมใช้คือ ปาสคาล หรือ นิวตันต่อตารางเมตร โดยหากเรานำวัตถุมาวางไว้บนพื้นผิวชนิดหนึ่ง แรงของวัตถุที่กระทำบนพื้นผิวนั้นจะถูกเรียกว่า “น้ำหนัก” แต่ต่างจากความดันที่ถ้าหากมีการเปลี่ยนแปลงรูปแบบของการวางของวัตถุ ส่งผลให้หน้าสัมผัสกับพื้นผิวมีพื้นที่หน้าสัมผัสที่เปลียนไป ความดันที่เกิดขึ้นย่อมเปลี่ยนไปเช่นกัน

ถ้าเราเรียกสิ่งที่เกิดขึ้นว่าเป็นความดัน หรือ แรงดัน ก็เรียกได้ทั้งคู่ แต่เพื่อความเข้าใจให้ตรงกัน ตามหลักการที่ถูกต้อง เพื่อไม่ให้เกิดการสับสน ระหว่างคำว่า แรง และ แรงดัน ขอแนะนำว่าควรเรียกว่า “ความดัน” จะเข้าใจตรงกันมากกว่า

บางที เราอาจพบว่า ความหมายของความดัน เป็น “แรงดันต่อหน่วยพื้นที่” ซึ่งทั้งนี้เพื่อให้เข้าใจ ขอให้ยึดตามหลักการนี้

ความดันในแบบต่างๆ

ก่อนที่เราจะมีเครื่องมือวัดความดันชนิดต่างๆ เราจำเป็นที่จะต้องทำความเข้าใจประเภทต่างๆ ของความดัน โดยตามที่เราทราบมา หลายๆท่านยังคงมีความสับสนในความหมายของแรงดันประเภทต่างๆ ซึ่งส่งผลให้การเลือกเครื่องมือวัด มีความสิ้นเปลืองทั้งเวลาและค่าใช้จ่าย สูงโดยใช่เหตุ อันเนื่องมาจากการซื้อเครื่องมือวัดที่ผิดพลาด

+ความดันบรรยากาศ (Atmospheric pressure) หมายถึง ความดันอากาศโดยรอบ และ จะมีค่าที่เปลี่ยนแปลงไปตามระดับความสูงของจุดที่เราวัด ซึ่งค่าความดันบรรยากาศ 1 atm. คือ ค่าความดันบรรยากาศโดยเฉลี่ยที่วัดที่ระดับน้ำทะเล
+ความดันเกจ/ความเป็นสุญญากาศ (Gauge pressure/Vacuum pressure): หมายถึง ความดันที่ได้จากเกจวัดความดันโดยใช้ความดันบรรยากาศเป็นจุดอ้างอิง โดยหากมีค่าเป็นบวก จะเรียกได้ว่าเป็นความดันเกจ แต่หายมีค่าเป็นลบ จะเป็นค่าความเป้นสุญญากาศ
+ความดันสัมบูรณ์ (Absolute pressure): หมายถึง ความดันโดยรวมของระบบ ซึ่งมาจากความดันบรรยากาศ
+ผลต่างของความดัน (Differential pressure): หมายถึง ผลต่างของความดันในสองจุดที่เราสังเกต

โดยจากความหมายของความดันที่เราได้กล่าวไว้ข้างต้น เราสามารถสรุปรวมเป็นภาพได้ดังนี้

ซึ่งเมื่อเราทราบแล้วว่าความดันแบบต่างๆเป็นอย่างไร ต่อไปเรามาทำความรู้จักเครื่องมือวัดความดัน ที่มีหลากหลายประเภท เพื่อให้เราสามารถเลือกใช้ได้อย่างถูกต้องกันเลย

เครื่องมือสำหรับใช้วัดความดัน ประเภทต่างๆ

1.Barometer บารอมิเตอร์: บารอมิเตอร์เป็นเครื่องมือที่ถูกออกแบบมาตั้งแต่ในสมัยโบราณโดยนักวิทยาศาสตร์ในยุคนั้น เพื่อใช้ในการทดสอบหลักการในเรื่องของความดัน และเป็นชื่อที่เราคุ้นเคยเป็นอย่างดีจากการเรียนการสอนวิชาวิทยาศาสตร์ที่โรงเรียน อย่างไรก็ดี บารอมิเตอร์นั้นเป็นเครื่องมือวัดที่ใช้เพื่อ “วัดความดันบรรยากาศ” โดยในปัจจุบันที่แบบที่เป็นเข็ม เป็นกราฟ และ แบบดิจิตอล รวมถึงมีฟังก์ชั่นการใช้งานหลากหลาย เช่น วัดอุณหภูมิได้ บันทึกข้อมูลได้ แจ้งเตือนได้ เป้นต้น

บางที เราอาจเรียกความดันบรรยากาศว่า ความกดอากาศ ซึ่งก็ใช้ได้เหมือนกัน

2.Pressure Gauge เครื่องวัดความดันเกจ/เกจวัดแรงดัน: เครื่องวัดความดันเกจ หรือ บางทีเราเรียกว่า เกจวัดแรงดัน เป็นอุปกรณ์ในการวัดแรงดันที่เกิดขึ้นในระบบ โดยมีตามความหมายของความดันเกจก็คือการให้ความดันบรรยากาศเป็นความดันอ้างอิง ค่าที่เกิดจากความดันเกจจึงไม่รวมค่าของความดันบรรยากาศไปด้วย แต่จะเป็นค่าที่มากขึ้นกว่าค่าความดันบรรยากาศ ซึ่งสามารถหาได้จากบารอมิเตอร์

การใช้เครื่องวัดความดันเกจ ในสมัยก่อนนั้นจะเป็นลักษณะของเข็มโดยใช้หลักการของสปริงในการต้านทานกับแรงดันที่เกิดขึ้น โดยปัจจุบันนี้ด้วยเทคโนโลยีที่เพิ่มขึ้น เราจะวัดได้โดยการติดตั้งเซอร์วัดความดันลงในระบบที่เราต้องการจะวัด โดยเซนเซอร์นั้นอาจจะมีหลักการ หรือ ระบบ ในการตรวจจับแรงดันที่แตกต่างกัน และจะนำมาประมวลผลโดยซอฟแวร์ ซึ่งการจะเลือกใช้แบบดิจิตอล หรือ แบบ อนาล็อก ก็แล้วแต่ลักษณะของงานที่แตกต่างกันไปตามความเหมาะสม

3.Manometer แมนอมิเตอร์: หากเราต้องการหาผลต่างของความดันระหว่างจุดสองจุดที่เราสังเกต แมนอมิเตอร์คือสิ่งที่จะช่วยเราได้ แมนอมิเตอร์ เป้นเครื่องมือวัดที่มาพร้อมกับท่อสองท่อที่ให้เรามาใช้เพื่อติดตั้งในจุดที่เราสังเกต เพื่อหาความต่างของแรงดัน รวมถึง สามารถหาทิศทางของการไหลของแรงดันได้ด้วย

โดยสรุปแล้ว การที่เราเข้าใจในความหมายของความดัน มีความสำคัญมากต่อการเลือกเครื่องมือ เนื่องจากมีลักษณะการใช้งานและจุดประสงค์ที่แตกต่างกัน เราจึงควรทำความเข้าใจในเรื่องทางทฤษฎีให้ได้เป็นพื้นฐาน และในส่วนของเครื่องมือวัดนั้น เราก้ต้องปฏิบัติตามคู่มือการใช้งานอย่างเคร่งครัดด้วย เพื่ออายุการใช้งานที่ยาวนานและเพื่อความปลอดภัยของตัวผู้ใช้เอง