圧力のソースを表示

{{出典の明記|date=2011年6月}}
{{物理量
|名称=圧力
|英語=pressure
|記号=''P''
|次元=
|L=-1
|M=1
|T=-2
|階=[[スカラー (物理学)|スカラー]] または 2階[[テンソル]]
|SI=[[パスカル (単位)|パスカル]] (Pa)
|CGS=[[バール (単位)|バール]] (bar)
|FPS=[[パウンダル]]毎[[平方インチ]] (pdl/sq in)
|MKSG=[[重量キログラム毎平方メートル]] (kgf/m{{sup|2}})
|CGSG=[[重量グラム毎平方センチメートル]] (gf/cm{{sup|2}})
|FPSG=[[重量ポンド毎平方インチ]] (psi)
}}
{{Thermodynamics sidebar}}
'''圧力'''（あつりょく、{{lang-en-short|pressure}}）とは、
* [[物体]]の[[表面]]あるいは内部の任意の[[面]]に向かい[[垂直]]に押す[[力 (物理学)|力]]のこと<ref name="britanica">ブリタニカ国際百科事典【圧力】</ref>。
*（比喩）人を威圧して従わせようとする力のこと<ref name="koujien">広辞苑 第六版【圧力】</ref>。

== 概説 ==
圧力 {{mvar|P}} の大きさを表す場合は、単位[[面積]]あたりに働く力で表わす<ref name="britanica" />。面積を {{mvar|S}}、力を {{mvar|F}} とすれば
:<math>P = F / S.</math>

[[国際単位系]]における圧力の[[単位]]は、[[パスカル (単位)|パスカル]]である。1 Pa = 1 N/m{{sup|2}} である。また歴史的には、[[水銀柱ミリメートル|水銀柱の（水銀面の）高さ]]、[[バール (単位)|バール]]などでも表している。

静止している流体内の1点で働く圧力は方向によらず一定であり、これを[[静水圧]]と言う<ref name="britanica" />。

圧力には、絶対[[真空]]（絶対零圧力）を基準（ゼロ）とする[[絶対圧]]と、[[気圧|大気圧]]を基準（ゼロ）とする[[ゲージ圧]]（相対圧）とがある。

== 圧力計 ==
{{main|圧力測定}}
[[File:WPGaugeFace.jpg|thumb|left|150px|ブルドン管圧力計の表示板]]
圧力を測定する装置を「圧力計」（英:[[:en:pressure meter|pressure meter]]、pressure gauge）といい、次のようなものが代表的である。また、圧力計は[[液位計]]としても利用される。

; ブルドン管圧力計
: [[ブルドン管]]の[[弾性変形]]を用いて測定する。
; ダイヤフラム圧力計
: 流体とブルドン管圧力計との間に[[ダイアフラム]]を設け、受圧部とブルドン 管の間に封入液を充満して圧力の伝達媒体としたもの。
{{-}}

== 圧力に関する現象 ==
圧力をかけたり変化させたりすることで、以下のような性質を示す物質がある。

; [[沸点]]、[[融点]]の変化
: → [[相図]]
; [[結晶構造]]の変化
: 圧力によって物質の構造が変化する物質がある。→ [[構造相転移]]
; [[電荷]]の発生、[[電気抵抗]]の変化
: 圧力を加えることで物体の表面に電荷が生じたり（[[圧電効果]]）、電気抵抗が変化したりする。[[ピエゾ素子|圧電素子]]はガスレンジの着火装置などに利用される。
; [[磁化]]の変化
: 圧力によって磁化の強さが変化する。→ [[ビラリ現象]]

== 理論式 ==
=== 分子運動論 ===
{{出典の明記|section=1|date=2015年8月}}
[[File:Pressure_exerted_by_collisions.svg|thumb|[[粒子論]]的、[[分子運動論]]的な[[モデル (自然科学)|モデル]]で圧力の発生のしくみを表現した図。容器内に気体や液体がある場合に、その多数の分子が高速で容器内を運動、壁面に衝突し跳ね返り、分子の運動方向が変わった分壁面に対して垂直な、押しこむ方向の[[力 (物理学)|力]]が生じる、ということが非常に多数起きている、と考える。]]
[[分子運動論]]では圧力''P''は[[ビリアルの定理]]から
: <math> P = \left\langle {1 \over 3V} \left(\sum_i { {P_i}^2 \over m_i } - \sum_i r_i { {\partial \phi } \over {\partial \vec{r}_i } } \right) \right\rangle </math>
で求まる。上式で、<math> \langle \cdot \rangle </math>は[[統計集団|統計的な平均]]、右辺()内第一項は粒子の全運動エネルギーの和、第二項は粒子間に働く力（<math>= - { {\partial \phi } / {\partial \vec{r}_i } } </math>）と粒子の座標との積の和である。{{mvar|i}} は粒子の指標。{{mvar|m<sub>i</sub>}} は粒子の質量。<math> \vec{r}_i </math>は粒子 {{mvar|i}} の[[位置ベクトル]]。<math> \phi \, </math>は[[ポテンシャル]]。{{mvar|V}} は系の体積。

