Ilmakehän paineen normaali arvo, miten se mitataan, esimerkkejä

Se ilmakehän paine Se johtuu niiden kaasujen painosta, jotka muodostavat ilmakehän maan pinnalla. Arvioidaan, että ilmakehän massa on noin 5 x 10¹⁸ Kg ja kaikki elävät olennot ovat paineen alaisia.

Ensimmäinen mitattu häntä oli italialainen evankelista tutkija Torricelli (1608-1647). Hän suoritti vuonna 1644 yksinkertaisen, mutta erittäin nerokkaan kokeilun: hän täytti kokonaan yhden pään suljetun lasiputken elohopealla, sijoitti sen ja kumosi sen säiliön sisälle, joka sisälsi myös elohopeaa.

Kuvio 1. Aneroidi barometri ilmakehän paineen mittaamiseksi, toisin kuin elohopeabarometri, se ei sisällä nestettä. Lähde: Wikimedia Commons.

Torricelli havaitsi, että putkea ei tyhjennetty kokonaan, mutta se oli täynnä elohopeaa 76 cm: n korkeuteen. Yllättyneenä hän teki monia testejä putkien kanssa eri tavalla, saaden aina saman tuloksen.

Tällä tavoin Torricelli tajusi, että ilmakehän paine nostettiin ja ylläpitää elohopeapylvästä putken sisällä 760 mm korkeudessa. Tällä tavalla ilmakehän paineen keskiarvo on määritetty.

Koska paine on määritelty voimana alueyksikköä kohti, ilmakehän paineen yksiköt kansainvälisessä järjestelmässä ovat Newton/Metro tai Pascal, joka on lyhennetty PA. Joten tässä järjestelmässä ilmakehän paine P_{Pankkiautomaatti} Sen arvo on:

P_{Pankkiautomaatti} = 101.354,8 PA

Tämä on ilmakehän paineen normaali arvo 0 ºC: ssa ja merenpinnan tasolla.

[TOC]

Ilmakehän paine merenpinnassa ja muissa muunnelmissa

Teoriassa ilmakehän paineen maksimiarvo on juuri merenpinnan tasolla. Vaikka tällä tasolla on niin paljon vaihtelua, asiantuntijoiden on asetettava jokin referenssijärjestelmä, joka auttaa heitä määrittämään heidän arvonsa.

Seuraavaksi tärkeimmät tekijät, jotka vaikuttavat ilmakehän paineen arvoon tietyssä paikassa maan päällä:

-Korkeus: Jokaisen 10 metrin korkeuden kohdalla paine laskee 1 mm Hg. Mutta tapahtuu myös, että ilmakehän muodostavan kaasun tiheys ei ole vakio. Periaatteessa korkeuden kasvaessa ilman tiheys vähenee.

Kuva 2. Korkeusmittari, instrumentti, joka mittaa korkeuden merenpinnan yläpuolella paineenmuutosten perusteella. Lähde: Pixabay.

-Lämpötila: Ilmeisesti korkeassa lämpötilassa tiheys vähenee ja ilma painaa vähemmän, paineaarvo laskee.

-Leveysaste: Ilmakehän paine on alhaisempi päiväntasaajan leveysasteilla, koska maa ei ole täydellinen pallo. Ecuadorin tasolla oleva rannikko on kauempana maan keskustasta kuin pylväät ja siellä myös ilman tiheys on alhaisempi.

Voi palvella sinua: Linnunrauta: alkuperä, ominaisuudet, osat, komponentit

-Mannerisuus: Mitä enemmän se siirtyy mantereiden sisätiloihin, sitä suurempi ilmakehän paine, kun taas rannikkopaikoissa paine on alhaisempi.

Ilmakehän paineen vaihtelu korkeuden kanssa

Se korkeusyhtälö joka liittyy ilmakehän paineeseen P paikasta, jolla on korkeus z -z Merenpinnalla sillä on tämä muoto:

Tässä P_jompikumpi Se on alkuperäisen tai referenssikorkeuden paine, joka yleensä otetaan merenpinnan tasolla, ρ_jompikumpi Ilman tiheys merenpinnassa ja g Painon kiihtyvyyden arvo. Myöhemmin askel askeleelta vähennys on harjoitusosassa askel askeleelta.

Kuinka ilmakehän paine mitataan?

Ilmakehän paine mitataan barometri. Yksinkertaisin on kuin Torricelli, joka perustuu elohopeaan. Putken kaltevuus tai halkaisija ei muuta elohopeapylvään korkeutta, paitsi jos säätekijät ovat vastuussa siitä.

