完全真空はなぜ -1000mmHg なのですか？

質問

中学校の理科の時間に、長くて試験官のようなガラス管に水銀を満たし、さかさまにして容器の中に立てるとガラス管内の水銀は、76cmの高さに下がって止まると習ったと記憶しています。

水銀柱の高さは大気圧の大きさをさしているので、「１気圧の大きさ＝水銀柱の重さによる圧力」、つまり、１気圧＝760mmHg（＝1013hPa）になると思いますが、間違っていないですよね？

ところが、どうも完全真空を-1000mmHgと定義しているようなのですが、私にはこのことがよく分かりません。察するに、-0mmHgが１気圧で、-100mmHgは０.９気圧ということになるのでしょうか？また、-500mmHgとは、０.５気圧ということになるのでしょうか？

それから、ここが不思議なのですが、１気圧が760mmHgならば、なぜ完全真空の定義が-760mmHgではなくて-1000mmHgなのでしょうか？絶対真空が-1000mmHgでも、１気圧は-0mmHgにはならないのでしょうか？絶対圧とゲージ圧の違いということのように類推しているのですが、もしそうだとしたらそこの違いがよく分かりません。

私に分かるようにご教授願えませんか？

回答No.5

hirombo · ベストアンサー

＞どうも完全真空を-1000mmHgと定義しているようなのですが

これは単純に印刷ミスなどの凡ミスだと思います。
あえてこじつければゲージ圧-1000hPaの間違いかも？
完全真空をmmHgを使って絶対圧で表現すれば0mmHgが完全真空になります。
ゲージ圧で表現すればー760mmHgになります。
ところで真空についてもう少し詳しく考察して見ますと完全真空と言うのはその空間内に気体分子が１個も存在しないに状態になります。
標準大気圧では1cm^3当りの気体分子の数は約2.5×10^19個も存在するので、仮に1mmHgの真空度（99.8%真空）でも気体分子の数は5×10^16個にもなります。
それでは気体分子の数が5×10^10個になる真空は何mmHgになるかと考えると0.000001mmHgになります。
気体分子数の数で考えるかぎり、これでも完全真空にはほど遠い真空度です。
通常この領域の真空度を表現するのには1×10^-4PaのようにPaを使用しています。

絶対圧とゲージ圧の違いについて簡単に説明するとゲージ圧は大気圧を基準にして（大気圧を圧力ゼロとして）圧力を表現するもので真空側は圧力がマイナスになります。
大気圧：0mmHg、完全真空：-760mmHg等
実際に圧力を測定する真空ゲージもゲージ圧式と絶対圧式があります。
身近なところではゲージ圧式のブルドン管式真空ゲージがあります。
ブルドン管式真空ゲージで絶対圧1mmHgの真空を測定する場合を考えると、この真空ゲージは標準大気圧で校正されているので、天気の良い日に海抜0mの所で測定すると-759mmHgを示すが、同じ真空度を海抜200mの所で測定すると-744mmHg位の測定値になります。
ゲージ圧式の真空ゲージはそれが置かれている場所の圧力を基準にして圧力測定をするため、このような測定誤差が発生します。
注）説明文中の数値は概略数値であり、勘違いによる間違いがあるかもしれません。あくまでも参考程度に読んでください。

お礼

とても丁寧で分かり易い回答、恐れ入ります。完全真空は中性子とかが飛び交っているので、実際には作り出すのはほとんど不可能なのでしょうね。うん？可能なのでしょうか？
＞通常この領域の真空度を表現するのには1×10^-4PaのようにPaを使用しています。
hiromboさんはとても詳しいのですね。で、このPaというのは、パスカルさんと関係がある記号なのでしょうか？
ご回答を頂き、誠にありがとうございました。

回答No.6

hirombo

＃５です。

＞このPaというのは、パスカルさんと関係がある記号なのでしょうか？

圧力単位Paは国際単位系（ＳＩ）の圧力単位でパスカルの原理で有名な物理学者パスカルにちなんで決められたようです。
従来の圧力単位kgf/cm2のような表現をすれば1Pa=1N/m2になります。
余談になりますが、計量法の改正により日本国内で販売・使用される圧力計に使用できる圧力単位はPa、またはbarのみに限定され従来のmmHgは使用できなくなっています。（血圧測定等に一部例外あり）

