LÉGKÖRI NYOMÁS: NORMÁL ÉRTÉK, ANNAK MÉRÉSE, PÉLDÁK - FIZIKAI - 2026

A légköri nyomást a föld feletti légkört alkotó gázok súlya okozza. Becslések szerint a légkör tömege körülbelül 5 x 10 ¹⁸ kg, és az összes élőlényt ezen a tömeg nyomásnak kell kitenni.

Az elsőként az olasz tudós, Evangelista Torricelli (1608-1647) mérte meg. Egy egyszerű, de nagyon ötletes kísérletet hajtott végre 1644-ben: teljesen kitöltött egy üvegcsövet, melynek egyik végén le volt zárva higany, megfordította, és egy edénybe öntette, amelyben higany is volt.

1. ábra: A légköri nyomás mérésére szolgáló aneroid barométer, ellentétben a higany-barométerrel, nem tartalmaz folyadékot. Forrás: Wikimedia Commons.

Torricelli megfigyelte, hogy a cső nem teljesen ürül ki, hanem 76 cm magas higanygal van feltöltve. Meglepett, hogy számos tesztet végzett különböző alakú csövekkel, mindig ugyanazt az eredményt kapva.

Ilyen módon Torricelli rájött, hogy a légköri nyomás megemelkedett, és a higanyoszlopot a csőben 760 mm magasságban tartotta. Ily módon meghatározzuk a légköri nyomás átlagértékét.

Mivel a nyomást egy egységnyi területre eső erőként definiálják, a légköri nyomás mértékegységei a Nemzetközi Rendszerben newton / méter vagy pascal, amit Pa rövidítünk. Tehát ebben a rendszerben a P _atm légköri nyomás értéke:

Ez a légköri nyomás normál értéke 0 ° C-on és a tenger szintjén.

Légköri nyomás tengerszint felett és egyéb változások

Elméletileg a légköri nyomás maximális értéke éppen a tenger szintjén van. Noha ezen a szinten nagyon sok a variabilitás, a szakértőknek be kell állítaniuk valamilyen referenciarendszert, amely segít meghatározni annak értékét.

Itt vannak a fő tényezők, amelyek befolyásolják a légköri nyomás értékét egy adott földi helyen:

-Alitude: Minden 10 méter magasságra a nyomás Hgmm-rel 1 mm-rel csökken. De előfordul, hogy a légkört alkotó gáz sűrűsége sem állandó. Alapvetően a magasság növekedésével csökken a levegő sűrűsége.

2. ábra: Magasságmérő: olyan eszköz, amely a tengerszint feletti magasságot méri a nyomásváltozások alapján. Forrás: Pixabay.

- Hőmérséklet: nyilvánvalóan minél magasabb a hőmérséklet, a sűrűség csökken, és a levegő kevesebbet sújt, ezért csökken a nyomás értéke.

- Szélesség: a légköri nyomás alacsonyabb az egyenlítői szélességnél, mivel a Föld nem tökéletes gömb. Az Egyenlítő partja a Föld központjától távolabb van, mint a pólusok, és ott a levegő sűrűsége is alacsonyabb.

- Kontinentalitás: minél inkább a kontinensek belseje felé mozog, annál nagyobb a légköri nyomás, míg a part menti helyeknél annál alacsonyabb a nyomás.

A légköri nyomás változása a magassággal

A magasságmérő egyenlet, amely egy hely P légköri nyomását a z tengerszint feletti magasságához viszonyítja, a következőképpen alakul:

Itt P _o a kezdeti vagy referenciamagasságon fellépő nyomás, amelyet általában a tengerszint felett vesznek figyelembe, ρ _vagy a levegő sűrűsége a tengerszint felett, és g a gravitáció gyorsulásának értéke. Később a megoldott gyakorlatok szakaszban a lépésről lépésre történő levonás.

Hogyan mérik a légköri nyomást?

A légköri nyomást a barométerrel mérjük. A legegyszerűbb olyan, mint a Torricelli, amely higany alapú. A cső dőlése vagy átmérője nem változtatja meg a higanyoszlop magasságát, kivéve, ha ezt az éghajlati tényezők befolyásolják.

Például az alacsony nyomású területeken felhők képződnek. Tehát amikor a barométer leolvasása csökken, az azt jelzi, hogy jön a rossz időjárás.

Valójában más folyadékokat is lehet használni a higany helyett, például víz barométert lehet készíteni. A probléma az, hogy az oszlop mérete 10,33 m, nagyon praktikus a szállításhoz.

Vannak olyan műszerek is, amelyek mechanikusan mérik a nyomást - a csövekben vagy spirálokban bekövetkező deformációk révén: aneroid barométerek és manométerek. Meg tudják mérni a két pont közötti nyomáskülönbséget, vagy megmérhetnek egy nyomást is, amely referenciaként a légköri nyomást veszi figyelembe.

Nyomás mértékegységei

A normál nyomás értéket egy új nyomóegység meghatározására használják: a légkört, rövidítve atm. A légköri nyomás 1 atm; ily módon más nyomást lehet kifejezni légköri nyomással, amely mindenki számára nagyon ismerős érték:

Az alábbi táblázat azokat a mértékegységeket mutatja be, amelyeket a tudományban és a mérnöki munkában a nyomás mérésére leginkább használnak, és a megfelelő ekvivalenst a pasztálokban:

Mértékegység	Ekvivalencia pascalban
N / m 2	egy
atm	101355
Hgmm	133,3
lb / in 2	6894,76
Kocsma	1x10 5

Hidrosztatikus, abszolút és mérőnyomás

A statikus egyensúlyban lévő és a légkörnek nyitott folyadék szabad felületén a légköri nyomás hat. De a folyadék belső pontjain természetesen a folyadékoszlop tömege hat.

