Wartość normalna ciśnienia atmosferycznego, jak jest mierzone, przykłady

ciśnienie atmosferyczne Jest to spowodowane ciężarem gazów tworzących atmosferę na powierzchni Ziemi. Szacuje się, że masa atmosfery wynosi około 5 x 10¹⁸ kg i wszystkie żywe istoty podlegają presji wywieranej przez masę.

Pierwszym, który ją zmierzył, był włoski ewangelizator Torricelli (1608-1647). Przeprowadził w 1644 r. Prosty, ale bardzo pomysłowy eksperyment: całkowicie wypełnił szklaną rurkę zamkniętą jednym końcem rtęcią, zainwestował ją i przewrócił w pojemniku, który również zawierał rtęć.

Rysunek 1. Barometr aneroidowy do pomiaru ciśnienia atmosferycznego, w przeciwieństwie do barometru rtęci, nie zawiera cieczy. Źródło: Wikimedia Commons.

Torricelli zauważył, że rurka nie została całkowicie opróżniona, ale była pełna z rtęcią do wysokości 76 cm. Zaskoczony, wykonał wiele testów z rurkami w inny sposób, zawsze uzyskując ten sam wynik.

W ten sposób Torricelli zdał sobie sprawę, że ciśnienie atmosferyczne podniesiło i utrzymało kolumnę rtęci wewnątrz rurki na wysokości 760 mm. W ten sposób ustalono średnią wartość ciśnienia atmosferycznego.

Ponieważ ciśnienie jest zdefiniowane jako siła na jednostkę powierzchni, jednostki ciśnienia atmosferycznego w systemie międzynarodowym to Newton/Metro lub Pascal, który jest skrócony PA. Tak więc w tym systemie ciśnienie atmosferyczne p_bankomat Ma wartość:

P_bankomat = 101.354,8 Pa

Jest to normalna wartość ciśnienia atmosferycznego w 0 ° C i na poziomie morza.

[TOC]

Ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza i inne odmiany

Teoretycznie maksymalna wartość ciśnienia atmosferycznego jest tylko na poziomie morza. Chociaż na tym poziomie jest tak duża zmienność, eksperci muszą ustawić jakiś system referencyjny, który pomaga im określić ich wartość.

Następnie główne czynniki wpływające na wartość ciśnienia atmosferycznego w określonym miejscu na Ziemi:

-Wysokość: Na każde 10 metrów wysokość ciśnienie zmniejsza się o 1 mm Hg. Ale zdarza się również, że gęstość gazu komponującego się w atmosferze nie jest stała. Zasadniczo, wraz ze wzrostem wysokości, gęstość powietrza maleje.

Rysunek 2. Altimeter, przyrząd, który mierzy wysokość na poziomie morza w oparciu o zmiany ciśnienia. Źródło: Pixabay.

-Temperatura: Oczywiście w wyższej temperaturze gęstość maleje, a powietrze waży mniej, dlatego wartość ciśnienia maleje.

-Szerokość: Ciśnienie atmosferyczne jest niższe na szerokościach równikowych, ponieważ Ziemia nie jest idealną kulą. Wybrzeże na poziomie Ekwadoru znajduje się dalej od środka ziemi niż bieguny, a tam gęstość powietrza jest również niższa.

Może ci służyć: Mleczna droga: pochodzenie, cechy, części, komponenty

-Kontynuacja: Im bardziej przesuwa się do wnętrza kontynentów, tym większe ciśnienie atmosferyczne, podczas gdy w miejscach przybrzeżnych ciśnienie jest niższe.

Zmienność ciśnienia atmosferycznego z wysokością

równanie altimetryczne To dotyczy ciśnienia atmosferycznego P miejsca o wysokości z Na poziomie morza ma tę formę:

Tutaj P_albo Jest to ciśnienie istniejące na początkowej lub odniesienia, która jest zwykle przyjmowana na poziomie morza, ρ_albo Gęstość powietrza na poziomie morza i G Wartość przyspieszenia grawitacji. Później odliczenie krok po kroku jest w sekcji ćwiczeń.

Jak mierzy się ciśnienie atmosferyczne?

