Меню

Атмосферное давление на поверхности земли в атмосферах

Сила атмосферного давления

Общие сведения

Воздух имеет массу. Хоть она и в множество раз меньше массы Земли, но она есть. Вся масса атмосферы составляет 5,2 × 10 21 г., а 1 м 3 на поверхности земли весит 1033 кг. Масса атмосферы давит на все объекты которые расположены на Земле. Силу, с которой атмосфера давит на поверхности Земли называют атмосферным давлением. На каждого человека давит столб воздуха примерно в 15т. Если бы мы не имели внутреннего давления равного внешнему, нас бы раздавило сразу же. Все живые организмы эволюционировали в таких атмосферных условиях. Мы привыкли к такому давлению и не сможем существовать при значительно другом давлении.

Прибор измерения давления

В наше время атмосферное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба (мм.рт.ст.). Для такого определения используется специальное устройство — Барометр. Они бывают :

  • жидкостный — имеет стеклянную трубку размером не менее 80 см в длину. Трубка заполнена ртутью и опущена в чашу с ртутью
  • гипсотермометр — прибор для измерения высоты над уровнем моря на основе зависимости точки кипения воды от атмосферного давления
  • газовый — давление измеряется по величине объема постоянного количества газа, изолированного от внешнего воздуха подвижным столбиком жидкости
  • барометр-анероид — имеет металлическую коробку с эластичными стенками, где удален воздух. При изменении атмосферного давления стенки коробки изменяются

Нормальное атмосферное давление

Нормальным атмосферным давлением считают условия давления воздуха при температуре 0°С над уровнем моря на широте 45°. В таких условиях воздух давит на каждый 1 см 2 поверхности Земли с силой 1,033 кг. При этом ртутный столбик показывает 760 мм.рт.ст.

Опыт Торричелли

Впервые цифра 760 мм была получена учениками Галилео галилея в 1644г., а именно Винченцо Вивиани (1622 — 1703) и Эванджелистом Торричелли (1608 — 1647). Первый ртутный барометр был создан Торричелли. Он запаял стеклянную трубку с одного конца, наполнил ее ртутью и опустил в чашку с ртутью. Уровень ртути в трубке понизился из-за выливании части ртути в чашку. Над столбиком ртути внутри трубы образовалась пустота, которая получила название Торричелливая пустота (рис.1). 760 мм.рт.ст. принято считать за одну атмосферу. 1 атм = 101325 ПА = 1,01325 Бар.

Рисунок — 1

Пониженное и повышенное атмосферное давление

На Земле давление воздуха в разных уголках Земли разное. Также оно изменяется из-за изменении температуры или ветров или высоты над уровнем моря. Чем выше находится массы воздуха от Земли, те он более разреженный. В тропосфере атмосферное давление понижается в среднем 1мм.рт.ст. на каждые 10,5 м подъема.

Также атмосферное давление в течении одних суток повышается дважды (вечером и утром) и понижается дважды (после полуночи и полудня). Распределения атмосферное давление имеет выраженный характер. В экваториальных широтах поверхность Земли сильно греется. Горячий воздух при нагревании расширяется и становится легче из-за чего он поднимается вверх. В итоге имеем то, что возле экватора в основном низкое давление. При быстром понижении атмосферного давления на определенной местности можно заметить туман.

У полюсов при низких температурах воздух опускается из-за своей тяжести. Общая схема распределения давление видна на рис.2. На рисунку видно линии, которые разделяют пояса разного давления. Чем Эти линии называют изобарами. Чем ближе эти линии друг к другу, тем быстрее может изменяются давление на расстоянии. Барический градиент — величина изменения атмосферного давление на единицу расстояния (100 км).

Читайте также:  Обжим шланга высокого давления в красноярске

Рисунок — 2

Таблица 1 — единицы давления

Паскаль (Па) Бар (бар) Техническая атмосфера (ат) Физическая атмосфера (атм) Миллиметр ртутного столба (мм.рт.ст) Метр водяного столба (м вод.ст.) Фунт-сила на кв. дюйм (psi)
1 Па 1 Н/м 2 10 -5 10,197 × 10 -6 7,5006 × 10 -3 1,0197 × 10 -4 145,04 × 10 -6
1 бар 10 5 1 × 10 6 дин/см 2 1,0197 0,98692 750,06 10,197 14504
1 ат 98066,5 0,980665 1 кгс/см 2 0,96784 735,56 10 14,223
1 атм 101325 1,01325 1,01325 1 атм 760 10,33 14,696
1 мм.рт.ст. 133,322 1,3332 × 10 -3 1,3595 × 10 -3 1,3158 × 10 -3 1 мм.рт.ст. 13,595 × 10 -3 19,337 × 10 -3
1 м вод.ст. 9806,65 9,80665 × 10 -2 0,1 0,096784 73,556 1 м вод.ст. 1,4223
1 psi 6894,76 68,948 × 10 -3 70,307 × 10 -3 68,046 × 10 -3 51,715 0,70307 1 lbf/in 2

Источник

Что такое атмосферное давление?