Esimerkiksi pilvet muodostetaan matalapaineisiin alueille. Joten kun barometrin lukeminen vähenee, se on merkki siitä, että huono sää on tulossa.

Oikeastaan ​​muita nesteitä voitaisiin käyttää myös elohopean sijasta, esimerkiksi vesibarometri voidaan tehdä. Ongelmana on, että sarakkeen koko on 10,33 m, hyvin vähän käytännöllistä kuljetettavaa.

On myös instrumentteja, jotka mittaavat painetta mekaanisella tavalla -putkien tai spiraalien muodonmuutokset -: aneroidi barometrit ja painemittarit. Ne voivat mitata kahden pisteen välisen paine -eron tai myös mitata paineen ottaen ilmakehän paineen referenssinä.

Paineyksiköt

Normaalin painearvon on määritettävä uusi paineyksikkö: ilmapiiri, lyhennetty Pankkiautomaatti. Ilmakehän paine on 1 atm; Tällä tavoin muut paineet voidaan ilmaista ilmakehän paineen perusteella, mikä on kaikille erittäin tuttu arvo:

1 ATM = 101.293 PA

Seuraava taulukko näyttää tieteen ja tekniikan eniten käytettyjä yksiköitä paineen mittaamiseksi ja vastaavan vastaavuuden Pascalissa:

Yksikkö	Ekvivalenssi Pascalissa
N/m2	1
Pankkiautomaatti	101.355
mm Hg	133.3
Lb/plg2	6894,76
baari	1x 105

Hydrostaattinen, absoluuttinen ja manometrinen paine

Nesteen vapaasti staattisen tasapainon ja ilmakehän avoimessa pinnassa ilmakehän paine toimii. Mutta nesteen sisäpisteissä nestepylvään paino toimii tietysti.

Voi palvella sinua: Otto -sykli: vaiheet, suorituskyky, sovellukset, ratkaistut harjoitukset

Pylvään paino riippuu sen korkeudesta ja nesteen tiheydestä, jota tarkoitamme vakiona, samoin kuin lämpötilasta. Tässä tapauksessa paine P on:

P = ρ. g. z -z

Tämä on Hydrostaattinen paine Missä tahansa vaiheessa nesteen sisällä, jolla on vakiotiheys ja on suoraan verrannollinen syvyyteen z -z neste.

Viitata jhk absoluuttinen paine P_{Abs -abs} Lepo -nesteessä se määritellään ilmakehän paineen P summana_{Pankkiautomaatti} ja hydrostaattinen paine p:

P_{Abs -abs} = P_{Pankkiautomaatti} + P

Lopuksi manometrinen paine P_mies Lepotilassa on ero absoluuttisen ja ilmakehän paineen välillä ja siinä tapauksessa se vastaa hydrostaattisen paineen mittaamista:

P_mies = P_{Abs -abs} - P_{Pankkiautomaatti}

Esimerkit

Ilmakehän vartaloon kohdistuva voima

Ilmakehän kohdistaman kokonaisvoiman suuruus voidaan arvioida ihmiskeholle. Oletetaan, että rungon pinta on noin 2 m², Koska paine määritellään voimana pinta -alayksikköä kohti, voimme tyhjentää ja laskea voiman:

P = f/a → f = p. -Lla

Tätä laskelmaa varten käytämme alussa määritetyn ilmakehän paineen normaaliarvoa:

F = 101.354,8 Pa x 2 m² = 202.710 n

Tämä tulos vastaa noin 20 tonnia voimaa, mutta se ei edusta ongelmaa eläville olentoille, jotka asuvat maan pinnalla, jotka on sopeutettu tähän, aivan kuten kalat meressä.

Vaikka se on melko suuri voima. Kuinka emme romahta hänen edessään?

No, kehon sisällä oleva paine on yhtä suuri kuin ulkoinen paine. Emme romahtaa, koska voima sisäänpäin tasapainottaa toisen voiman ulos. Mutta korkeus vaikuttaa joihinkin ihmisiin, ja nenä voi vuotaa, kun he kiipeävät erittäin korkeille vuorille. Se johtuu siitä, että verenpaineen ja ilmakehän paineen tasapaino on muutettu.

