- A kísérlet
- A légköri nyomás mérése
- A Torricelli barométer
- A légköri nyomás fontossága az éghajlat szempontjából
- Ő
- magasságmérő
- Irodalom
A Torricelli-kísérletet Evangelista Torricelli fizikai és olasz matematikus végezte 1644-ben 1644-ben, és a légköri nyomás első mérését eredményezte.
Ez a kísérlet a város vízellátásának javításának szükségességéből származott. Evangelista Torricelli (1608-1647), aki II. Toszkána nagyhercegnek udvarmatematikusa volt, Galileóval együtt tanulmányozta a hidraulikus jelenségeket.
1. ábra: Torricelli kísérlete, amelyben a higanyoszlop 760 mm-rel megemelkedik a légköri nyomás miatt. Forrás: F. Zapata.
A kísérlet
1644-ben Torricelli a következő kísérletet hajtotta végre:
- Higanyt vezet be egy 1 m hosszú csőbe, az egyik végén nyitva, a másiknál pedig zárva.
- Amikor a cső teljesen megtelt, megfordította, és egy tartályba dobta, amely higanyt is tartalmaz.
- Torricelli megfigyelte, hogy az oszlop leereszkedett és kb. 76 cm magasan megállt.
- Azt is észrevette, hogy vákuum jött létre a szabad, de nem tökéletes térben.
Torricelli megismételte a kísérletet különböző csövek felhasználásával. Még egy apró variációt is végzett: vizet adott a vödörbe, amely könnyebb volt a higanyon. Ezután lassan felemelte a higanyt tartalmazó csövet a víz felszínéhez.
Aztán a higany leesett és a víz felmegy. A kapott vákuum, amint már említettük, nem volt tökéletes, mert mindig voltak higanygőz vagy víz maradványok.
A légköri nyomás mérése
A légkör olyan gázok keveréke, amelyekben nitrogén és oxigén túlsúlyban van, más gázok nyomaival, például argon, szén-dioxid, hidrogén, metán, szén-monoxid, vízgőz és ózon.
A Föld által kifejtett gravitációs vonzerő felelős az egész bolygó körül tartásáért.
Természetesen a kompozíció nem egyenletes, és a sűrűség sem, mivel a hőmérséklettől függ. A felület közelében jó mennyiségű por, homok és szennyező anyag található a természeti eseményekből és az emberi tevékenységből. A nehezebb molekulák közelebb vannak a talajhoz.
Mivel nagyon sokféle variáció van, ki kell választani a légköri nyomás referenciamagasságát, amelyet az egyszerűség kedvéért tengerszintnek tekintünk.
Itt nem csak a tengerszint felel meg, mert az ingadozásokat is mutat. A szintet vagy a nullapontot valamilyen geodéziai referenciarendszer segítségével választják meg, amelyet a szakértők közös megegyezéssel rögzítenek.
Mennyit ér a talajhoz közeli légköri nyomás? A Torricelli az oszlop magasságának mérésekor megállapította az értékét: 760 mm higany.
A Torricelli barométer
A cső tetején a nyomás 0, mivel ott vákuum jött létre. Eközben, a felszínen a higany HÉA, a nyomás P 1 jelentése a légköri nyomás.
Válasszuk ki a referenciakeret eredetét a higany szabad felületén, a cső tetején. Innentől a higany felületéig a tartályban mérje meg a H oszlop magasságát.
2. ábra: A Torricelli barométer. Forrás: Általános fizika a mérnökök számára. J. Lay. USACH.
A nyomás a ponton pirossal jelzett, a mélyben y 1 jelentése:
Ahol ρ Hg a higany sűrűsége. Mivel y 1 = H és Po = 0:
Mivel a higany sűrűsége állandó és a gravitáció állandó, kiderül, hogy a higanyoszlop magassága arányos P 1-vel , amely a légköri nyomás. Az ismert értékek helyettesítése:
A nemzetközi rendszerben a nyomás mértéke a pascal, rövidítve Pa. Torricelli kísérlete szerint a légköri nyomás 101,3 kPa.
A légköri nyomás fontossága az éghajlat szempontjából
Torricelli megfigyelte, hogy a csőben lévő higanyszint naponta kissé változott, ezért arra a következtetésre jutott, hogy a légköri nyomásnak is meg kell változnia.
A légköri nyomás okozza az éghajlat nagy részét, ám napi változásai észrevétlenül maradnak. Ennek oka az, hogy nem olyan észrevehetők, mint például a vihar vagy a hideg.
A légköri nyomás ezen változásai azonban a szelek felelősek, amelyek viszont befolyásolják az esőzést, a hőmérsékletet és a relatív páratartalmat. Amikor a talaj felmelegszik, a levegő kitágul, és hajlamos emelkedni, ami a nyomás csökkenését okozza.
Ha a barométer magas nyomást jelez, jó időjárás várható, míg alacsony nyomáson viharok léphetnek fel. A pontos időjárás-előrejelzéshez azonban több információra van szüksége más tényezőkről.
Ő
Bár furcsának tűnik, mivel a nyomást a terület egységére eső erőként definiálják, a meteorológiában érvényes a légköri nyomás kifejezése higany milliméterben, amint azt Torricelli meghatározta.
Ennek oka az, hogy a higany-barométert azóta kevés változatossággal alkalmazzák ma, tehát a Torricelli tiszteletére 760 mm Hg egyenlő 1 torrral. Más szavakkal:
Ha Torricelli vizet használt volna a higany helyett, az oszlop magassága 10,3 m lenne. A higany-barométer praktikusabb, mivel kompaktabb.
Egyéb széles körben használt egységek a rúd és a milliárda. Egy millibar egyenlő egy hektopascal vagy 10 2 Pa.
magasságmérő
A magasságmérő olyan eszköz, amely jelzi a hely magasságát, összehasonlítva az adott magasságban a légköri nyomást a földön vagy más referenciahelyen mért nyomással.
Ha a magasság nem túl nagy, elvileg feltételezhetjük, hogy a levegő sűrűsége állandó marad. De ez egy közelítés, mivel tudjuk, hogy a légkör sűrűsége a magassággal csökken.
A fenti egyenlet alkalmazásával a higany helyett a levegő sűrűségét használjuk:
Ebben a kifejezésben P o a talajszint légköri nyomása, P1 pedig annak a helynek a nyomása, amelynek magasságát meg kell határozni:
A altimetric egyenlet azt mutatja, hogy a nyomás csökken exponenciálisan magassága: H = 0, P 1 = P , vagy, és ha H → ∞, akkor P 1 = 0.
Irodalom
- Figueroa, D. 2005. Sorozat: Fizika a tudomány és a technika számára. 5. kötet. Folyadékok és termodinamika. Szerkesztette Douglas Figueroa (USB).
- Kirkpatrick, L. 2007. Fizika: pillantás a világra. 6. rövidített kiadás. Cengage tanulás.
- Lay, J. 2004. Általános fizika a mérnökök számára. USACH.
- Mott, R. 2006. Fluid Mechanics. 4.. Kiadás. Pearson oktatás.
- Strangeways, I. 2003. A természeti környezet mérése. 2.. Kiadás. Cambridge University Press.