В целом, это вес воздуха над вами. Точнее, давление толщи воздуха на поверхность Земли.

Если вы, например, взлетите на самолете, то воздуха над вами станет меньше. Поэтому давление с высотой уменьшается.

На Земле давление меняется из-за того, что неравномерно прогрет воздух.

Атмосферное давление – это давление веса воздуха на какую-то точку. Если воздух становится легче, то и давление на эту точку меньше.

Чем теплее воздух, тем он более легкий. Поэтому чем теплее воздух, тем меньше атмосферное давление.

А если воздух становится холоднее – то и давление увеличивается.

Почему теплый воздух более легкий?

При нагревании скорость движения молекул увеличивается => молекулы разлетаются на большее расстояние друг от друга => плотность нагретого воздуха становится меньше. Так как вес напрямую зависит от плотности, то чем меньше плотность, тем меньше вес.

Как измеряют давление

Атмосферное давление измеряют с помощью барометра. Классический ртутный барометр сделан как стеклянная трубка высотой около одного метра. Один конец открыт, другой герметизирован. Труба заполнена ртутью и установлена вверх дном в контейнере.

Когда вес ртути меньше атмосферного давления – уровень ртути в трубке поднимается, что означает высокое давление.

Когда вес ртути превышает атмосферное, уровень ртути падает. Это низкое давление.

Более современный барометр – анероидный. Он напоминает компас или часы.

Внутри анероидного барометра установлен небольшой гибкий металлический полый ящик, из которого выкачан воздух. Из-за того, что внутри ящика вакуум, небольшие изменения внешнего давления воздуха заставляют его стенки расширяться или сжиматься.

Движение стенок этого ящика отражается на рычагах, которые, в свою очередь, перемещают иглу. Эта игла и отображает данные об изменении давления на циферблате барометра.

Барометры часто оснащены «запоминающей иглой». Вы сами устанавливаете ее на текущем показателе давления. При следующей проверке будет видно, что произошло с давлением.

Сегодня мы не будем разбирать, что такое миллибары или паскали, пока что достаточно будет запомнить:

Нормальное значение атмосферного давления на уровне моря – это 760 мм ртутного столба, или 1013 миллибар, или 1013 Гектопаскалей.

Прогноз погоды с помощью барометра

Если вы знаете показатели атмосферного давления, то можете прогнозировать погоду на ближайшие 12-24 часа. Если давление изменилось хотя бы на четверть Гектопаскаля, то уже следует ожидать перемен в погоде.

• Области высокого давления предвещают ясное небо и спокойную погоду.

Если на улице пасмурно, то резкий подъем давления говорит о том, что погода скоро станет солнечной.

• А вот в областях низкого давления лучше растут облака, чаще выпадают осадки.

Если на улице солнечная погода, а график давления показывает резкое падение, то будет дождь, либо густая облачность.

Быстрое падение давления (более 3 Гектопаскалей за 3 часа) означает, что следует ожидать шторма. Чем быстрее падает давление, тем скорее ухудшается погода.

Атмосферное давление и ветер

Воздушные массы всегда стремятся переместиться из областей с более высоким давлением в области с более низким. Это движение воздуха относительно земной поверхности мы и называем ветром.

Перепад давления — единственное, что придает воздуху ускорение. Чем быстрее меняется давление от места к месту, тем больше скорость ветра. Все другие силы, например, трение — только снижают скорость ветра и/или меняют его направление.

Если давление резко меняется, стоит ожидать усиление ветра.

Источник

Давление воздушной оболочки Земли: одна атмосфера в Паскалях

Все живые существа на Земле не замечают давления, которое оказывает на них грандиозная воздушная оболочка нашей планеты. Причина в том, что они с самого рождения привыкли к воздействию на них атмосферы, а организмы их приспособлены к нему биологически.

