Tlak vzduchu

V atmosféře jsou molekulární síly, které vedou k větší nebo menší soudržnosti pevných látek a kapalin, u plynů natolik malé, že částice plynu se mohou prakticky volně pohybovat. Plyny se rozšíří do každého dostupného prostoru a smíchají se s již přítomnými plyny. Objem plynu se převážně skládá z volného objemu a čistého objemu molekul plynu, přičemž ten druhý je výrazně menší než jejich volný objem. To má za následek, že všechny plyny a samozřejmě také vzduch, lze stlačit. Při atmosférickém tlaku a teplotě 0°C obsahuje 1 m^3 vzduchu přibližně 27 x 10^18 molekul, které neustále vstupují do srážek, přičemž se v každém případě mění směr pohybu a rychlost. V uzavřené nádobě s 27 x 10^18 molekulami je každý čtvereční milimetr vnitřního povrchu nádoby vystaven asi 3 x 10^21 molekulárním nárazům za sekundu. Celkový efekt těchto 3 x 10^21 nárazů na stěny se popisuje jako tlak vzduchu. Energie pohybu částice plynu je tedy závislá pouze na teplotě. Při -273°C je každá molekula plynu zcela bez pohybu.

Tlak vzduchu se měří pomocí barometru a je to aktuální hmotnost sloupce vzduchu nad povrchem země ve vztahu k hladině moře. Tlak na povrch země způsobený váhou vzduchu činí 1,033 kg/cm^2. Kdyby vzduch měl rovnoměrnou hustotu, odpovídalo by to výšce atmosféry, kde 1,293 představuje hustotu vzduchu v kg/m^3 při 0°C. Ve skutečnosti však tlak s výškou klesá.

Meteorologie používá pro označení tlaku termíny Torr. 1 Torr zde odpovídá 1 mm rtuťového sloupce. Toto označení bylo zavedeno na počest italského profesora Torricelliho.

Hodnota h ve vzorci je výsledek poměru hmotnosti vzduchu nad jednotkovou plochou (zde 1,033 kg na cm^2, což odpovídá 10 330 kg na m^2) a hustoty vzduchu při standardních podmínkách, což je 1,293 kg/m^3. Tento poměr nám dává výšku ekvivalentního sloupce vzduchu, který by vyvíjel stejný tlak, pokud by byl jeho objem homogenní a nebyl ovlivněn gravitačním gradientem.

Je důležité si uvědomit, že ve skutečnosti se hustota vzduchu s výškou mění v důsledku gravitačního zmenšení tlaku a teplotních gradientů v atmosféře. Proto je výpočet, který předpokládá konstantní hustotu, pouze aproximací a slouží primárně k výukovým účelům nebo jako jednoduchý referenční bod. V praxi používají inženýři pro přesný výpočet tlaku vzduchu v závislosti na výšce sofistikovanější rovnice, které zahrnují proměnnou hustotu a teplotu vzduchu, jako je například barometrická výšková rovnice.

V kontextu systémů stlačeného vzduchu je důležité pochopení, jak se tlak vzduchu chová při stlačení, neboť to má přímý dopad na výkon a efektivitu pneumatických systémů. Například, při návrhu pneumatického systému je klíčové určit potřebný pracovní tlak a zvolit kompresor, který dokáže vzduch stlačit na požadovanou hodnotu tlaku s dostatečnou rezervou výkonu, aby zajistil spoľahlivou a efektivní práci systému. Kromě toho, údržba filtrů, detekce úniků a správné nastavení regulačních ventilů jsou zásadní pro zachování optimálního pracovního tlaku a minimalizaci energetických ztrát v systému.