Omvandling från Atmosfärer till Nanopascal

Information om Atmosfär (atm)

Atmosfären är en tryckenhet definierad som exakt 101 325 pascal. Beteckningen är atm. Den är ingen mätning av luften på någon bestämd plats eller stund utan ett fast referensvärde, valt 1954 av Generalkonferensen för mått och vikt för att ligga nära medeltrycket vid havsytan på tempererade breddgrader.

Dess nytta är att den gör trycket till ett förhållande. Att säga att ett kärl håller gas vid sex atmosfärer säger genast att trycket inuti är sex gånger det utanför, och det är det faktum som avgör om ett kärl brister, hur mycket gas det rymmer och hur fort det töms. Ingen annan tryckenhet bär den innebörden i själva talet.

Kemin byggde sitt tidiga ramverk på den. Gaslagarna skrevs med tryck i atmosfärer, gaskonstanten hade ett värde skräddarsytt för liter och atmosfärer, och normalbetingelser för att tabellera termodynamiska data bestämdes vid en atmosfär. År 1982 ändrade Internationella unionen för ren och tillämpad kemi standardtillståndet till exakt en bar, så moderna tabeller använder bar och äldre atmosfärer, och den skillnaden på 1,3 procent spelar roll i noggrant arbete.

Dykning och tryckkammarmedicin räknar alltjämt i den. Trycket under vatten beskrivs i absoluta atmosfärer, där den som dyker på trettio meter utsätts för omkring fyra, och hyperbar syrgasbehandling ges vid två till tre absoluta atmosfärer i en tät kammare. Eftersom både gasvolymen och kroppens upptag av gas skalar med det absoluta trycket gör enheten här ett verkligt fysiologiskt arbete och rapporterar inte bara en avläsning.

Atmosfären fastställer dessutom de gamla kvicksilverskalorna. En atmosfär är per definition exakt 760 millimeter kvicksilver, och det binder torren och millimetern kvicksilver till metersystemet; den är också 29,92 tum kvicksilver, den inställning en amerikansk flygare ställer in som standard på höjdmätaren.

En besläktad enhet, den tekniska atmosfären om en kilogramkraft per kvadratcentimeter, ligger nära men är inte lika, vid 98 066,5 pascal. Handlingar från Japan, Korea och Östeuropa använder den ibland, och att ta den ena för den andra ger ett fel på omkring tre procent.

En atmosfär motsvarar 101 325 pascal, 1,01325 bar, 760 millimeter kvicksilver eller ungefär 14,696 pund per kvadrattum.

Information om Nanopascal (nPa)

Nanopascalen är en tryckenhet på en miljarddels pascal. Beteckningen är nPa. Den markerar tryckskalans bortre ände, det område där tanken på tryck som en knuff mot en yta upphör att vara till nytta och blir ett påstående om hur få partiklar som finns.

Enhetens tydligaste hem är det extremt höga vakuumet. Vanligt laboratorievakuum når millipascal; ultrahögvakuum, som ytfysiken och partikelacceleratorernas strålrör använder, når mikropascal. Under det ligger det extremt höga vakuumet vid nanopascal och lägre, och att nå dit kräver en tät kammare, timmars utbakning vid tvåhundra grader för att driva gas ur själva metallen, och pumpar som fångar molekyler i stället för att skjuta dem.

Vid sådana tryck är en kammare inte tom. En nanopascal rymmer fortfarande omkring en kvarts miljon molekyler per kubikcentimeter, vilket låter oerhört mycket till dess man jämför med de tjugofem triljoner som finns i samma volym rumsluft. Det som betyder något är inte antalet utan medelfria vägen: en molekyl färdas nu tusentals kilometer innan den träffar en annan, och slår därför i väggarna långt innan den möter en granne.

Det är just det som är poängen. Ytvetenskapen behöver ett prov som håller sig rent under hela försöket, och vid vanligt tryck täcks en färsk yta av ett skikt vidhäftad gas på ungefär en nanosekund. Vid en nanopascal håller sig samma yta ren i dagar. Vakuumet finns inte till för att ta bort luft utan för att köpa tid.

Rymden ger den naturliga jämförelsen. Låg jordbana ligger kring en mikropascal, ännu tät nog att atmosfären bromsar satelliter och till slut drar ned dem. Rymden mellan planeterna räknas i nanopascal. Rymden mellan stjärnorna ligger långt lägre, kring en femtopascal, som ingen jordisk pump någonsin nått: de bästa laboratorievakuumen är fortfarande tätare än rymden mellan stjärnorna.

Strålningstrycket hamnar på liknande mark. Solljus mot en fullständigt absorberande yta utövar på jordavstånd omkring 4,5 mikropascal, och på de yttre planeternas avstånd sjunker det till nanopascal. Solsegel arbetar med dessa tal, och därför måste de vara väldiga och lätta för att samla en användbar kraft.

En nanopascal motsvarar 0,000000001 pascal, 0,001 mikropascal, 1000 pikopascal eller ungefär 0,000000000000145 pund per kvadrattum.