Torricelli eksperymentują miary ciśnienia atmosferycznego, znaczenie

On Eksperyment Torricelli Został przeprowadzony przez włoskiego fizyka i matematyka.

Ten eksperyment wynikał z potrzeby poprawy zaopatrzenia w wodę w miastach. Ewangelista Torricelli (1608-1647), który był matematykiem Dworu Wielkiego Księcia Toskanii Fernando II, studiował z Galileo zjawiskami hydraulicznymi.

Rysunek 1. Eksperyment Torricelli, w którym kolumna rtęci wynosi 760 mm z powodu ciśnienia atmosferycznego. Źródło: f. Zapata.

[TOC]

Eksperyment

W 1644 r. Torricelli wykonał następujące doświadczenie:

- Merkury wprowadzony w rurce o długości 1 m, otwarty na jeden koniec i zamknięty przez drugi.

- Kiedy rurka była całkowicie pełna, zainwestował ją i uchylił w pojemniku, który również zawierał rtęć.

- Torricelli zauważył, że kolumna zstąpiła i zatrzymała się na poziomie około 76 cm.

- Uświadomił sobie również, że w przestrzeni, która była wolna, wygenerowano próżnię, choć nie jest doskonała.

Torricelli powtórzył eksperyment za pomocą różnych rur. Przeprowadził nawet niewielki wariant: dodał wodę do wiadra, która, lżejsza, unoszona na rtęci. Następnie rurka zawierająca rtęć na powierzchni wody powoli unosiła.

Potem zstąpiła rtęć, a woda się wspinała. Pustka uzyskana, jak już powiedzieliśmy, nie była idealna, ponieważ zawsze istniały pozostałości rtęci lub pary wodnej.

Miara ciśnienia atmosferycznego

Atmosfera jest mieszaniną gazów, w których dominują azot i tlen, ze śladami innych gazów, takich jak argon, dwutlenek węgla, wodór, metan, tlenek węgla, para wodna i ozon.

Może ci służyć: Star Rain: Formation, jak je obserwować, cechy

Przyciąganie grawitacyjne wykonywane przez Ziemi jest odpowiedzialne za utrzymanie całej całej planety.

Oczywiście skład nie jest jednolity ani gęstość, ponieważ zależy od temperatury. W pobliżu powierzchni znajduje się duża ilość pyłu, piasku i zanieczyszczeń z naturalnych zdarzeń, a także działalności człowieka. Najcięższe cząsteczki są bliżej ziemi.

Ponieważ istnieje tak duża zmienność, konieczne jest wybranie wysokości odniesienia do ciśnienia atmosferycznego, który został uznany za poziom morza.

Tutaj nie jest żaden poziom morza, ponieważ przedstawia to również fluktuacje. Poziom o Fakt Z pomocą wybrano pewien system geodetyczny ustawiony na podstawie wspólnej zgody między ekspertami.

Ile kosztuje ciśnienie atmosferyczne w pobliżu ziemi? Torricelli znalazł swoją wartość, gdy mierzy wysokość kolumny: 760 mm rtęci.

Barometr Torricelli

W górnej części rurki ciśnienie wynosi 0, ponieważ ustalono próżnię. Tymczasem na powierzchni wanny z rtęcią ciśnienie P₁ To ciśnienie atmosferyczne.

Wybieramy pochodzenie systemu odniesienia na wolnej powierzchni rtęci, u góry rurki. Stamtąd, aż dotrzesz na powierzchnię rtęci w pojemniku H, Wysokość kolumny.

Rysunek 2. Barometr Torricelli. Źródło: Ogólna fizyka dla inżynierów. J. Położyć. Usach.

Ciśnienie w punkcie oznaczonym czerwonym, na głębokości i₁ Jest:

P₁ = P_albo + ρ_Hg . G.I₁

Gdzie ρ_Hg  Jest to gęstość rtęci. Od I₁ = H I PO = 0:

P₁ = ρ_Hg . G.H

H = p₁/ ρ_Hg.G

Ponieważ gęstość rtęci jest stała, a także grawitacja, okazuje się, że wysokość kolumny rtęci jest proporcjonalna do P_1, Co to jest ciśnienie atmosferyczne. Zastąpienie znanych wartości:

Może ci służyć: jaka jest podzielność w fizyce?

H = 760 mm = 760 x 10 ^-3 M

G = 9.8 m/s²

ρ_Hg = 13.6 g /cc = 13.6 x 10 ³ kg/m³

P₁ = 13.6 x 10 ³ kg/m³ x 9.8 m/s² x 760 x 10 ^-3 M = 101.293 N/m²= 101.3 kN/m²

Jednostką do presji w systemie międzynarodowym jest Pascal, skrócony PA. Według eksperymentu Torricelli ciśnienie atmosferyczne wynosi 101.3 kPa.

