Атмосферное давление какая буква

Атмосферное давление

Атмосфе́рное давле́ние — давление атмосферы, действующее на все находящиеся в ней предметы и на земную поверхность, равное модулю силы, действующей в атмосфере на единицу площади поверхности по нормали к ней[1]. В покоящейся стационарной атмосфере давление численно равно весу вышележащего столба воздуха на основание с площадью, равной единице. Атмосферное давление является одним из термодинамических параметров состояния атмосферы, оно изменяется в зависимости от места и времени[2]. Давление — величина скалярная, имеющая размерность L−1MT−2, измеряется барометром.

Единицей измерения в Международной системе единиц (СИ) является паскаль (русское обозначение: Па; международное: Pa). Кроме того, в Российской Федерации в качестве внесистемных единиц давления допущены к использованию бар, миллиметр ртутного столба, миллиметр водяного столба, метр водяного столба, килограмм-сила на квадратный сантиметр и атмосфера техническая[3]. Атмосферное давление, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0 °C, называется нормальным атмосферным давлением (101 325 Па)[2]. С высотой атмосферное давление уменьшается. Например  горные болезни начинаются на высоте около 2-3 км, а атмосферное давление на вершине  Эвереста состааляет примерно одна 14 от показателя на  уровне моря

История

Наличие атмосферного давления привело людей в замешательство в 1638 году, когда не удалась затея герцога Тосканского украсить сады Флоренции фонтанами — вода не поднималась выше 10,3 метров. Поиски причин этого и опыты с более тяжёлым веществом — ртутью, предпринятые Эванджелистой Торричелли, привели к тому, что в 1643 году он доказал, что воздух имеет вес[5]. Совместно с В. Вивиани, Торричелли провёл первый опыт по измерению атмосферного давления, изобретя первый ртутный барометр — стеклянную трубку, в которой нет воздуха. В такой трубке ртуть поднимается на высоту около 760 мм[6].

Изменчивость и влияние на погоду

На земной поверхности атмосферное давление изменяется от места к месту и во времени. Особенно важны определяющие погоду непериодические изменения атмосферного давления, связанные с возникновением, развитием и разрушением медленно движущихся областей высокого давления (антициклонов) и относительно быстро перемещающихся огромных вихрей (циклонов), в которых господствует пониженное давление. Отмечены колебания атмосферного давления на уровне моря в пределах 641 — 816 мм рт. ст.[7] (внутри смерча давление падает и может достигать значения 560 мм ртутного столба)[8].

В стационарных условиях атмосферное давление уменьшается по мере увеличения высоты, поскольку оно создаётся лишь вышележащим слоем атмосферы. Зависимость давления от высоты описывается барометрической формулой[9].

На картах атмосферное давление изображается с помощью изобар — изолиний, соединяющих точки с одинаковым приземным атмосферным давлением, обязательно приведенным к уровню моря[10].

Атмосферное давление — очень изменчивый метеоэлемент. Из его определения следует, что оно зависит от высоты соответствующего столба воздуха, его плотности, от ускорения силы тяжести, которая меняется от широты места и высоты над уровнем моря.

1 Па = 0,0075 мм рт. ст. Или 1 мм рт. ст. = 133,3 Па

Стандартное давление

В химии стандартным атмосферным давлением с 1982 года по рекомендации IUPAC считается давление, равное 100 кПа[11]. Атмосферное давление является одной из наиболее существенных характеристик состояния атмосферы. В покоящейся атмосфере давление в любой точке равно весу вышележащего столба воздуха с единичным сечением.

В системе СГС 760 мм рт. ст. эквивалентно 1,01325 бар (1013,25 мбар) или 101 325 Па в Международной системе единиц (СИ).

Уравнение статики выражает закон изменения давления с высотой: , где: — давление, — ускорение свободного падения, — плотность воздуха, — толщина слоя. Из основного уравнения статики следует, что при увеличении высоты () изменение давления отрицательное, то есть давление уменьшается. Строго говоря, основное уравнение статики справедливо только для очень тонкого (бесконечно тонкого) слоя воздуха . Однако на практике оно применимо, когда изменение высоты достаточно мало по отношению к приблизительной толщине атмосферы.

Барическая ступень

Высота, на которую надо подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1 гПа (гектопаскаль), называется «барической (барометрической) ступенью». Барической ступенью удобно пользоваться при решении задач, не требующих высокой точности, например, для оценки давления по известной разности высот. Считая, что атмосфера не испытывает существенного вертикального ускорения (то есть находится в квазистатическом состоянии), из основного закона статики получаем, что барическая ступень равна:

.

