Undertrykk

Undertrykk er gitt som relativt trykk, dvs. et trykk i forhold til et annet trykk. Det "andre" trykket er i mange tilfeller trykket i atmosfæren.

Kort om lufttrykk

I atmosfæren vår har vi et lufttrykk. Lufttrykket er et resultat av at hvert eneste molekyl og atom i lufta hele tiden er i bevegelse i en eller annen retning, og kolliderer med hverandre og andre overflater, som illustrert i (1).

• 
  (1) Illustrasjon av luftmolekyler i bevegelse

Lufttrykket varierer med høyden over jordoverflaten. Ved 0 meter over havet er lufttrykket omtrent lik 101,3 kilopascal (kPa). Vi kaller trykket ved havoverflaten 1 atmosfæres trykk (standardatmosfære, 1 atm) som er 760 Torr eller tilnærmet 1 bar.

Lufttrykket i atmosfæren er størst ved havoverflaten. Fordi lufttrykket er tyngden av lufta over oss, vil trykket minke desto lengre over havet vi befinner oss.

• 
  (2) Trykket nede ved havet er større enn oppe på fjellet

Trykket er altså en funksjon av høyden, og sammenhengen mellom høyden og lufttrykket er gitt ved ligningen

p = p₀ − ρgh hvor
p = lufftrykk i pascal (Pa = N/m²)
p₀ = lufttrykk ved jordoverflaten = 101kPa
ρ = massetetthet til luft = 1,2kg/m³ *
g = tyngdeakselerasjonen = 9,81m/s² *
h = høyde over havet i meter

* Både tyngdeakselerasjonen og massetettheten til luft synker desto lengre ut i atmosfæren man kommer, slik som lufttrykket gjør. Formelen gitt ovenfor er derfor bare korrekt dersom man kan anta at g og ρ er lik verdien de har ved havnivå.

Undertrykk

Variablene p og p₀ i formelen ovenfor er gitt som absolutt trykk. Når vi snakker om undertrykk, snakker vi derimot om relativt trykk. Relativt trykk, la oss kalle denne variabelen p_r, er trykket i et spesifisert område minus trykket omgivelsene utgjør på det spesifiserte området.
En ballong demonstrerer dette svært godt. Hva skjer når du stikker hull på en ballong som er fylt med luft? Jo, luften strømmer ut av ballongen. Dette er fordi lufttrykket er høyere inne i ballongen enn utenfor. Det relative trykket inne i ballongen før man stikker et hull er da positivt; det er overtrykk. Dersom trykket hadde vært lavere inne i ballongen enn i lufta utenfor, hadde det relative trykket vært negativt; det hadde vært undertrykk. Det er i praksis umulig å få stabilt undertrykk inne i en ballong, siden den ville klappet sammen.
En dykkerklokke derimot, er bygd for å tåle undertrykk. Dykkeren har på seg klokken ved overflaten hvor lufttrykket er 1 bar, og dykker ned flere meter under havoverflaten. Trykket på utsiden av klokken blir da høyere og høyere, mens trykket inne i klokken er det samme. Da er det relative trykket negativt, det er undertrykk inne i dykkerklokken. Det har ikke noe å si hvorvidt det er luftmolekyler eller vannmolekyler som utøver trykket på dykkerklokken. Følgende gjelder generelt:
Relativt trykk = Trykk inni lukket beholder - Trykk utenfor lukket beholder
Uttrykt matematisk blir det
p_r = p_i − p_u
hvor p_i er trykket inne i det spesifiserte området (dykkerklokken), og p_u er trykket utenfor området.
Relativt trykk har altså enten negativt eller positivt fortegn, mens absolutt trykk ikke kan ha negativt fortegn. Absolutt trykk er enten 0 eller høyere. Når absolutt trykk er 0, har vi vakuum.

Kilder

• Tipler & Mosca: Physics for Scientists and Engineers, vol 1 (Paul A. Tipler, Gene Mosca), W H Freeman, USA 2007, ISBN 9781429201247