Az oszlop tömege függ annak magasságától és a folyadék sűrűségétől, amelyet állandónak fogunk venni, ahogy a hőmérsékletet is. Ebben az esetben a P nyomás:

Ez az állandó sűrűségű folyadék bármely pontjának hidrosztatikus nyomása, amely közvetlenül arányos a folyadék z mélységével.

A nyugalmi közegben lévő P _abs abszolút nyomást tekintve a P _atm légköri nyomás és a P hidrosztatikus nyomás összegeként kell meghatározni:

Végül: a nyugalmi közegben lévő P _man nyomásmérő nyomása az abszolút és a légköri nyomás különbsége, és ebben az esetben egyenértékű a hidrosztatikus nyomás mérésével:

Példák

Az erő, amelyet a légkör a testre gyakorol

Becsülhető meg a légkör által az emberi testre gyakorolt ​​teljes erő nagysága. Tegyük fel, hogy a test felülete körülbelül 2 m ², mivel a nyomást az egységnyi területre eső erőként határozzuk meg, az erőt meg tudjuk oldani és kiszámolhatjuk:

Ehhez a számításhoz az elején megállapított légköri nyomás normál értékét fogjuk használni:

Ez az eredmény több mint kevesebb, mint 20 tonna erővel egyenértékű, ám ez nem jelent problémát az élő lények számára, akik a Föld felszínén laknak, akik ehhez alkalmazkodtak, akárcsak a tengeri halak.

Bár ez elég nagy erő. Miért nem összeomlik előtte?

Nos, a test belső nyomása megegyezik a külső nyomással. Nem összeomlik, mert a belső erőt egy másik külső erő kiegyensúlyozza. Vannak olyan emberek, akiket magasság sújt, és az orrból vérzik, amikor nagyon magas hegyekre másznak. Ennek oka az, hogy megszakadt a vérnyomás és a légköri nyomás egyensúlya.

Kortyoljon italokat szalmával vagy szalmával

A légköri nyomás lehetővé teszi, hogy szalmával vagy szalmával szódát fogyaszthasson. A sumér és más ősi kultúrák felfedezték, hogy sört fogyaszthatnak üreges növényi szár vagy nád szalmával.

Sokkal később, a 19. század végén és a 20. század elején az Egyesült Államokban szabadalmaztattak különféle szalmaszálak modelljét, köztük azokat, amelyek harmonikájú könyök alakúak, és amelyeket ma széles körben használnak.

3. ábra. A légköri nyomás lehetővé teszi, hogy szalmával kortyolgasson. Forrás: Pixabay.

Így működnek: Mivel a folyadék felszívódik a szalmán, a szalmában lévő folyadék feletti nyomás csökken, így az alatti, magasabb nyomás a folyadékot felfelé tolja, hogy megkönnyítse az ivást.

Ezért, extrahálás vagy fogászati ​​műtét után, nem tanácsos folyadékot kortyolni, mivel a nyomáscsökkenés a seb kinyílását és vérzésének megindulását okozhatja.

Feladatok

- 1. Feladat

Derítsük ki a P (z) altimetriás egyenletet:

-Po a nyomás a referenciaszintnél (tengerszint)

-z a magasság

-ρ _o a folyadék sűrűsége a tenger szintjén

-g a gravitáció gyorsulásának értéke

Megoldás

Először legyen dp nyomáskülönbség, amelyet a hidrosztatika alapvető egyenlete szerint kifejezünk:

A mínuszjel figyelembe veszi azt a tényt, hogy a nyomás csökken a z növekedésével. A levegőt ideális gáznak is tekintik, tehát a nyomást és a sűrűséget összefüggik:

A sűrűséget azonnal helyettesítjük, hogy megkapjuk:

A nyomás ilyen módon történő írása feltételezi, hogy a légkör dz magasságú rétegekre oszlik, úgy mint egy palacsinta halom, mindegyik dp nyomással. Ilyen módon egy differenciálegyenletet kapunk, amelyet p és z változó elválasztásával lehet megoldani:

Ezután mindkét oldalra integrálódik, ami megegyezik az egyes rétegek nyomás-hozzájárulásának hozzáadásával. A bal oldali integrálban P nyomásból készül, _vagy kezdeti értékről P végső nyomásra készül. Ugyanezen módon a jobb oldalon lévő integrál értéke z _o- tól z-ig változik:

Az alábbiak szerint oldjuk meg az P exponenciáját:

Végül, ha mind a T, mind a g állandó értéken marad, ρ _o = (M / RT) P _o, akkor M / RT = ρ _o / P _o, és z _o = 0 értékre is számíthatunk. Mindezt összesítve:

- 2. gyakorlat

Mekkora a légköri nyomás értéke Bolíviában, La Pazban, a tengerszint feletti 3640 m-re? Vegyük a levegő átlagos sűrűségét mint 1225 kg / m ³ tengerszint felett.

Megoldás

Egyszerűen cserélje ki az altimetriás egyenletben megadott numerikus értékeket:

Összefoglalva: ez a normál nyomás körülbelül 66% -a.

Irodalom

1. Figueroa, D. (2005). Sorozat: Fizika a tudomány és a technika számára. 5. kötet. Folyadékok és termodinamika. Szerkesztette Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fizika: pillantás a világra. 6. rövidített kiadás. Cengage tanulás.
3. A standard légkör. Helyreállítva: av8n.com
4. Sevilla Egyetem. A légköri nyomás változása. Helyreállítva: laplace.us.es.
5. Wikipedia. Hypsometrikus egyenlet. Helyreállítva: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Légköri nyomás. Helyreállítva: es.wikipedia.org.