Znaczenie presji atmosferycznej dla klimatu

Torricelli zauważył, że poziom rtęci w rurce odczuwa niewielkie zmiany każdego dnia, więc wywnioskował, że ciśnienie atmosferyczne również powinno się zmienić.

Ciśnienie atmosferyczne jest odpowiedzialne za dużą część pogody, jednak jego dzienne odmiany pozostają niezauważone. Jest tak, ponieważ na przykład nie są tak godne uwagi jak burze lub zimno.

Jednak te zmiany ciśnienia atmosferycznego są odpowiedzialne za wiatry, które z kolei wpływają na deszcze, temperaturę i wilgotność względną. Kiedy ziemia się nagrzewa, powietrze rozszerza się i ma tendencję do wzrostu, powodując zmniejszenie ciśnienia.

Ilekroć barometr wskazuje wysokie ciśnienia, możesz spodziewać się dobrej pogody, podczas gdy przy niskim ciśnieniu istnieje szansa na burze. Jednak, aby dokonać podstawowych prognoz klimatycznych, konieczne jest posiadanie więcej informacji o innych czynnikach.

On Torr i inne jednostki na presję

Chociaż brzmi to dziwnie, ponieważ ciśnienie jest zdefiniowane jako siła na jednostkę obszaru, w meteorologii ważne jest wyrażanie ciśnienia atmosferycznego w milimetrach rtęci, jak ustalił go Torricelli.

Dzieje się tak, ponieważ barometr rtęci jest nadal używany z kilkoma wariantami od tego czasu, tak że na cześć Torricelli, 760 mm Hg jest równy 1 Torror. Innymi słowy:

1 Torr = 760 mm Hg = 30 cali Hg = 1 atmosfera ciśnienia = 101.3 kPa

Gdyby Torricelli użył wody zamiast rtęci, wysokość kolumny wynosiłaby 10.3 m. Barometr rtęci jest bardziej praktyczny dla bardziej zwarty.

Może ci służyć: teoria Wielkiego Wybuchu: cechy, etapy, dowody, problemy

Inne jednostki przedłużonego użycia to słupki i milibardy. Millibar jest równoważny hektopaskalowi lub 10² Pascales.

Altimeters

Wysokościomierz jest instrumentem wskazującym wysokość miejsca, porównując ciśnienie atmosferyczne na tej wysokości, z jaką jest na ziemi lub inne miejsce odniesienia.

Jeśli wysokość nie jest bardzo duża, zasadniczo możemy założyć, że gęstość powietrza pozostaje stała. Ale jest to podejście, ponieważ wiemy, że gęstość atmosfery zmniejsza się wraz z wysokością.

Poprzez zastosowane powyżej równanie stosuje się gęstość powietrza zamiast rtęci:

P₁ = P_albo + ρ_powietrze . G.H

W tym wyrażeniu P_albo Jest traktowany jako ciśnienie atmosferyczne na poziomie gleby i P1 Jest to miejsce, którego wysokość zostanie ustalona:

H = (P₁ - P_albo) / ρ_powietrze . G

Zmienność ciśnienia z wysokością jest lepszym podejściem do rzeczywistości z modelem wykładniczym równanie altimetryczne, To wiąże ciśnienie atmosferyczne miejsca o jego wysokości:Gdzie P_albo Jest to presja odniesienia, zwykle na poziomie morza, P₁ to presja przedmiotowego miejsca, H jego wysokość w odniesieniu do poziomu morza, ρ gęstość powietrza na poziomie morza i G Wartość grawitacji.

Równanie altimetryczne pokazuje, że ciśnienie maleje wykładniczo z wysokością: do H = 0, p₁= P_albo i jeśli H → ∞, Więc P₁=0.

Bibliografia

1. Figueroa, zm. 2005. Seria: Fizyka nauk i inżynierii. Tom 5. Płyny i termodynamika. Pod redakcją Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fizyka: spojrzenie na świat. 6. skrócone wydanie. Cengage Learning.
3. Lay, J. 2004. Ogólna fizyka dla inżynierów. Usach.
4. Mott, r. 2006. Mechanika płynów. 4. Wydanie. Edukacja Pearsona. 
5. Dziwne, ja. 2003. Mierzenie naturalnego środowiska. 2. Wydanie. Cambridge University Press.