Бар
Обозначение: barВесь мир
Что такое Бар (bar)?
Формальное определение
Бар — метрическая единица давления, определяемая как ровно 100 000 паскалей (100 кПа), или 10⁵ Н/м². Бар не является официальной единицей СИ, но допускается к использованию с Международной системой единиц Международным бюро мер и весов (МБМВ). Его величина удобно близка к одной стандартной атмосфере (101 325 Па), что делает бар практичной единицей для многих задач.
Один бар приблизительно равен 0,986923 стандартной атмосферы, 14,5038 psi, 750,062 мм рт. ст. Близость к атмосферному давлению — в сочетании с «круглым» десятичным соотношением с паскалем — объясняет устойчивую популярность бара в технике и промышленности.
Дольные и кратные единицы
Миллибар (мбар), равный 0,001 бар или 100 Па, широко используется в метеорологии и численно идентичен гектопаскалю (гПа). Стандартное атмосферное давление — 1013,25 мбар (или 1013,25 гПа). Децибар (дбар), равный 0,1 бар или 10 000 Па, используется в океанографии, поскольку один децибар приблизительно соответствует увеличению давления на метр глубины морской воды. Мегабар (Мбар), равный 10⁶ бар, используется в физике высоких энергий и планетологии.
Этимология
Греческие корни
Слово «бар» происходит от греческого «βάρος» (baros — вес, тяжесть). Тот же корень присутствует в словах «барометр» (прибор для измерения атмосферного давления), «барограф» (регистрирующий барометр) и «изобара» (линия равного давления на карте погоды). Связь между «весом» и «давлением» естественна — атмосферное давление исторически понималось как вес столба воздуха.
Введение как единицы
Бар был введён в 1909 году британским метеорологом Нэпиром Шоу во время его работы директором Метеорологической службы. Шоу определил бар как 10⁶ дин на квадратный сантиметр в системе СГС, что удобно равно 10⁵ паскалям в современной системе СИ. Миллибар Шоу быстро стал стандартной единицей атмосферного давления в метеорологии, заменив ранее использовавшиеся дюймы и миллиметры ртутного столба.
Точное определение
Определение
Бар определяется как ровно 10⁵ Па (100 000 паскалей). Это определение точное и не имеет неопределённости. В единицах СГС бар равен 10⁶ дин/см². Бар включён в брошюру СИ как единица, не входящая в СИ, но допущенная к использованию с ней.
Связь с атмосферой
Бар и стандартная атмосфера близки, но не идентичны: 1 бар = 0,986923 атм, а 1 атм = 1,01325 бар. Разница составляет примерно 1,325%. Для большинства практических целей, за исключением прецизионной метрологии, бар и атмосферу можно считать взаимозаменяемыми.
Стандарт ИЮПАК
С 1982 года Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) рекомендует 1 бар (100 кПа) в качестве стандартного давления для термодинамических свойств, заменив прежний стандарт в 1 атм (101,325 кПа). Это изменение затрагивает стандартные энтальпии образования, стандартные электродные потенциалы и другие справочные термохимические данные.
История
Ранние измерения давления
До появления бара атмосферное давление измерялось с помощью ртутных барометров. Эванджелиста Торричелли изобрёл ртутный барометр в 1643 году. В течение более 250 лет мм рт. ст. и дюймы ртутного столба были основными единицами давления.
Нэпир Шоу и миллибар
В 1909 году Нэпир Шоу ввёл бар для метеорологического использования. Миллибар (1/1000 бара) стал стандартной метеорологической единицей, потому что его величина (100 Па) была удобна для выражения атмосферного давления вблизи 1000 мбар. Всемирная метеорологическая организация (ВМО) приняла миллибар как международный стандарт.
Переход на гектопаскали
В 1980–1990-х годах ВМО рекомендовала переход от миллибаров к гектопаскалям (гПа). Поскольку 1 мбар = 1 гПа точно, это было изменение только в названии — числовые значения не изменились. Цель состояла в приведении метеорологической практики в соответствие с системой СИ.
Промышленное принятие
В европейской промышленности бар стал стандартной единицей давления для сжатых газов, гидравлических систем и технологического оборудования. Немецкие, французские, итальянские и японские стандарты широко используют бар. В международном дайвинге бар является стандартом для давления в баллонах.
Современное применение
Дайвинг
Бар — международный стандарт для измерения давления в дайвинге. Баллоны со сжатым воздухом рассчитаны на рабочее давление в барах: стандартные алюминиевые баллоны — 200 бар, стальные — до 232 или 300 бар. Полный 12-литровый баллон при 200 бар содержит 2400 литров воздуха при поверхностном давлении.
Промышленные газы
Газовые баллоны во всём мире маркируются в барах. Медицинские кислородные баллоны содержат газ при 137–200 бар. Баллоны с промышленным азотом и аргоном заполняются до 200–300 бар. Баллоны с ацетиленом работают при максимальном давлении 18 бар.