=== 熱力学 ===
[[熱力学]]において[[熱力学的平衡|平衡状態]]の系の圧力 {{mvar|P}} はエネルギーの体積{{mvar|V}} による偏微分で表される：
:<math>P:=-\frac{\partial U(S,V)}{\partial V},</math>
または
: <math> P = - { {\partial F(T,V)} \over {\partial V} } </math>
である<ref>{{cite|和書 |editor= |author=田崎晴明 |title=熱力学 現代的な視点から |edition= |publisher=培風館 |year=2000 |isbn=4-563-02432-5 |page=51}}</ref>。ここで{{mvar|U}} は[[内部エネルギー]]、{{mvar|S}} は[[エントロピー]]、{{mvar|F}} は[[ヘルムホルツの自由エネルギー]]、{{mvar|T}} は絶対温度。

この熱力学的な定義は、局所非平衡状態や非平衡[[定常状態]]にも拡張することができ、冒頭で述べた単位面積当たりの力という力学的な定義による圧力と等しい<ref name=shimizu>{{cite|和書 |editor= |author=清水明 |title=熱力学の基礎I |edition=2  |publisher=東京大学出版会 |year=2021 |isbn=978-4-13-062622-4 |pages=100,166,291}}</ref>。

=== バンド計算 ===
{{出典の明記|section=1|date=2015年8月}}
[[バンド計算]]でのより具体的な圧力（ストレス）の求め方は、ニールセンとマーティンによる論文<ref>O. H. Nielsen and R. M. Martin, Phys. Rev. B'''32''' (1985) 3780.</ref><ref>O. H. Nielsen and R. M. Martin, Phys. Rev. B'''32''' (1985) 3792.</ref>などがある。

== 超高圧力下の実験 ==
高圧力のことを高圧と省略して呼称することが多いが、これでは例えば[[電圧]]の[[高圧 (電気)|高圧]]であったり誤謬が生ずる恐れがある。高圧力と呼ぶほうがより正確である。高圧力とはどの程度の圧力から上のことを呼ぶのか、については特に明確な基準は存在しない。たとえば[[高圧ガス保安法]]での高圧力には1 [[パスカル (単位) |MPa]]（約10[[気圧]]）に基準があるものと思われる。

一方、[[物理]]や[[化学]]の分野ではこれも各分野によってイメージはそれぞれでやはり確かな判断基準はない。圧力下における物理・化学の[[実験]]的[[研究]]に関する分野では下記のような[[ダイヤモンドアンビルセル]]を用いることで発生できる圧力領域あたりからが超高圧と呼ばれているようである。つまり圧力値では10万気圧あたりが境界になるであろう。

超高圧力実験装置にはプレス型と[[ダイヤモンドアンビルセル]]を使ったものとに二分できる。

プレス型は、ピストンシリンダーなどを使って生じた圧力を[[油圧]]（直接加圧する場合もあり）で伝達して試料を押す。発生可能な圧力の大まかな目安は数万気圧（数 GPa）である。比較的広い圧力発生空間を確保することができ、多彩な[[物性]]測定実験が可能となっている。

ダイヤモンドアンビルセル (Diamond Anvil Cell: DAC) は、[[自然|天然]]または[[合成ダイヤモンド|人工合成]]の[[ダイヤモンド]]を使って超高圧力を実現するもので、小型（手のひらサイズ）で、透明（[[光学]]的な観測が可能）であり、サブテラパスカル（数百万気圧、数百GPa）までの加圧が可能である。一方、ダイヤモンドそのものが大型化できないので、試料は大変小さなものにしなければならない。ダイヤモンド以外に、[[サファイア]]、[[炭化ケイ素]]を使ったアンビルセルもあるが、加圧できる圧力はダイヤモンドよりも劣る。

上記の高圧力実験は通常、静的な圧力発生によるものが前提であるが、動的に圧力を加える実験として[[衝撃]]圧縮実験がある。達成可能な圧力値は衝撃圧縮によるもののほうが一般的に高い。

他に非等方的な圧力実験の試みもある。

== 比喩的用法 ==
「圧力」は、比喩的に人を威圧して従わせようとする力も指すことがある。

* [[利益団体|圧力団体]] - 自分らの利権のためにさまざまな手法を用いて他の人々を威圧するような団体を指してこう呼ぶこともある。
* [[脅し]]、[[恐怖政治]]

== 脚注 ==
{{Reflist}}

== 関連項目 ==
{{Commonscat|Pressure}}
{{Wikidata property}}
* [[特別:検索/intitle:圧力|「圧力」を含む記事名一覧]]
** [[圧力測定]]
** [[圧力の比較]]
* [[ボイル＝シャルルの法則]]
* [[気圧]]、[[大気圧]]
* [[水圧]]
* [[油圧]]
* [[与圧]]
* [[応力]]
* [[全圧]]
* [[分圧]]
* [[化学]]
* [[張力]]
* [[物性物理学]]
* [[電圧]] - 「押す力」ではないが「圧」の字が用いられる。

{{Normdaten}}
{{デフォルトソート:あつりよく}}
[[Category:圧力|*]]
[[Category:物理量]]
[[Category:状態量]]