Какие единицы атмосферного давления

Единицы измерения атмосферного давления

Определение

Атмосфера — это оболочка из воздуха, которая окружает Землю. Ее толщина несколько тысяч километров.

В результате действия силы тяжести верхние слои воздуха сжимают нижние. Слой воздуха, находящийся около Земли испытывает наибольшее сжатие. В соответствии с законом Паскаля, этот слой атмосферы передает давление, которое производится на него по всем направлениям. В результате чего поверхность Земли и все объекты, находящиеся на ней испытывают давление всей толщины воздуха. Давление, которое производит атмосфера на все тела, называется атмосферным давлением. Человек не замечает давления атмосферы, так как давление внутри равно давлению снаружи.

Паскали (Па) — единицы измерения атмосферного давления.

Как и для любого другого вида давления, паскали (Па) — единицы измерения атмосферного давления.

Вычислить величину атмосферного давления по формуле для нахождения давления столба жидкости не представляется возможным. Для подобного расчета следует знать высоту атмосферы и плотность воздуха. Но четко определённой границы у атмосферы нет, а плотность воздуха изменяется с высотой. Атмосферное давление находят экспериментально. Хорошо известен опыт Торричелли по измерению давления атмосферы. Ученый брал трубку из стекла длиной в 1 метр, запаянную с одного конца. Наполнял ее ртутью. Плотно закрывал открытый конец трубки, переворачивал ее опускал открытый конец в сосуд со ртутью, открывал его. Часть рту вылилась, но часть оставалась в трубке. Измерялась высота столба оставшейся ртути. Получалось, что она равна примерно 760 мм. Торричелли высказал предположение, что атмосфера оказывает давление на поверхность ртути в чашке. Ртуть в чашке и трубке находится в равновесии, значит давление столба ртути равно давлению атмосферы. При увеличении атмосферного давления увеличивалась высота вертикального столбика ртути. В рассматриваемом случае логично за единицу давления принять один миллиметр ртутного столба (1 мм рт. ст.).

И так, паскаль и миллиметр ртутного столба — единицы измерения атмосферного давления. Используя формулу для вычисления давления ($p$) столба жидкости:

[p=rho gh left(1right),]

где $rho $ — плотность жидкости (у нас ртути $rho =13600 frac{кг}{м^3}$), $g$ — ускорения свободного падения; $h$ — высота столбика жидкости (у нас ртути). Получаем, что давление, которое оказывает столб ртути в 1 мм равно:

[p=13600cdot 9,8cdot {10}^{-3}=133,3 (Па)]

Следовательно:

[1мм рт.ст. =133,3 Па.]

Нормальным считают давление атмосферы равным 760 мм рт. ст. или 1013 гПа (гПа — гектопаскаль).

Если трубку Торричелли снабдить вертикальной шкалой, то получится простейший ртутный барометр, который можно использовать для измерения атмосферного давления.

Существует внесистемная единица измерения давления, которая называется атмосферой, это давление на поверхности Земли на уровне Мирового океана. Различают техническую атмосферу ($p=98066,5 Па$) и физическую атмосферу ($p=101325 {rm Па}.$).

Иногда используют внесистемную единицу измерения давления бар. Нормальное атмосферное давление равно:

[p=0,981 бар.]

Используют и метры водяного столба (м.вод.ст.) для измерения давления, в том числе атмосферного, при этом:

[1 ат=10 м вод. ст.]

Мы получили: паскали, миллиметры ртутного столба, метры водяного столба, бары — единицы измерения атмосферного давления.

Примеры задач с решением

Пример 1

Задание. При температуре $t_1=$300С барометр показывал атмосферное давление $p_1=$730 мм рт.ст. При температуре $t_2=$-300С показания барометра были: $p_2=$780 мм рт. ст. Найдите отношение плотности воздуха при данных температурах ($frac{{rho }_2}{{rho }_1}$). Считайте при заданных условиях воздух идеальным газом.

Решение. За основу решения задачи примем уравнение Менделеева — Клапейрона:

[pV=frac{m}{mu }RT to p=frac{rho }{mu }RTleft(1.1right).]

Выразим плотность воздуха из (1.1) для первого и второго состояний:

[{rho }_1=frac{p_1mu }{RT_1};;{rho }_2=frac{p_2mu }{RT_2} left(1.2right).]