Автомобильная промышленность
В Европе давление в шинах часто выражается в барах. Типичное давление в шинах легкового автомобиля — 2,2 бар, что равно 220 кПа или 32 psi. Давление наддува турбокомпрессора измеряется в барах: турбированный двигатель может создавать 1,5–2,5 бар наддува.
Эспрессо
Профессиональные эспрессо-машины работают при давлении 9 бар (900 кПа), продавливая горячую воду через тонкомолотый кофе. Этот стандарт был установлен эмпирически в 1960-х годах и считается оптимальным для извлечения крема.
Применение в быту
Давление в шинах
В метрических странах давление в шинах обычно выражается в барах. Типичные значения: легковые автомобили — 2,0–2,5 бар, внедорожники — 2,2–2,8 бар, шоссейные велосипеды — 6–8 бар, горные велосипеды — 2–3 бар, мотоциклы — 2,0–2,9 бар.
Скороварки
Скороварки работают при давлении примерно 1 бар выше атмосферного (2 бар абсолютных). При 2 бар абсолютных вода кипит при 120 °C вместо 100 °C, что сокращает время приготовления на 50–70%.
Давление воды
Давление водопроводной воды в метрических странах выражается в барах. Нормальное давление — 2–5 бар. Давление ниже 1,5 бар считается низким. Давление выше 6 бар — высоким и может потребовать редуктора.
Воздушные компрессоры
Домашние и цеховые компрессоры рассчитаны в барах. Портативный компрессор выдаёт 6–8 бар. Цеховой компрессор для пневмоинструмента — 8–10 бар. Покраска распылением требует 2–4 бар.
В науке и промышленности
Термохимия
С 1982 года стандартное давление ИЮПАК для термохимических данных составляет 1 бар (100 кПа), заменив прежний стандарт 1 атм (101,325 кПа). Стандартные энтальпии образования, энергии Гиббса и электродные потенциалы теперь табулированы при 1 бар.
Исследования при высоком давлении
В физике высоких давлений используются килобары (кбар) и мегабары (Мбар). Алмазные наковальни достигают давления в несколько мегабаров (сотни ГПа). Давление в ядре Земли составляет примерно 3,6 Мбар (360 ГПа).
Океанография
В океанографии децибар (0,1 бар = 10 000 Па) — стандартная единица, потому что увеличение давления в морской воде составляет приблизительно 1 дбар на метр глубины. На самой глубокой точке океана (бездна Челленджера, ~10 935 м) давление составляет приблизительно 1100 дбар (110 бар).
Вакуумная техника
Вакуумные специалисты используют миллибар. Грубый вакуум: 1000–1 мбар. Средний вакуум: 1–10⁻³ мбар. Высокий вакуум: 10⁻³–10⁻⁹ мбар. Сверхвысокий вакуум: ниже 10⁻⁹ мбар.
Интересные факты
Бар был введён в 1909 году — в том же году, когда Роберт Пири заявил о достижении Северного полюса и начались первые коммерческие полёты на дирижаблях «Цеппелин».
Определяющее давление заваривания эспрессо в 9 бар было установлено Эрнесто Валенте из компании FAEMA в 1961 году с эспрессо-машиной E61. До этого эспрессо заваривался при более низком давлении на рычажных машинах.
Дайвер, дышащий на глубине 30 метров (4 бар абсолютных), потребляет воздух в четыре раза быстрее, чем на поверхности. Стандартный 12-литровый баллон с давлением 200 бар, которого хватило бы на 60 минут на поверхности, хватит только на 15 минут на этой глубине.
Бар почти точно равен одной «технической атмосфере» (1 ат = 1 кгс/см² = 98 066,5 Па = 0,980665 бар) — старой единице, встречающейся на некоторых европейских манометрах и в советской технической документации.
При 10 000 бар (1 ГПа) вода замерзает даже при комнатной температуре, образуя высокобарическую фазу льда VI. Известно не менее 19 кристаллических фаз льда, большинство из которых существуют только при давлении в килобарах.
Давление внутри бутылки шампанского составляет примерно 6 бар — втрое больше давления в автомобильной шине. Поэтому пробки от шампанского могут развивать скорость до 50 км/ч.
Кабина коммерческого самолёта герметизируется до 0,75–0,80 бар (эквивалент высоты 1800–2400 м), из-за чего некоторые пассажиры испытывают дискомфорт в ушах и снижение насыщения крови кислородом.
Таблица конвертаций
| Единица | Значение | |
|---|---|---|
| Паскаль (Pa) | 100 000 | bar → Pa |
| Килопаскаль (kPa) | 100 | bar → kPa |
| Атмосфера (atm) | 0,986923 | bar → atm |
| Фунт на квадратный дюйм (psi) | 14,5038 | bar → psi |
| Торр (Torr) | 750,062 | bar → Torr |