前の回答のブルドン管式真空ゲージについて誤解のないようあえて補足します。
ブルドン管式真空ゲージはアナログ式（指針が振れるタイプ）であり、小型のゲージの場合、計器の精度も2.5％程度です。（大型のゲージには0.5%位の精度の良いものもありますが）
前の回答でー759mmHgを示すとかの表現を使いましたが1mmHgの単位が正確に読めるほどの計器精度も読取り精度もありませんので念のため。

お礼

＞計量法の改正により日本国内で販売・使用される圧力計に使用できる圧力単位はPa、またはbarのみに限定され従来のmmHgは使用できなくなっています。（血圧測定等に一部例外あり）
そうですか、とても勉強になりました。再度のご回答を頂き、誠にありがとうございました。親切なご回答に出会うと勇気づけられます。

補足

この欄をお借りします。本当に素晴らしい解答をいくつも頂き、大変感謝致しております。ポイントの件ですが、甲乙付けがたく困りました。皆さんに差し上げたいのですが・・・。申し訳ありません。

回答No.4

sero

#2です。

>なるほど、ゲージ圧は標準を０とするのですね。
ゲージ圧の基点は固定ではありません。
あくまでゲージが存在する場所の気圧が0（基点）になります。
例えば富士山山頂の気圧は絶対圧で約640hPaですから、ここに
圧力ゲージを持って行き、0点を合わせればゲージ圧で約-640hPaが
完全真空という事になります。

お礼

＞あくまでゲージが存在する場所の気圧が0（基点）になります。
また、一つ偉くなりました。再度のご回答を頂き本当にありがとうございました。

回答No.3

tosiki

完全な真空だったら水銀は拡散してあっと言う間に周囲に広がってしまうと思います。

面白いホームページがありますので、
水銀柱の高さを入力してみて下さい。
一番上にヘクトパスカルがあります。
それと、気圧表示が読み易いですね。＾＾
（１００単位で入力し、マイナスは入力しないで下さい。）
計算上は水銀柱０ミリで０気圧（真空）の計算ですが、うのみにはしないでね。＾＾；

参考URL：

http://syllabus-pub.yz.yamagata-u.ac.jp/amenity/electrochem/siUnit.asp?nUnitID=172

お礼

とても面白いサイトがあるのですね。勉強になります。ご回答を頂き、誠にありがとうございました。

回答No.2

sero

混乱しているようですね。
ゲージ圧と絶対圧のどちらで考えるか統一したほうが良いですよ。

絶対圧で考えるなら、標準気圧は1013hPa＝760mmHg
完全真空は0hPA＝0mmHg

ゲージ圧で考えるなら標準気圧の圧力は0hPa＝0mmHg（当たり前ですが・・・）
完全真空は-1013hPa＝-760mmHg

標準気圧が基点のゲージ圧で-1000mmHgなんて圧力は存在しません・・・
いったいどこから出てきた数字なんでしょう？

お礼

＞絶対圧で考えるなら、標準気圧は1013hPa＝760mmHg
完全真空は0hPA＝0mmHg

これなら、よく分かります。こちらが絶対圧なのですね。

＞ゲージ圧で考えるなら標準気圧の圧力は0hPa＝0mmHg

完全真空は-1013hPa＝-760mmHg

なるほど、ゲージ圧は標準を０とするのですね。

＞標準気圧が基点のゲージ圧で-1000mmHgなんて圧力は存在しません・・・

つまり、ゲージ圧でも、もちろん絶対圧でも、-1000mmHg なんて圧力は存在しないのですね。-770mmHgも存在しないことになりますね。

だんだん分かってきました。ご回答を頂き本当にありがとうございました。

回答No.1

k-fon

> どうも完全真空を-1000mmHgと定義しているようなのですが、

どこからの引用ですか？
完全真空は、0mmHgです。
マイナス表記になることはありません。

Torr や Pa 表記の場合は指数部にマイナスが付きますが
それと勘違いしていませんか？

お礼

＞> どうも完全真空を-1000mmHgと定義しているようなのですが、
＞どこからの引用ですか？
＞完全真空は、0mmHgです。
ある雑誌に書いてありました。変だなとは思ったのですが、私が知らないもんで素直に信じちゃいました。

＞マイナス表記になることはありません
そうなんですか？負圧とはどう違うのでしょう？

＞Torr や Pa 表記の場合は指数部にマイナスが付きますが
それと勘違いしていませんか？
いえ、Torr, Pa ということ自体、何のことか分かりませんから・・・。

ご回答を頂き本当にありがとうございました。