Какое давление при нормальных условиях

Атмосферное давление

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 17 июля 2019; проверки требуют 36 правок.

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 равно отношению веса вышележащего столба воздуха к площади его поперечного сечения. 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].

История[править | править код]

Традиционно считалось, что всасывающие насосы работают из-за того, что «природа боится пустоты». Но голландец Исаак Бекман в тезисах своей докторской диссертации, защищенной им в 1618 году, утверждал: «Вода, поднимаемая всасыванием, не притягивается силою пустоты, но гонима в пустое место налегающим воздухом» (Aqua suctu sublata non attrahitur vi vacui, sed ab aere incumbentein locum vacuum impellitur).

В 1630 году генуэзский физик Балиани написал письмо Галилею о неудачной попытке устроить сифон для подъема воды на холм высотою примерно 21 метр. В другом письме Галилею (от 24 октября 1630 года) Балиани предположил, что подъем воды в трубе обусловлен давлением воздуха.

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.

Изменчивость и влияние на погоду[править | править код]

На земной поверхности атмосферное давление изменяется время от времени и от места к месту. 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.[6] (в центральной части смерча давление падает и может достигать значения 560 мм ртутного столба)[7].

На картах атмосферное давление изображается с помощью изобар — изолиний, соединяющих точки с одинаковым приземным атмосферным давлением, обязательно приведенным к уровню моря[8].

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[править | править код]

В химии стандартным атмосферным давлением с 1983 года по рекомендации IUPAC считается давление, равное 100 кПа[9]. Атмосферное давление является одной из наиболее существенных характеристик состояния атмосферы. В покоящейся атмосфере давление в любой точке равно весу вышестоящего 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).

Барическая ступень[править | править код]

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.

Изменения давления с высотой[править | править код]

Изменение давления с высотой.

С высотой атмосферное давление уменьшается. Например, горная болезнь начинается на высоте около 2-3 км, а атмосферное давление на вершине Эвереста составляет примерно 1/4 от показателя на уровне моря.

В стационарных условиях атмосферное давление уменьшается по мере увеличения высоты, поскольку оно создаётся лишь вышележащим слоем атмосферы. Зависимость давления от высоты описывается барометрической формулой[10].

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. Так как плотность газа зависит от его давления, основное уравнение статики справедливо только для очень тонкого (бесконечно тонкого) слоя воздуха , в котором плотность воздуха почти не изменяется. На практике оно применимо, когда изменение высоты достаточно мало по отношению к приблизительной толщине атмосферы.

Приведение к уровню моря[править | править код]

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) дают:

где — высота в километрах.

Измерения и расчёт показывают в полном согласии, что при подъёме над уровнем моря на каждый километр давление будет падать на 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 ещё более грубом приближении, двукратному изменению давления соответствует изменение высоты на каждые пять километров.

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[править | править код]

Видеоурок: атмосферное давление

• Фактическая погода
• Атмосфера
• Разгерметизация

Примечания[править | править код]

Источники[править | править код]

Сноски[править | править код]

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[править | править код]

• 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[править | править код]

• Медиафайлы по теме Атмосферное давление на 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

Стандартные условия по температуре и давлению — Standard conditions for temperature and pressure

Стандартные температура и давление — это стандартные наборы условий для экспериментальных измерений, которые необходимо установить, чтобы можно было проводить сравнения между различными наборами данных. Наиболее часто используемые стандарты — это стандарты Международного союза теоретической и прикладной химии (IUPAC) и Национального института стандартов и технологий (NIST), хотя они не являются общепринятыми стандартами. Другие организации установили множество альтернативных определений для своих стандартных референсных условий.

В химии IUPAC изменил определение стандартной температуры и давления ( STP ) в 1982 году:

• До 1982 года стандарт STP определялся как температура 273,15 К (0 ° C, 32 ° F) и абсолютное давление ровно 1 атм (101,325 кПа ).
• С 1982 года стандарт STP определяется как температура 273,15 K (0 ° C, 32 ° F) и абсолютное давление точно 10 5 Па (100 кПа, 1 бар ).

STP не следует путать со стандартным состоянием, обычно используемым при термодинамических оценках энергии Гиббса реакции.

NIST использует температуру 20 ° C (293,15 K, 68 ° F) и абсолютное давление 1 атм (14,696 фунтов на кв. Дюйм, 101,325 кПа). Этот стандарт также называется нормальной температурой и давлением (сокращенно NTP ). Эти заявленные значения STP, используемые NIST , не были проверены и требуют источника. Однако значения, указанные в « Современной термодинамике со статистической механикой » Карла С. Хелриха и в «Руководстве по электронной книге NIST Chemistry WebBook » Питера Дж. Линстрома, предполагают, что общий STP, используемый NIST для термодинамических экспериментов, составляет 298,15 K (25 ° C , 77 ° F). ) и 1 бар (14,5038 фунтов на кв. дюйм , 100 кПа) .

