Áp suất là gì? Công thức, phân loại và ứng dụng trong thực tiễn

Áp suất là gì?

Áp suất là một đại lượng thể hiện lực được phân bố trên một đơn vị diện tích theo phương vuông góc. Hiểu một cách đơn giản, áp suất xảy ra khi có một lực đè trực tiếp lên bề mặt của một vật thể.

Công thức xác định áp suất

Công thức để tính áp suất được biểu diễn như sau:

P = F / S

Trong đó:

• P là áp suất (đơn vị: N/m², Pa, Bar, PSI, mmHg…)
   

• F là lực tác dụng lên bề mặt bị nén, đơn vị là Newton (N)
   

• S là diện tích bề mặt chịu lực, đơn vị là mét vuông (m²)
   

(Pa – Pascal – là đơn vị chuẩn dùng để đo áp suất trong hệ SI).

Dưới đây là một số quy đổi phổ biến giữa các đơn vị đo áp suất:

• 1 Pa = 1 N/m² = 10⁻⁵ Bar
   

• 1 mmHg = 133,322 N/m²
   

• 1 Pa = 1 N/m² = 760 mmHg

Những loại áp suất đang được dùng phổ biến

Áp suất tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau, mỗi loại mang những đặc điểm riêng biệt và được ứng dụng đa dạng trong đời sống cũng như trong công nghiệp. Trong số đó, một số dạng áp suất quan trọng và thường xuyên được áp dụng gồm: áp suất khí, áp suất chất lỏng, áp suất chất rắn, áp suất riêng phần, áp suất dư, áp suất tuyệt đối, áp suất thẩm thấu và áp suất thủy tĩnh. Cụ thể như sau:

Áp suất của chất khí và chất lỏng

Áp suất chất lỏng là lực mà chất lỏng gây lên bề mặt hoặc thành của vật chứa, đồng thời có thể lan truyền trong hệ thống ống dẫn. Khi tốc độ dòng chảy tăng, áp suất trong hệ thống cũng sẽ tăng theo và ngược lại. Tương tự, khi khí bị nén lại trong một không gian hạn chế, nó sẽ tạo ra áp suất khí nén, và mức độ nén càng lớn thì áp suất càng cao.

Áp suất chất rắn

Áp suất của chất rắn là lực ép lên một diện tích bề mặt xác định. Khác với chất lỏng hay khí, lực từ chất rắn chỉ tác động tại điểm tiếp xúc trực tiếp. Dạng áp suất này có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như y học (thiết bị ép trị liệu), công nghiệp thực phẩm (dụng cụ ép), và xây dựng (đóng cọc, làm nền móng).

Áp suất riêng phần

Áp suất riêng phần là áp suất do một loại khí riêng lẻ tạo ra trong một hỗn hợp khí. Theo định luật Dalton, tổng áp suất của hỗn hợp khí không phản ứng bằng tổng áp suất riêng của từng khí thành phần. Việc này giúp xác định mức đóng góp của từng khí trong bầu không khí hoặc môi trường hỗn hợp khí.

Áp suất dư

Còn gọi là áp suất tương đối, áp suất dư thể hiện sự chênh lệch giữa áp suất tại một điểm trong chất khí hay chất lỏng so với áp suất khí quyển. Dạng áp suất này thường dùng để kiểm tra và điều chỉnh các hệ thống kỹ thuật như nồi hơi hay bình khí nén.

Áp suất tuyệt đối

Là tổng của áp suất khí quyển và áp suất dư tại một vị trí nhất định. Đây là giá trị áp suất đo được nếu mốc tham chiếu là môi trường chân không hoàn toàn (không có áp suất khí quyển). Công thức tính áp suất tuyệt đối thường được sử dụng trong các ứng dụng kỹ thuật cần độ chính xác cao.

Áp suất thẩm thấu

Áp suất thẩm thấu là lực sinh ra trong quá trình thẩm thấu – hiện tượng khi dung môi di chuyển qua màng bán thấm từ vùng có nồng độ thấp sang nơi có nồng độ cao hơn. Giá trị áp suất này phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ dung dịch. Áp suất thẩm thấu đóng vai trò thiết yếu trong sinh học và công nghệ lọc nước.

Áp suất thủy tĩnh

Là dạng áp suất do chất lỏng gây ra khi đứng yên. Áp suất này phân bố đồng đều theo mọi hướng trong chất lỏng và tăng dần theo độ sâu. Đây là nguyên lý nền tảng trong lĩnh vực thủy lực, được ứng dụng rộng rãi trong thiết kế đập nước, bể chứa và các hệ thống chất lỏng tĩnh.

