気圧からナノパスカルへの換算

気圧（atm）について

気圧は、ちょうど 10 万 1325 パスカル と定められた圧力の単位です。記号は atm です。どこか特定の場所や瞬間の空気を測った値ではなく、定められた基準値であり、1954 年に国際度量衡総会が、温帯の緯度における海面の平均気圧に近くなるように選びました。

その使いでは、圧力を比に変えてくれるところにあります。ある容器が 6 気圧で気体を保っていると言えば、内側の圧力は外の 6 倍だと即座に伝わります。容器が破裂するかどうか、どれだけの気体を含むか、どれくらいの速さで空になるかを決めるのは、まさにその事実です。数字そのものにこの意味を帯びた圧力の単位は、ほかにありません。

化学は初期の枠組みをこの単位のうえに築きました。気体の法則は気圧で書かれ、気体定数は リットル と気圧に合わせた値をもち、熱力学の データ を表にするときの標準状態も 1 気圧で定められていました。1982 年、国際純正・応用化学連合は標準状態をちょうど 1 バール に変えました。ですから今日の表は バール を使い、古い表は気圧を使います。この 1.3 パーセント の差は、丁寧な仕事では効いてきます。

潜水と 高気圧 医学は、いまもこの単位で数えます。水中の圧力は絶対気圧で言い表され、水深 30 メートル の潜水者はおよそ 4 気圧を受けます。高気圧 酸素療法は、密閉した室のなかで 2 から 3 絶対気圧で行われます。気体の体積も、体が気体を取り込む量も、どちらも絶対圧に比例して変わりますから、この単位はここで、読みを伝えるだけでなく本物の生理学の仕事をしているのです。

気圧はさらに、古い水銀の目盛りを固定します。1 気圧は定義により ちょうど 水銀柱 760 ミリメートル であり、これが トル と 水銀柱 ミリメートル を メートル法 に結びつけています。同時に 水銀柱 29.92 インチ でもあり、アメリカ の操縦者が高度計に標準として合わせる値です。

これに近い単位に、1 平方 センチメートル あたり 1 重量 キログラム の工学気圧があり、98 066.5 パスカル と近いものの等しくはありません。日本、韓国、東 ヨーロッパ の文書がときおりこれを使い、一方を他方と取り違えると およそ 3 パーセント の誤差が入ります。

1 気圧は、10 万 1325 パスカル、1.01325 バール、水銀柱 760 ミリメートル、あるいは およそ 14.696 ポンド 毎 平方 インチ に等しくなります。

ナノパスカル（nPa）について

ナノパスカル は、パスカル の 10 億分の 1 にあたる圧力の単位です。記号は nPa です。圧力の目盛りの遠い端を示すもので、そこでは 面 を押す力という圧力の考えが役に立たなくなり、粒子が どれほど 少ないかを言うための言葉になります。

この単位のもっともはっきりした住まいは、極高真空です。ふつうの実験室の真空は ミリパスカル に届き、表面の物理や 加速器 の ビーム 管 が使う 超高真空 は マイクロパスカル に届きます。その下にあるのが ナノパスカル 以下の 極高真空 です。そこへ至るには、密閉した容器と、金属そのものから気体を追い出すための 200 度 で 何時間 もの焼き出しと、分子を押すのではなく捕らえる ポンプ が要ります。

その圧力でも容器は空ではありません。1 ナノパスカル には、なお 1 立方 センチメートル あたり 25 万 個ほどの分子があります。ずいぶん多く聞こえますが、同じ かさ の室内の空気にある 2500 京 個 と比べれば わずか です。大事なのは数ではなく 平均自由行程 です。分子はいまや、別の分子にぶつかるまでに 何千 キロメートル も進むので、隣に出あうよりずっと前に壁を打つのです。

まさにそこが 眼目 です。表面の科学は、試料が実験のあいだ きれいなままであることを求めますが、ふつうの圧力では、できたての面は およそ 1 ナノ秒 で吸着した気体の層に覆われます。1 ナノパスカル なら、同じ面が 何日 も きれいなままです。真空は空気を除くためではなく、時間を買うためにあるのです。

宇宙が自然な比べものになります。地球の低い 軌道 は およそ 1 マイクロパスカル で、まだ 大気 が 人工衛星 を引きとめ、やがて落とすほどには濃いのです。惑星のあいだの空間は ナノパスカル で数えます。星と星のあいだはさらにずっと低く、およそ 1 フェムトパスカル で、地上のどの ポンプ も並んだことがありません。最良の実験室の真空でさえ、星のあいだの空間より濃いのです。

光の圧力も似た領分に落ちます。太陽の光が完全に吸う面に当たると、地球の距離で およそ 4.5 マイクロパスカル を及ぼし、外側の 惑星 の距離では ナノパスカル まで下がります。太陽帆 はこの数で働くので、使える力を集めるには 巨大 で軽くなければならないのです。

1 ナノパスカル は、0.000000001 パスカル、0.001 マイクロパスカル、1000 ピコパスカル、あるいは およそ 0.000000000000145 ポンド 毎 平方 インチ に等しくなります。