圧力

圧力の概要

圧力（あつりょく、英: pressure）とは、物体の表面または内部の任意の面に対し垂直に加わる力を指します。一般的には単位面積あたりにかかる力として定義され、その大きさは力（F）を面積（S）で割ったもの、すなわち P = F/S で表現されます。興味深いことに、圧力の概念は物理的な現象に限らず、人間社会においても利用され、他者を威圧する力という比喩的な表現でも用いられます。

圧力の単位と種類

国際単位系（SI）において圧力の単位はパスカル（Pa）で、1 Pa は 1 N/m² に相当します。伝統的には水銀柱の高さやバールなどの単位も使われてきました。圧力は、絶対圧とゲージ圧（相対圧）に分類されます。絶対圧は絶対真空を基準とし、ゲージ圧は大気圧を基準にした圧力を示します。特に、静水圧という言葉は静止した流体中での圧力が方向を問わず一定であることを表す際に用いられます。

測定器具

圧力を測定するための装置は「圧力計」と呼ばれ、数種類の設計が存在します。代表的なものとして、ブルドン管圧力計とダイヤフラム圧力計が挙げられます。ブルドン管圧力計は、圧力を受ける部分が変形することで圧力を測定します。一方、ダイヤフラム圧力計は、流体を取り込まずにダイアフラムを介して圧力を伝達する仕組みです。

圧力と物質の性質

圧力を変化させることにより、物質の状態や性質が変わることがあります。たとえば、圧力の変化は沸点や融点に影響を与え、物質の結晶構造を変化させることもあります。また、圧力をかけることで物体の表面に電荷が発生する圧電効果や、磁化の変化が観察されることもあります。これらの現象は圧力の持つ多様な側面を示しています。

理論と熱力学

分子運動論において圧力は、ビリアルの定理をもとに算出されます。一方、熱力学では平衡状態における圧力は、エネルギーの体積に対する偏微分を使って表現されます。これにより、局所的な非平衡状態でも圧力の概念が適用されます。

高圧実験

高圧力に関する実験は高圧と呼ばれ、さまざまな分野で行なわれています。ただし、高圧の具体的な定義は定まっておらず、特定の基準に基づくものではありません。高圧ガス保安法では約1 MPaが高圧の基準とされていますが、物理学や化学分野では各分野で異なる解釈が存在します。超高圧力実験のためには、ダイヤモンドアンビルセルが広く使用されており、その特性は非常に小さな試料に対しても極めて高い圧力を加えることができます。

社会的な側面

比喩的に「圧力」という言葉は、人を威圧し従わせる力も示すことがあります。圧力団体は自身の利益を優先するために他者を脅かすような組織を指すことがあり、社会的な文脈でもその用法が見られます。

このように、圧力は物理的な概念のみならず、社会的影響やさまざまな現象に関与します。これにより、圧力の理解は多岐にわたる分野で応用され、研究が進められています。

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