Những dụng cụ đo áp suất thông dụng nhất hiện nay

Đồng hồ đo áp suất dạng cơ

Đồng hồ đo áp suất dạng cơ là thiết bị phổ biến dùng để xác định áp suất trong các môi trường như chất lỏng, khí, hơi,… Thiết bị này thường được gắn trực tiếp vào các hệ thống máy móc hoặc đường ống dẫn để theo dõi và kiểm soát áp suất trong suốt quá trình vận hành.

Một số dòng đồng hồ đo áp suất thường gặp bao gồm:

• Đồng hồ đo áp suất loại cơ bản

• Đồng hồ đo áp suất dạng mặt bích

• Đồng hồ đo áp suất chênh lệch

• Đồng hồ đo áp suất có chứa dầu (giúp giảm rung và nâng cao độ bền)

Cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất là thiết bị điện tử có chức năng chuyển đổi tín hiệu áp suất thành tín hiệu điện đầu ra. Thiết bị này thường được sử dụng trong các hệ thống điều khiển tự động, cho phép theo dõi và điều chỉnh áp suất một cách chính xác.

Ưu điểm lớn của cảm biến áp suất là khả năng lắp đặt ở các vị trí khó tiếp cận hoặc không thể quan sát trực tiếp. Loại thiết bị này được ứng dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp, nơi cần kiểm soát áp suất liên tục để đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả.

Cảm biến áp suất tích hợp màn hình điện tử

Đây là loại cảm biến áp suất được kết hợp với màn hình kỹ thuật số, cho phép người dùng theo dõi và ghi nhận giá trị áp suất theo thời gian thực một cách tiện lợi.

Nhờ vào khả năng hiển thị số liệu trực tiếp trên màn hình, thiết bị này giúp việc quan sát kết quả trở nên nhanh chóng, chính xác và hỗ trợ quá trình phân tích dữ liệu đo đạc một cách hiệu quả hơn.

Thiết bị đo áp suất điện tử
Thiết bị đo áp suất điện tử là dòng máy hiện đại sử dụng cảm biến áp suất làm phần tử đo, sau đó chuyển đổi tín hiệu thành dữ liệu điện tử và hiển thị thông tin lên màn hình kỹ thuật số.

Một số điểm mạnh nổi bật của thiết bị đo áp suất điện tử:

• Kích thước nhỏ gọn, thao tác sử dụng đơn giản

• Cho kết quả đo nhanh và có độ chính xác cao

• Có thể lựa chọn nhiều chế độ đo phù hợp với từng loại vật liệu

• Hỗ trợ đổi đơn vị đo linh hoạt theo nhu cầu sử dụng

Các phương pháp điều chỉnh áp suất tăng hoặc giảm

Cách làm tăng áp suất

• Tăng lực tác dụng nhưng giữ nguyên diện tích bề mặt tiếp xúc.

• Tăng lực tác động theo phương vuông góc và giảm diện tích bề mặt tiếp xúc.

• Tăng diện tích bề mặt tiếp xúc và giữ lực tác động không đổi.

Cách làm giảm áp suất

• Giảm lực tác động nhưng vẫn giữ nguyên diện tích bề mặt tiếp xúc.

• Giảm cả lực tác động và diện tích bề mặt tiếp xúc.

• Giảm diện tích bề mặt tiếp xúc và giữ lực tác động không thay đổi.

Tầm quan trọng của áp suất trong các lĩnh vực

Áp suất đóng vai trò thiết yếu trong nhiều lĩnh vực trong đời sống, từ giáo dục, y tế đến hàng không, công nghiệp và kỹ thuật. Một số ứng dụng phổ biến của áp suất có thể kể đến như trong môi trường học đường, bệnh viện, máy bay, máy nén khí công suất cao, máy bơm rửa xe, v.v.

Áp suất trong bình nén khí: Giúp lưu trữ và nén khí để cung cấp năng lượng cho các thiết bị phục vụ trong nhiều ngành nghề khác nhau như sửa chữa ô tô, rửa xe áp lực cao, chế biến thực phẩm, y tế, và các ngành khác.

Ứng dụng trong sinh học: Nhờ vào áp suất, cây cối có thể hút nước từ đất qua rễ và vận chuyển lên các bộ phận khác của cây, giúp cây phát triển và sinh trưởng.

Đo tốc độ dòng chảy và vận tốc bay: Áp suất là yếu tố quan trọng trong việc đo lường tốc độ của dòng chảy và tốc độ bay của máy bay, giúp điều chỉnh hoạt động của các phương tiện này một cách chính xác.