Найдем отношение плотностей:

[frac{{rho }_2}{{rho }_1}=frac{p_2mu RT_1}{p_1mu RT_2}=frac{p_2T_1}{p_1T_2}.]

Для вычисления отношения плотностей следует заданные температуры перевести, используя соотношение:

[T=273+t,]

тогда $T_1=303 К;; T_2=243 К.$ Давление переводить в единицы системы СИ не обязательно, так как в числителе и знаменателе будет стоять один и тот же множитель. Проведем вычисления:

[frac{{rho }_2}{{rho }_1}=frac{780cdot 303}{730cdot 243}approx 1,33.]

Ответ. $frac{{rho }_2}{{rho }_1}approx 1,33$

Пример 2

Задание. Барометр анероид показывает, что атмосферное давление равно 101300 Па. Какова высота столба ртути, установленной вертикально (рис.1)?

Решение. Барометр анероид показывает нормальное атмосферное давление $p=$101300 Па. Так как жидкость в трубке и чашке находится в состоянии равновесия, следовательно, давление столбика ртути в трубке равно давлению, которое атмосфера оказывает на поверхность ртути в чаше, это означает, что давление столбика ртути в трубке равно $p=$101300 Па, исходя из формулы:

[p=rho gh left(2.1right).]

Выразим высоту столика ртути в трубке:

[h=frac{p}{rho g} left(2.2right).]

Плотность ртути равна $rho =13600 frac{кг}{м^3}$, $g=9,8 frac{м}{с^2}$, вычислим высоту столба ртути:

[h=frac{101300}{13600cdot 9,8}=0,76 left(мright).]

Ответ. $h=760$ мм

Читать дальше: единицы измерения веса.

Источник

Атмосферное давление — в чем измеряется и от чего зависит?

Как влияет состав атмосферы на давление?

Атмосфера Земли содержит в своем составе различные газы, основные из которых — кислород и азот. От Земли она поднимается на высоту до 9000 км. Таким образом, атмосфера является защитником планеты. Кислород и азот дают жизнь всему живому на Земле. Давление атмосферы сильно действует на нашу планету. Специалисты утверждают, что на человека приходится давления в 16 тонн. Однако из-за того, что внутри человека давление является уравновешенным с атмосферным, он не ощущает таких глобальных перемен.

Рис. 1. Барометр — прибор для измерения атмосферного давления

Измерение атмосферного давления

Согласно общепринятым нормам, за единицу для измерения давления принято брать миллиметры ртутного столба. Сокращенно — мм. рт. ст. Для определения используют прибор, называемый барометр. Барометры подразделяются на ртутные и безжидкостные. Вторые — носят название барометры-анероиды. Барометр представлен стеклянной трубкой, которая запаяна с одной стороны. Внутрь данной трубки помещается ртуть. Во время эксперимента открытый конец трубки опускают в сосуд, не полностью заполненный ртутью. По мере того, как происходит рост или упадок давления, ртуть в трубке начинает расти, и наоборот. Официальная единица для измерения — Паскаль.

Важно! Килопаскаль или КПа является единицей измерения давления механического напряжения в системе СИ. Мегапаскаль или МПа является метрической единицей измерения. Если перевести данные единицы, то получим, что 1 МПа равен 1000 КПа.

Норма атмосферного давления

Атмосферное воздействие считается нормальным тогда, когда давление воздуха находится на уровне моря на широте 45°. Температурный показатель составляет 0 градусов по Цельсию. В 1644 году благодаря Эванджелисту Торренчели и Винченцо Вивиани была получена величина в 760 мм. Стоит подметить, что эти открыватели были учениками у самого Галилео Галилея. Человек наиболее комфортно себя ощущает при стандартных значениях 750-760 мм. рт. ст. Однако данные показания не могут быть абсолютно точными для всех регионов в течение полного года.

