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圧力とは - M
第 1 回 圧力とは 松山技術コンサルタント事務所 所長 松 まつ 山 裕 やま ゆたか の水の質量は A × 10 4 kg です。こ ていました（真空嫌忌説）。この説 の水の質量が地球の引力によって を打ち破ったのは、 “人間は考える 今月より「圧力のお話」を 6 回に 発生する力（重力）が容器の底面積 葦である”で有名なフランスのパ わたって連載させていただくこと A に加えられますので、底面に加 スカルでした。 になりました。圧力は、温度・流 えられる圧力は10,000kgf／m2 とな パスカルはトリチェリの実験を 量・レベルと並ぶ工業分野での重 ります。ここで kgf は 1kg の質量の 追試し、さらにこのトリチェリの 要な測定量ですが、そればかりで 物体が発生する重力をいいます。 装置における水銀柱の高さが、山 はなく、圧力測定は温度測定・流 こうして見ると、この圧力はか の頂上とふもとで異なるかどうか 量測定・レベル測定においても重 なり大きいと思われますが、我々 調査するように義弟ペリエに依頼 要な役割を果たしています。 は常にこれとほぼ同じ大きさの圧 しました。ペリエは 1648 年この実 連載の予定としては、 第1回に圧 力を体に受けて生活しているので 験を行い、場所が高くなるにつれ 力の定義や単位などの概要につい す。これが大気圧であり、これは て水銀柱の高さが減少することを て述べ、 第2回以降に圧力測定法に 我々の頭上にある空気の質量に 確認しました。実験にあたったペ ついて説明します。 今回は第1回な よって発生したものです。 リエとその一行は、この事実をま ので、 「大気圧の発見」など歴史的 現在は、毎日気象予報などで「○ のあたりに見て、感歎と驚異のあ な話もご紹介します。 ○ヘクトパスカルの低気圧がどこ まりしばし我を忘れたと伝えられ とかで発生した」などと報道され ています。この実験により、水銀 ていますので、大気圧の存在は常 柱を支えているのは大気圧である 圧力は、単位面積当たりに加わ 識になっていますが、17 世紀まで ことが証明されたのです。なお、大 る力と定義されています。まず、図 は必ずしもそうではありませんで 気圧の存在を証明したもう一つの 1 を見てください。この容器に した。 実験に、1654 年ドイツのゲーリケ は じ め に １．圧力の定義と大気圧 入っている液体を水とすると、密 度ρは 1000kg／ m です。水柱の高 3 さ h を 10m とすると、この容器内 が行ったマグデブルグの半球の実 2．大気圧の発見 験がありますが、これについては 1643 年、イタリアのトリチェリ は、一端を閉じたガラス管に水銀 真空部分 を満たして水銀だまりの中に倒立 させる実験を行いました（図 2 ）。 このときガラス管の中の水銀柱の 上に真空の空間ができました。こ h（m） 液体の密度ρ （kg／m3） 水銀柱 76 cm れがいわゆるトリチェリの真空で す。トリチェリは、この水銀柱が P 下に落ちないように支えているの 水銀 は大気圧であると説明しましたが、 面積 A（m2） 図 1 圧力の定義 2 当時の学者はこれを信ぜず、 “自然 は真空を嫌う”からであると考え 図 2 トリチェリの実験 MS TODAY 2002 年 7 月号 表 1 新計量法における圧力の単位（平成 11 年 10 月以降） 分 類 単 位〔記号〕 （a）国際単位系に 係る単位 パスカル〔Pa〕 ニュートン毎平方メートル〔N／m2〕 バール〔bar〕 1N／m2＝1Pa 1bar＝100kPa （b） 一般に使用が 認められる 非SI単位 気圧〔atm〕 1atm＝101.325kPa トル〔Torr〕 （c） 用途を限定し て使用が認め られる ミリトル〔mTorr〕 マイクロトル〔μTorr〕 非SI単位 1Torr＝133.322Pa （生体内 圧力の 計量用） 水銀柱ミリメートル〔mmHg〕 （血圧の計量用） 説明を省略します。 著 者 紹 介 換 算 1 1mTorr＝ Torr 1000 1 1μTorr＝ Torr 1000000 松 山 裕 松山技術コンサルタント事務所 所長 （TEL／FAX：03-3971-5743 E-mail：[email protected]） 1mmHg＝133.322Pa ので、kgf／cm2 から切り換えやすい 単位です。バールは上記のように 3．圧力の単位 現在の計量法にも採用されている 圧力の単位には、大きく分けて のですが、お役所の行政指導によ 重力単位系と国際単位系 （略称 SI） り日本ではほとんど使用されてい の 2 つがあります。重力単位系で ません。このようになったいきさ は、力を kgf で、圧力を kgf ／ m2 ま つについての説明は省略しますが、 たは kgf ／ cm2 で表します。また水 ご興味のある方は小著“やさしい 柱メートル、水銀柱ミリメートル 計量単位の話”をご覧ください。 という表示もあります。これらは なお、アメリカは今でもヤー 人間の感覚にマッチしているので ド・ポンド法の p s（ i pound per わかりやすいのですが、現在の計 square inch） を使用しています。し 量法には採用されていません。平 たがって、先進国でパスカルをメ 成11年10月からは、国際単位系に インに使っている国は日本のみな 属するパスカル〔Pa〕、ニュートン のです。 − てゲージ圧に加算するか、差圧計 毎平方メートル〔N ／ m2〕 、および バール〔bar〕と、非国際単位系の 《著者略歴》 1954 年 東京大学工学部応 用物理学科卒、 同年 北辰電機（株）入 社、その後企業合併により横河電機 （株）に移る。1990 年まで、営業技術、 製品開発、マーケティング、ユーザーに 対する技術トレーニング等の業務に従 事。 1990 年現職。なお、1995 年 9 月から 1998 年 10 月にかけて、本誌に「工業計 測の現状と動向」、 「自動制御入門」を連 載した。 主な著書に、 「実用工業計測」、 「実用 流量測定」、 「実用温度測定」、 「やさしい 計量単位の話」、「だれでもわかる自動 制御」 、 「自動制御のおはなし」がある。 また、今年 2 月上旬に「実用工業分析」 を出版した（次号に本書の紹介を掲載 する予定）。 4．圧力の種類 の一方の圧力室を真空にして封止 気圧〔atm〕だけが一般的な法定計 通常の圧力計は、大気圧を基準 した絶対圧力計を使用する必要が 量単位として認められることにな として圧力を測定しています。こ あります。これらの圧力の種類の りました （表 1） 。 れをゲージ圧といいますが、これ 相互関係を図3に示します。 ■ パスカルは、前出のフランスの には正圧と負圧が パスカルにちなんだ名称です。1パ あります。一方、完 スカルの表す圧力は、つい最近ま 全真空を基準とし で一般的に使用されていた kgf ／ た圧力を絶対圧と 5 cm のおよそ10 分の1ですから、非 いいます。大気圧 常に小さい量です。そのためヨー は常時変動してい ロッパのほとんどすべての国では、 ますから、絶対圧 バールが一般的に使用されていま を得るためには別 す。1 バールは約 1.02kgf／ cm2 です 途大気圧を測定し 2 Vol. 11 No. 7 絶対圧 ゲージ圧 負圧 完全真空 正圧 大気圧 図 3 絶対圧とゲージ圧の関係 3