Sip juomat oljella tai oljella

Ilmakehän paine mahdollistaa soodan juomisen oljella tai pillillä. Sumerit ja muut muinaiset kulttuurit olivat huomanneet, että he voisivat juoda olutta käyttämällä kasvien varret tai ruokoja sorbetteina.

Paljon myöhemmin, 1800 -luvun lopulla ja 1900 -luvun alussa, Yhdysvalloissa patentoitiin erilaisia ​​olkimalleja, mukaan lukien ne, joilla on sointukuorinen kyynärpää, jota käytetään nykyään laajasti.

Kuva 3. Ilmakehän paine mahdollistaa sipillan tai oljen. Lähde: Pixabay.

Ne toimivat tällä tavalla: Koska olki absorboi nesteen, paine pienenee siinä olevan nesteen yläpuolelle ja tämä tekee alla olevan paineessa, mikä on suurempi, ajaa nestettä juomaan sitä helposti.

Se voi palvella sinua: mikä on hiukkasen tasapaino? (Esimerkkejä)

Tästä syystä uuttamisen tai hammasleikkauksen jälkeen ei ole suositeltavaa siemailla nesteitä tällä tavalla, koska paineen väheneminen voi tehdä haavan auki ja alkaa vuotaa.

Harjoitukset

- Harjoitus 1

Päätellä korkeusyhtälö P (z)-

Missä:

-PO on paine referenssitasolla (merenpinta)

-Z on korkeus

-ρ_jompikumpi Se on nesteen tiheys merenpinnassa

-G on painovoiman kiihtyvyyden arvo

Ratkaisu

Ensinnäkin, olkoon se DP Eropaine, joka hydrostaattisen perusyhtälön mukaan ilmaistaan ​​seuraavasti:

Dp = - ρ.g.Dz

Vähemmän merkki ottaa huomioon tosiasian, että paine laskee lisääntyessä z -z. Oletetaan myös, että ilma on ihanteellinen kaasu, joten paine ja tiheys liittyvät:

P = ρ.R -.T/m

ρ = (m/rt).p

Tiheys korvataan välittömästi:

Dp = - (m/rt).p.g.Dz

Nyt paineen kirjoittaminen tällä tavalla olettaa, että ilmakehän on jaettu korkeuskerroksiin Dz, Jotain kasa pannukakkuja, jokaisella on paine DP. Tällä tavoin saadaan differentiaaliyhtälö, joka ratkaistaan ​​erottamalla muuttujat p ja z -z-

DP/P = -(M/RT).g.Dz

Sitten se on integroitu molemmille puolille, mikä vastaa kunkin kerroksen tekemien painekalvojen lisäämistä. Vasemman integraalissa se tehdään paineesta P_jompikumpi Ensinnäkin paine P lopullinen. Samoin oikealla olevassa integraalissa se arvioidaan z -z_jompikumpi siihen asti kun z -z-

Kun olen arvioinut integraalin, se on edelleen:

ln (P/P_jompikumpi) = - (m/rt).g.(Z-Z_jompikumpi-A

Seuraava on selvittää p eksponentiaalisesti:

Lopuksi niin paljon T kuten g Ne pysyvät vakiona, ρ_jompikumpi= (M/rt)P_jompikumpi, sitten m/rt = ρ_jompikumpi / P_jompikumpi,  Ja se voidaan myös tehdä z -z_jompikumpi = 0. Kaikki tämä:

- Harjoitus 2

Mikä on ilmakehän paineen arvo La Pazissa, Boliviassa, joka sijaitsee 3640 m merenpinnan yläpuolella? Ota arvo 1 225 kg/m keskimääräisenä ilman tiheytenä³ merenpinnassa.

Ratkaisu

Altimetrisessä yhtälössä annetut numeeriset arvot korvataan yksinkertaisesti:

Yhteenvetona voidaan todeta, että se johtuu noin 66%: sta normaalista paineesta.

Viitteet

1. Figueroa, D. (2005). Sarja: Tieteen ja tekniikan fysiikka. Nide 5. Nesteet ja termodynamiikka. Toimittanut Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fysiikka: Katsaus maailmaan. Kuudes lyhennetty painos. Cengage -oppiminen.
3. Tavallinen ilmapiiri. Palautettu: AV8N.com
4. Sevillan yliopisto.  Ilmakehän paineen vaihtelu. Toipunut: Laplace.meille.On.
5. Wikipedia. Hipsometrinen yhtälö. Palautettu: on.Wikipedia.org.
6. Wikipedia. Ilmakehän paine. Palautettu: on.Wikipedia.org.