Рис. 2. Атмосферное давление в России в июле

Повышение и понижение давления

Атмосферное воздействие повышается тогда, когда давление воздуха превышает норму 760 мм. рт. ст. Если наоборот, то снижается. В течение 24 часов утром и вечером величина давление значительно растет. Низкое воздействие атмосферы наблюдается после полудня и после полуночи. Данные изменения обусловлены тем, что происходит перепад температуры и перемещение воздуха. На Земле известны 3 пояса, где преобладает низкое атмосферное давление, и 4 пояса с высоким. Из-за того, что жар от Солнца и вращение Земли происходит неравномерно, на земном шаре образуются пояса атмосферного давления. В течение года Солнце нагревает полушария Земли не одинаково. Нагрев изменяется в зависимости от того, какое время года в тот или иной период.

Важно! Специалисты выявили упадок атмосферного воздействия в Москве, которое составляет 727 мм. рт. ст. В 2015 году в Москве было аномальное давление, равное 778 мм. рт. ст. Плюс Москва расположена на границе обширного циклона, центральная область которого находится над Латвией.

Влияние на человека. Антициклон

Антициклоном называют рост барометрического воздействия. В такие периоды на улице не наблюдается существенного ветра, преобладает солнечная погода, температура не характеризуется резкими изменениями. Уровень влажности остается в норме. Антициклон плохо влияет на состояние здоровья человека. Смена давления оказывает неблагоприятное влияние, в особенности на людей, имеющих аллергию, астматиков и тех, у кого повышенное артериальное давление. У человека во время антициклона болит голова, а также его мучают сердечные боли. Считается, что в такие периоды падает работоспособность, появляется недомогание. В зависимости от высоты антициклона, наблюдается эффективная или неэффективная защита организма от заболеваний.

Важно! Для того чтобы легче переносить антициклон, специалисты рекомендуют переменно обливаться горячей и холодной водой в душе, больше употреблять фрукты, в которых имеется калий, делать легкую гимнастику. Для улучшения работы иммунной и нервной системы необходимо на определенное время забыть о серьезных делах, способных пошатнуть здоровье. В такие дни человек, страдающий от негативных симптомов, должен больше времени уделять отдыху для восстановления сил.

Циклон

Циклоном называют период, когда атмосферное воздействие снижается. Температура в период циклона повышается, становится облачно, увеличивается влажность и уровень осадков, равно как и при антициклоне. Во время циклона некоторые группы людей не могут спокойно переносить изменение погоды и давления. Циклон плохо переносят люди, у которых имеются проблемы с дыхательными функциями, низкое артериальное давление, а также те, у кого проблемы с сердечно-сосудистой системой. При циклоне снижается количество кислорода, в результате чего становится тяжело дышать, появляется одышка. Пациенты жалуются на слабость. Наблюдается повышение мозгового кровообращения, вследствие чего человека мучает мигрень. Сколько бы ни было симптомов, специалисты советуют обильно пить воду, принимать контрастный душ. Также необходимо, чтобы человек хорошо высыпался. С утра не помешает любимая чашечка кофе. Несмотря на то, какое известно текущее давление — пониженное или повышенное, необходимо пить настойку из лимонника и женьшеня.

Рис. 3. Схематическое изображение циклона и антициклона

Атмосферное давление в горах

Человек, жаждущий покорить высокие горы, знает, что поход может быть небезопасным. Например, высота в 3000 метров вызывает снижение работоспособности, а при 6000 м человек едва ли может выжить. Объясняется это тем, что давление уменьшается в два раза, человеку недостает кислорода, ему трудно выжить. Однако все зависит от того, в каких климатических условиях находится альпинист. Если брать влажный морской климат Камчатки, то там человек будет некомфортно себя чувствовать уже при высоте 1000 метров. Сухой континентальный климат в Гималаях позволяет альпинисту в большинстве случаях не ощущать затруднений при подъеме вплоть до 5000 метров. Разные высоты и их влияние:

• 5000 метров — наблюдается недостаток кислорода, из-за чего альпинист может потерять сознание.
• 6000 метров — наибольшая высота для постоянных человеческих поселений.
• 8882 метров — высота горы Эверест. Здесь человек, приспособленный к такой высоте, может прожить несколько часов. На этой высоте температура кипения будет составлять +68 градусов по Цельсию.
• 13 500 метров — примерно на такой высоте альпинист в силах выжить, вдыхая чистый кислород. Эта высота является максимальной для выживания без внешней защиты.
• 20 000 метров — на этой высоте человек почти сразу умирает, если находится вне герметической кабины.

Для большего погружения в тему атмосферного давления, рекомендуем посмотреть видео:

Источник