Ciśnienie atmosferyczne mierzy się za pomocą barometr. Najprostszy jest jak zbudowany Torricelli, oparty na rtęci. Nachylenie lub średnica rurki nie zmienia wysokości kolumny rtęci, chyba że czynniki pogodowe są za to odpowiedzialne.

Na przykład chmury powstają w obszarach niskiego ciśnienia. Więc kiedy odczyt barometru maleje, wskazuje, że nadchodzi zła pogoda.

W rzeczywistości zamiast rtęci można również zastosować inne ciecze, na przykład można wykonać barometr wodny. Problem polega na tym, że rozmiar kolumny wynosi 10,33 m, bardzo niewiele praktyczne do przetransportowania.

Istnieją również instrumenty, które mierzą ciśnienie w sposób mechaniczny -odkształcenia w rurkach lub spiralach -: barometry aneroidowe i manometry. Mogą mierzyć różnicę ciśnienia między dwoma punktami lub również mierzyć ciśnienie przyjmujące ciśnienie atmosferyczne jako odniesienie.

Jednostki ciśnieniowe

Normalna wartość ciśnienia służy do zdefiniowania nowej jednostki ciśnienia: atmosfera, skrócona bankomat. Presja atmosferyczna jest warta 1 atm; W ten sposób można wyrazić inne ciśnienia w kategoriach ciśnienia atmosferycznego, co jest bardzo znaną wartością dla wszystkich:

1 atm = 101.293 Pa

Poniższa tabela pokazuje najczęściej używane jednostki w nauce i inżynierii do pomiaru ciśnienia oraz odpowiadająca równoważność w Pascal:

Jednostka	Równoważność w Pascal
N/m2	1
bankomat	101.355
mm hg	133.3
LB/PLG2	6894.76
bar	1x 105

Ciśnienie hydrostatyczne, absolutne i manometryczne

Na wolnej powierzchni cieczy w równowadze statycznej i otwarte na atmosferę, ciśnienie atmosferyczne działa. Ale w wewnętrznych punktach cieczy masa kolumny płynów działa oczywiście.

Może ci służyć: cykl OTTO: fazy, wydajność, aplikacje, rozwiązywane ćwiczenia

Waga kolumny zależy od jej wysokości i gęstości cieczy, co będziemy oznaczać stałą, a także od temperatury. W takim przypadku ciśnienie P wynosi:

P = ρ. G. z

To jest Ciśnienie hydrostatyczne w dowolnym momencie w płynie o stałej gęstości i jest wprost proporcjonalny do głębokości z płynu.

Odnosić się do presja bezwzględna P_Abs W płynie spoczynkowym jest on definiowany jako suma ciśnienia atmosferycznego P_bankomat i ciśnienie hydrostatyczne P:

P_Abs = P_bankomat + P

Wreszcie ciśnienie manometryczne P_Człowiek W płynie spoczynkowym jest różnica między ciśnieniem bezwzględnym i atmosferycznym, aw takim przypadku jest równoważne z pomiarem ciśnienia hydrostatycznego:

P_Człowiek = P_Abs - P_bankomat

Przykłady

Siła, którą atmosfera wywiera na ciało

Wielkość całkowitej siły wywieranej przez atmosferę można oszacować na ludzkim ciele. Załóżmy, że ciało ma około powierzchni 2 m², Ponieważ ciśnienie jest zdefiniowane jako siła na jednostkę powierzchni, możemy wyczyścić i obliczyć siłę:

P = f/a → f = p. DO

Do tych obliczeń wykorzystamy normalną wartość ciśnienia atmosferycznego ustalonego na początku:

F = 101.354,8 Pa x 2 m² = 202.710 n

Wynik ten jest równoważny z około 20 tonami siły, ale nie stanowi problemu dla żywych istot, które zamieszkują powierzchnię ziemi, które są do tego przystosowane, podobnie jak ryba w morzu.

Chociaż jest to dość duża siła. Jak nie upadniemy przed nią?

Cóż, ciśnienie wewnątrz ciała jest równe ciśnieniu zewnętrznym. Nie upadamy, ponieważ siła do wewnątrz równoważy z inną siłą. Ale niektórzy ludzie są dotknięci wysokością i mogą krwawić nos, gdy wspinają się na bardzo wysokie góry. Wynika to z faktu, że równowaga między ciśnieniem krwi a ciśnieniem atmosferycznym została zmieniona.