При температуре воздуха 0 °C и давлении 1000 гПа, барическая ступень равна 8 м/гПа. Следовательно, чтобы давление уменьшилось на 1 гПа, нужно подняться на 8 метров.

С ростом температуры и увеличением высоты над уровнем моря она возрастает (в частности, на 0,4 % на каждый градус нагревания), то есть она прямо пропорциональна температуре и обратно пропорциональна давлению. Величина, обратная барической ступени, — вертикальный барический градиент, то есть изменение давления при поднятии или опускании на 100 метров. При температуре 0 °C и давлении 1000 гПа он равен 12,5 гПа.

При повышении температуры на 1 градус давление увеличивается на 0,28 мм рт. ст.

Приведение к уровню моря

Многие метеостанции рассылают так называемые «синоптические телеграммы», в которых указывается давление, приведённое к уровню моря (см. КН-01, R). Это делается для того, чтобы давление было сравнимо на станциях, расположенных на разных высотах, а также для нужд авиации. Приведённое давление используется также и на синоптических картах.

При приведении давления к уровню моря используют сокращенную формулу Лапласа:

.

То есть, зная давление и температуру на уровне , можно найти давление на уровне моря .

Вычисление давления на высоте по давлению на уровне моря и температуре воздуха :

,

где — давление Па на уровне моря [Па];

— молярная масса сухого воздуха, M = 0,029 кг/моль;

— ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с²;

— универсальная газовая постоянная, R = 8,31 Дж/моль·К;

— абсолютная температура воздуха, К, , где — температура Цельсия, выражаемая в градусах Цельсия (обозначение: °C);

— высота, м.

На небольших высотах каждые 12 м подъёма уменьшают атмосферное давление на 1 мм рт. ст. На больших высотах эта закономерность нарушается[5].

Более простые расчёты (без учёта температуры, высота в километрах) дают:

Измерения и расчёт показывают в полном согласии, что при подъёме над уровнем моря на каждый километр давление будет падать н а 0,1 долю; то же самое относится и к спуску в глубокие шахты под уровень моря — при опускании на один километр давление будет возрастать на 0,1 своего значения.

Речь идёт об изменении на 0,1 от значения на предыдущей высоте. Это значит, что при подъёме на один километр давление уменьшается до 0,9 (точнее 0,87[прим 1]) от давления на уровне моря.

В прогнозах погоды и сводках, распространяемых для населения через интернет и по радио, используется неприведённое давление, то есть, фактическое давление на уровне местности.

См. также

Видеоурок: атмосферное давление

• Фактическая погода
• Атмосфера
• Разгерметизация

Примечания

Источники

Сноски

1. ↑ Формула предполагает температуру одинаковой на всех высотах. На самом же деле температура атмосферы меняется с высотой по довольно сложному закону. Тем не менее формула даёт неплохие результаты, и на высотах до 50-100 километров ею можно пользоваться. Так, нетрудно определить, что на высоте Эльбруса — около 5,6 км — давление упадёт примерно вдвое, а на высоте 22 км (рекордная высота подъёма стратостата с людьми) давление упадёт до 50 мм рт. ст.

Литература

• Хргиан А. Х. Физика атмосферы. — 2 изд. — М., 1958.
• Бургесс Э. К границам пространства, пер. с англ.. — М.: Изд. иностранной литературы, 1957. — 223 с.

Ссылки

• Медиафайлы по теме Атмосферное давление в Викискладе
• Атмосферное давление // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890-1907.
• График изменения атмосферного давления при изменении высоты

Источник

Как обозначается давление воздуха. Чем его измеряют. Эксперименты

Давлением атмосферы называют силу, с которой воздух давит на Землю, человека и все, что его окружает. Статья расскажет, как в XVII в. с помощью эксперимента впервые была показана сила давления воздуха. Это очень интересно! Мы узнаем, как обозначается давление атмосферы и чем измеряется.

Опыт Отто фон Герике

Насколько велико атмосферное давление, мир узнал в 1654 году. Произошло это благодаря бургомистру города Магдебург (Германия) Отто фон Герике. Он продемонстрировал опыт с так называемыми магдебургскими полушариями. Тогда не шла речь о том, как обозначается давление воздуха, потому что измерять его еще не умели. Как выглядят полушария, видно на фотографии из магдебургского музея.

