Меню

На каждые 10 м высоты давление стандартной атмосферы изменяется на

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:  Формула силы давления жидкости на стенки сосуда

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

Зависимость давления воздуха от высоты

Многие люди, особенно альпинисты, пастухи на горных пастбищах, знают, что с увеличением высоты уменьшается давление воздуха. Становится трудно дышать, невозможно сварить горячую пищу, чай. Естественно, появляется вопрос: почему давление воздуха уменьшается с высотой? Рассмотрим решение этого вопроса.

Что такое воздух? Воздух — это бесцветная смесь различных газов, составляющих атмосферу нашей планеты. Основными газами, из которых состоит воздух, являются азот (78 %), кислород (21 %), аргон (0,9 %), углекислый газ (0,03 %) и другие. С точки зрения физики поведение воздуха при существующих условиях на Земле подчиняется законам идеального газа. Согласно этой модели молекулы и атомы газа не взаимодействуют друг с другом, расстояния между ними огромные по сравнению с их размерами, а скорости движения при комнатной температуре по расчетам по молекулярно-кинетической теории газов составляют порядка 460 м/с.

Что такое «давление» с физической точки зрения.

Под давлением воздуха понимают силу, с которой воздушный столб давит на поверхность. В физике она измеряется в паскалях (Па). 1 Па означает, что сила в 1 ньютон (Н) перпендикулярно приложена к поверхности площадью 1 м2. Поэтому давление 1 Па — это очень маленькое давление. На уровне моря давление воздуха составляет примерно 0,1 МПа (точнее -101 325 Па), что соответствует давлению 1 атмосфера. Это значит, что на площадку 1 см2 воздух давит с силой 1 кгс, а на площадку 1 м2 – 100 х 100 =10’000 кгс = 10 тонно-силы (или 100 кН)! Это очень много, но человек ее не ощущает, так как внутри него каждая клетка создает аналогичное противодавление. Последний факт говорит о том, что давление атмосферы с разных сторон на человека взаимно компенсируется.

Кстати, если внезапно возле человека убрать давление воздуха, то он взорвется! По настоящему. По этой причине водолазы с большой глубины должны подниматься достаточно медленно, чтобы жидки составляющие организма (например, кровь) не вскипели.

Зависимость давления от высоты

Атмосферу около нашей планеты существует за счет земной гравитации. Эти же силы являются виновниками падения давления воздуха с увеличением высоты. Но не только земное притяжение приводит к уменьшению давления. Снижение температуры тоже вносит свой вклад. Основная причина, по которой изменяется давление с высотой, заключается в том, что на каждый последующий слой воздуха давит меньшее количество воздуха. На поверхности Земли давлению в 1 атм. Соответствует тот факт, что весь столб воздуха площадью в 1 см2 от поверхности Земли и до далекого космоса весит 1 кг. Для расчета изменения давления воздуха с высотой можно использовать гидростатическую формулу зависимости давления от глубины (высоты). Изменение этого давления можно определить по формуле

где: dP — величина изменения давления при изменении высоты на dh,
ρ — плотность воздуха,
g — ускорение свободного падения.

Из уравнения состояния идеального газа можно получить, что

где m — масса 1 молекулы,
T — его температура,
k — постоянная Больцмана.

Объединяя две приведенные выше формулы и решая полученное уравнение относительно давления и высоты, можно получить следующую формулу:

где Ph и P₀ — давление на высоте h и на высоте уровня моря, соответственно,
P₀ = 101 325 Па,
g = 9,8 м/с² ,
k = 1,38*10^-23 Дж/К,
m = 4,817*10^-26 кг (с учетом молярной массы воздуха 29 г/моль),
^ — знак возведения в степень.

Подставляя известные значения в (3):

m * g / k =4,817*10^-26 кг*9,8 м/с² / 1,38*10^-23 Дж/К = 34,2 *10^-3 = 0,0342,

ее можно переписать в окончательном виде:

Ph = P₀ *e-m*g*h/(k*T) → 101 325 * e^-0,0342*h/T (4)

Полученное выражение может использоваться для расчетов зависимости атмосферного давления от высоты и температуры (постоянной на любой высоте) называется барометрической формулой. Для примера рассчитаем давление воздуха на вершине горы Джомолунгма (или – Эверест) в Китае на Гималайских горах на высоте 8848 м.

Для решения задачи воспользуемся формулой (4) зависимости давления от высоты. Для расчетов примем следующие значения неизвестных параметров:

T = 293 K (20 ℃),
h = 8848 м,

Подставляя эти числа в (4), получаем:

Ph = 101 325 *e^-0,0342*8848/293 = 101 325 *e^-1,0327 = 36076 Па, (5)

Это значение почти в три раза меньше, чем на уровне поверхности моря.

Если хотите узнать, что обозначает слово или словосочетание, в ОПЕРЕ выделите это слово(сочетание), нажмите правую клавишу мыши и выберите «Искать в . «, далее — «Yandex». Если это текстовая ссылка – выделите ее, нажмите правую клавишу мыши, выберите «перейти …». Все! О-ля-ля!

Если вам понравилась статья, то поставьте «лайк» и подпишитесь на канал! Если не понравилась – все равно комментируйте и подписывайтесь. Этим вы поможете каналу. И делитесь ссылками в ваших соцсетях!

Источник

Adblock
detector