SIP Drinks z słomką lub słomką

Ciśnienie atmosferyczne umożliwia picie sody ze słomy lub pitillo. Sumeryjczycy i inne starożytne kultury odkryli, że mogą pić piwo za pomocą łodyg lub trzciny roślin jako sorbetów.

Znacznie później, pod koniec XIX wieku i na początku XX wieku, w Stanach Zjednoczonych opatentowano różne modele słomy, w tym te, które niosą łokieć w kształcie akordu, powszechnie używane dzisiaj.

Rysunek 3. Ciśnienie atmosferyczne pozwala na Sipilla lub słomę. Źródło: Pixabay.

Działają w ten sposób: gdy ciecz jest wchłaniana przez słomę, ciśnienie jest zmniejszone powyżej cieczy, co powoduje, że ciśnienie poniżej, co jest większe, napędza płyn, aby łatwo go wypić.

Może ci służyć: jaka jest równowaga cząstki? (Z przykładami)

Z tego powodu, po wydobyciu lub operacji dentystycznej, nie zaleca się popijania płynów w ten sposób, ponieważ spadek ciśnienia może otworzyć ranę i zacząć krwawić.

Ćwiczenia

- Ćwiczenie 1

Wydedukuj równanie altimetryczne P (z):

Gdzie:

-PO to presja na poziomie odniesienia (poziom morza)

-Z to wysokość

-ρ_albo Jest to gęstość płynu na poziomie morza

-G jest wartością przyspieszenia grawitacji

Rozwiązanie

Po pierwsze, niech Dp Ciśnienie różnicowe, które zgodnie z podstawowym równaniem hydrostatycznym wyraża się jako:

Dp = - ρ.G.Dz

Mniejszy znak bierze pod uwagę fakt, że ciśnienie maleje wraz ze wzrostem z. Zakłada się również, że powietrze jest gazem idealnym, więc ciśnienie i gęstość są powiązane:

P = ρ.R.T/m

ρ = (m/rt).P

Gęstość jest natychmiast zastępowana, aby uzyskać:

Dp = - (m/rt).P.G.Dz

Teraz pisanie presji w ten sposób zakłada, że ​​atmosfera jest podzielona na warstwy wysokości Dz, Coś w rodzaju stosu naleśników, każdy z presją Dp. W ten sposób uzyskuje się równanie różniczkowe, które jest rozwiązywane przez oddzielenie zmiennych P I z:

DP/P = -(M/rt).G.Dz

Następnie jest zintegrowany po obu stronach, co jest równoważne dodawaniu wkładu ciśnienia dokonanego przez każdą warstwę. W całce lewicy odbywa się to z ciśnienia P_albo Początkowe, aż do presji P finał. W ten sam sposób, w całce po prawej stronie z_albo dopóki z:

Po ocenie całki pozostaje:

LN (P/P_albo) = - (m/rt).G.(Z-Z_albo)

Poniżej wyczyści P przez wykładniczy:

Wreszcie tyle T Jak G Pozostają stałe, ρ_albo= (M/rt)P_albo, Następnie m/rt = ρ_albo / P_albo,  I można to również zrobić z_albo = 0. Zbieranie tego wszystkiego:

- Ćwiczenie 2

Jaka jest wartość ciśnienia atmosferycznego w La Paz, Boliwia położona na poziomie 3640 m nad poziomem morza? Weź wartość 1 225 kg/m jako średnią gęstość powietrza³ Na poziomie morza.

Rozwiązanie

Wartości numeryczne podane w równaniu altimetrycznym są po prostu zastąpione:

Podsumowując, wynika to z około 66% normalnego ciśnienia.

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. Standardowa atmosfera. Odzyskane z: av8n.com
4. Uniwersytet Sevilla.  Zmienność ciśnienia atmosferycznego. Odzyskany z: Laplace.nas.Jest.
5. Wikipedia. Równanie hipometryczne. Odzyskane z: jest.Wikipedia.org.
6. Wikipedia. Ciśnienie atmosferyczne. Odzyskane z: jest.Wikipedia.org.