Вам будет интересно:Социальная модернизация общества: понятие, особенности, примеры

Это две бронзовых полусферы, одна из них сплошная, а во второй есть отверстие. Между полусферами для герметичности помещали промасленную кожаную прокладку и соединяли их. Через отверстие из полушарий выкачивали воздух. Интересно, что сам Герике за четыре года до этого, в 1650 г., изобрел вакуумный насос. Он тоже запечатлен на фото. Когда воздух был откачан, полусферы сдавливало атмосферное давление. Для того чтобы отсоединить их друг от друга, использовали тяговую силу лошадей.

Эксперимент с магдебургскими полушариями

Перед тем как узнать, как обозначается давление атмосферы, проведем опыт. Для него будем использовать модель магдебургских полушарий. Присоединим к отверстию полусферы при помощи резинового шланга вакуумный насос. Включим его, откроем кран на одном из полушарий. Давление в пространстве между ними понизится. Следовательно, сила, действующая на полушария изнутри, понижается, а действующая снаружи — увеличивается.

Во время откачивания воздуха разъединить полусферы оказывается невозможным, так как они плотно прилегают друг к другу. Выключим насос, отсоединим резиновый шланг. Воздух начнет заходить в пространство между полушариями. Тогда они легко разделятся.

Какой буквой обозначается давление воздуха

Попробуем рассчитать силу, которая сдавливала полусферы. Когда мы откачиваем воздух, на полушария действует только сила атмосферного давления. Она сдавливает полушария и направлена от внутренних стенок полых сфер к центру пространства между ними. Диаметр полушарий (d) у Герике был 35,5 см.

Исходя из того, что мы не смогли разъединить полусферы, становится понятно, что сила давления очень большая. Даже восемь лошадей с каждой стороны не смогли разорвать эти полушария. Вот гравюра, которая иллюстрирует опыт Отто фон Герике.

Какой буквой обозначается давление? Буквой Р. Нормальное атмосферное давление (Ратм) равно 100 килопаскалям (кПа). На каждый участок полушария действует такая сила. Сила давления F равна произведению атмосферного давления на площадь сечение полушарий S.

S=π*d2/4. F=100*103 Па*3,14*(0,355 м)2/4≈10 кН (килоньютонов). Это вес груза массой одна тонна, поэтому лошади не смогли разорвать эти полушария.

Барометр

Как обозначается атмосферное давление, мы знаем, а чем его измеряют? Барометр, который изобрел итальянец Торричелли в первой половине XVII в., имел недостатки. Его легко можно было разбить, он был наполнен ядовитой ртутью, а ведь так хотелось возить его по разным местам, чтобы предсказывать погоду.

Нужно было придумать устройство без стеклянной трубки, т. е. безжидкостное. Такой барометр изобрели только через двести лет и назвали его анероид. Это слово в переводе на русский язык означает безжидкостный. Рассмотрим, что собой представляет барометр-анероид.

Это прибор небольшого размера. В отличие от ртутной трубки Торричелли высотой в один метр, его можно легко возить с собой куда угодно. Что же в нем внутри? Посмотрим на барометр в разобранном виде.

Как обозначается давление в нем? В устройстве есть шкала, похожая на циферблат часов. Давление в килопаскалях показывается стрелкой. Позади циферблата мы видим три уплощенные коробочки. Из них выкачан воздух, а внутри находится пружина. Если бы ее не было, атмосфера бы раздавила коробочки. Дальше от пружины отходит рычажок, он передает движения коробочек. Почему они двигаются? Коробочки могут менять свою толщину. Когда атмосферное давление больше, воздух сжимает коробочки, их толщина уменьшается. Когда давление меньше, пружина распрямляется и коробочки становятся толще. Через механизм рычажков движение передается стрелке.

Устройство безжидкостного барометра

Мы узнали, как обозначается давление в безжидкостном барометре, а теперь нарисуем его схему.

Три коробочки придают устройству большую точность, но в принципе достаточно и одной. Она специально сделана гофрированной для того, чтобы обладать способностью менять свою толщину. Вспомните гофрированные, а поэтому гибкие шланги пылесосов. Нижняя часть коробочки прикреплена к основанию. К верхней ее части прикреплена пружина, которая пытается расправить коробочку так же, как алюминиевая линейка, если ее согнуть, пытается распрямиться. Атмосферное давление, наоборот, пытается сжать коробочку.

Когда давление увеличивается, толщина коробочки уменьшается, значит, рычаг поворачивает ось. Если к оси прикрепить стрелку, то она будет поворачиваться вправо, когда толщина уменьшается, и влево, когда толщина увеличивается.

Источник