Paine

Painetta voi hyödyntää monin tavoin.

Paine (tunnus p) ilmaisee pinta-alayksikköön kohdistuvaa kohtisuoraa voimaa. Matemaattisesti tämä ilmaistaan:

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

jossa:

$p$ on paine

$F$ on voima

$A$ pinta-ala

Yksiköt

SI-järjestelmässä paineen yksikkö on newton neliömetriä kohti (1 N / m²), jolla on nimi pascal (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), SI-järjestelmän lisäyksikkö; hieman pienempi kuin normaali ilmanpaine maan pinnalla; (1 millibaari = 1 hehtopascal, käytetään ilmanpaineen yksikkönä).
• elohopeamillimetri eli millimetri elohopeapatsasta (1 mmHg = 133,322 Pa ), jota aikoinaan käytettiin myös ilmanpaineen yksikkönä, nykyisin vain verenpainemittauksessa
• torri, joka on käytännössä sama kuin elohopeamillimetri
• millimetri vesipatsasta (1 mm H₂O = 1 mm vp = 9,80665 Pa )
• normaali-ilmakehän paine (1 atm = 101,325 kPa)
• psi (Paunaa /neliötuuma (engl. Pounds per Square Inch) on vanha angloamerikkalaisissa maissa käytetty paineen yksikkö. 1 psi on 6,89476 kPa eli 0,069476 bar.)
• Kilopondia / neliösentti (kp/cm²) (usein erheellisesti käytettynä kilogrammaa kg/cm²) on vanhentunut teknisen järjestelmän mittayksikkö, joka vastaa karkeasti yhtä baaria. Tarkasti 1 kp/cm = 98,0665 kPa.

Yksiköiden vastaavuus karkeasti käytännön mittauksissa:

1 bar = 100 kPa = 0.1 MPa = 1000 hPa

1 bar = n.1 kp/cm² = n.1 atm = n.10 197 mm vp = n.750 mmHg = n.14.5 psi

Paineen olemus

Kineettisen kaasuteorian mukaan kaasun paineen synty aiheutuu hiukkasten (atomit, molekyylit yms.) törmäilystä pintaan. Törmätessään ne antavat pintaan liikemääräimpulssin, 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 tämän ilmakehässä olevan 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, kuten U-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 suurempaa painetta verrattuna ympäristöön. Kohde voi olla eristetty ympäristöstään, jolloin ylipaine säilyy. Esimerkiksi kaasupullossa voidaan säilyttää kaasua ylipaineessa. Tällöin kaasu vie pienemmän tilan kuin normaalipaineessa. Ylipaineventtiili (yleinen nimitys myös varoventtiili) avautuu, kun suljetun tilan paine kohoaa säädetyn rajan yli verrattuna ulkoiseen paineeseen.

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

Lääketieteessä tunnetaan positiivinen ylipainehengitys vaativana tehohoitomuotona.

Alipaine

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

Alipaineventtiili on tekninen turvalaite, joka avautuu, kun suljetun tilan paine laskee säädetyn rajan alle verrattuna ulkoiseen paineeseen.

Putkiposti toimii alipaineella.

Kokonaispaine

Fluidin kokonaispaine 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 paine on paine, jonka fluidi kohdistaa ollessaan paikallaan.

Katso myös

• Daltonin osapainelaki
• Kineettinen kaasuteoria