Меж тем подобное газообразное облако на самом деле имеет немалый вес. Оно удерживается силой тяжести планеты, благодаря чему не улетучивается в бескрайний космос, простираясь ввысь на тысячу километров. И это значит, что воздушная оболочка оказывает давление на все, находящееся на поверхности земного шара. Сколько же составляет одна атмосфера в Паскалях? Выразить давление воздуха в цифрах ученым удалось еще в XVII веке.

Атмосферное давление

В Регенсбурге в 1654 году Отто фон Герике продемонстрировал императору Фердинанду III и своим ученым собратьям зрелищный опыт. Немецкий физик взял два медных полых полушария, небольших по величине (в диаметре около 35,6 см). Затем плотно прижал их друг к другу, соединив кожаным кольцом, и откачал воздух изнутри посредством вставной трубки и насоса. После чего полушария невозможно было разъединить. Более того, это не смогли сделать шестнадцать лошадей, привязанных к железным кольцам с двух концов с каждой стороны образовавшейся сферы.

Этот эксперимент продемонстрировал миру действие на окружающие предметы давления. Именно эта сила настолько сдавила обе части сферы. А значит, величина ее воистину впечатляющая. Через два года замечательный опыт был повторен в Магдебурге. Там сферу пытались разорвать уже 24 лошади, но с тем же успехом. Указанные полушария, используемые во время эксперимента, вошли в историю под называнием магдебургских. Они до сих пор хранятся в немецком музее.

Одна атмосфера в Паскалях

Как рассчитать давление газообразной мантии планеты? Не было бы ничего проще, если бы с точностью оказались известны плотность воздуха и высота воздушной оболочки. Но в XVII веке ученые еще не могли знать подобные вещи. Однако прекрасно справились с указанной задачей. И это впервые сделал ученик Галилея — итальянец Торричелли.

Он взял метровой длины стеклянную трубку и наполнил ртутью, предварительно запаяв один из концов. А открытую часть опустил в сосуд с тем же веществом. При этом часть ртути из трубки устремилась вниз. Однако, вылилась не вся. А высота оставшегося столбика составила около 760 мм. Именно этот опыт позволил впоследствии легко рассчитать: сколько Паскалей в одной атмосфере. Это число примерно составляет 101 300 Па. Именно такова величина нормального атмосферного давления.

Объяснение опыта Торричелли

Давление атмосферы оказывает действие на все земные тела. Но оно незаметно, потому что уравновешивается действием воздуха, находящегося в самих предметах и живых организмах. Эксперимент с магдебургскими полушариями красноречиво показал, что бы происходило, если бы газ не имел свойства проникать практически везде. В образовавшейся сфере было искусственно создано безвоздушное пространство. Вследствие чего она и оказалась необыкновенно прочна и неразделима, сдавливаемая со всех сторон одной атмосферой, в Паскалях величина давления которой, как нам уже известно, весьма значительна.

Эти же законы заложены в основу действия насосов. В образовавшееся безвоздушное пространство устремляется жидкость. Она поднимается до тех самых пор пока существующие давление воздуха и вещества не уравновесят друг друга. А высота столбика зависит от плотности жидкости.

Зная это, Торричелли измерил давление, создаваемое одной атмосферой. В Паскали эту величину он перевести, конечно же, еще не мог. Это сделали позже. А потому он измерил ее в миллиметрах ртутного столба. Известно, что в подобных единицах атмосферное давление принято измерять и в наше время.

Как перевести атмосферы в Паскали

Француз Блез Паскаль (его портрет чуть выше), именем которого и названы единицы измерения давления, узнав об экспериментах Торричелли, повторил подобные опыты на разных высотах, используя, помимо ртути, воду и другие жидкости. И этим окончательно доказал наличие и действие атмосферного давления на земные тела и вещества, хотя сомневающихся в те времена было много.

Ниже показано, как давление в атмосферах перевести в Паскали и в другие единицы измерения.

Эта величина не постоянна и зависит от многих показателей. Прежде всего, от высоты над уровнем моря. Как доказал Паскаль, чем выше поднимаешься на вершину горы, тем давление становится меньше. Это легко объяснимо. Ведь глубина воздушной оболочки уменьшается, как и ее плотность. И уже на высоте примерно равной 5,5 км показатели давления вдвое снижаются. А если подняться на 11 км, то эта величина уменьшится в четыре раза.

Кроме того, атмосферное давление зависит от погоды. Потому-то этот показатель и считается значимым при ее прогнозах. К примеру, чем выше давление летом, тем больше вероятность того, что в этот день солнце порадует своими лучами и не будет осадков.

Источник

Adblock
detector