Международные стандартные метрические условия для природного газа и аналогичных жидкостей: 288,15 К (15,00 ° C; 59,00 ° F) и 101,325 кПа.

В промышленности и торговле стандартные условия для температуры и давления часто необходимы для определения стандартных эталонных условий для выражения объемов газов и жидкостей и связанных с ними величин, таких как скорость объемного потока (объемы газов значительно зависят от температуры и давления) : стандартные кубические метры в секунду (Sm 3 / s) и нормальные кубические метры в секунду (Nm 3 / s).

Однако во многих технических публикациях (книги, журналы, реклама оборудования и машин) просто указываются «стандартные условия» без их уточнения; часто заменяют термин более старым « нормальными условиями » или «NC». В особых случаях это может привести к путанице и ошибкам. Хорошая практика всегда включает эталонные условия температуры и давления. Если не указано иное, предполагаются некоторые условия окружающей среды в помещении: давление около 1 атм, температура 293 К (20 ° C) и влажность 0%.

Определения

Прошлое использование

До 1918 года многие профессионалы и ученые, использующие метрическую систему единиц, определили стандартные эталонные условия температуры и давления для выражения объемов газа как 15 ° C (288,15 K; 59,00 ° F) и 101,325 кПа (1,00 атм ; 760 торр ). В те же годы наиболее часто используемыми стандартными эталонными условиями для людей, использующих имперскую систему или обычную систему США, были 60 ° F (15,56 ° C; 288,71 K) и 14,696 фунт / кв.дюйм (1 атм), потому что они почти повсеместно использовались для нефти и газовая промышленность по всему миру. Приведенные выше определения больше не используются чаще всего в любой системе единиц.

Текущее использование

В настоящее время организации по всему миру используют множество различных определений стандартных эталонных условий. В таблице ниже перечислены некоторые из них, но их больше. Некоторые из этих организаций в прошлом использовали другие стандарты. Например, с 1982 года ИЮПАК определяет стандартные стандартные условия как 0 ° C и 100 кПа (1 бар), в отличие от своего старого стандарта 0 ° C и 101,325 кПа (1 атм). Новое значение — это среднее атмосферное давление на высоте около 112 метров, что ближе к среднемировой высоте человеческого жилья (194 метра).

Газовые компании Европы, Австралии и Южной Америки приняли 15 ° C (59 ° F) и 101,325 кПа (14,696 фунт / кв. Дюйм) в качестве стандартных эталонных условий для объема газа, которые используются в качестве базовых значений для определения стандартного кубического метра . Кроме того, Международная организация по стандартизации (ISO), Агентство по охране окружающей среды США (EPA) и Национальный институт стандартов и технологий (NIST) имеют более одного определения стандартных исходных условий в своих различных стандартах и ​​правилах.

Стандартные стандартные условия при текущем использовании

Сокращения:

• EGIA: Закон об инспекции электроэнергии и газа (Канады)
• SATP: стандартные температура и давление окружающей среды
• SCF: стандартный кубический фут

Международная стандартная атмосфера

В аэронавтике и гидродинамике « Международная стандартная атмосфера » (ISA) — это спецификация давления, температуры, плотности и скорости звука на каждой высоте. Международная стандартная атмосфера представляет собой атмосферные условия в средних широтах. В США эта информация указана в стандартной атмосфере США, которая идентична «Международной стандартной атмосфере» на всех высотах до 65 000 футов над уровнем моря.

Стандартные лабораторные условия

Поскольку многие определения стандартной температуры и давления значительно отличаются по температуре от стандартных лабораторных температур (например, 0 ° C против ~ 25 ° C), часто делается ссылка на «стандартные лабораторные условия» (термин, специально выбранный для отличия от термина «стандартные условия температуры и давления», несмотря на его смысловую близость при буквальном толковании). Однако то, что является «стандартной» лабораторной температурой и давлением, неизбежно связано с географией, учитывая, что разные части мира различаются климатом, высотой и степенью использования тепла / охлаждения на рабочем месте. Например, в школах Нового Южного Уэльса , Австралия, в стандартных лабораторных условиях используется температура 25 ° C при 100 кПа. ASTM International опубликовала Стандарт ASTM E41 — Терминология, относящаяся к кондиционированию, и сотни специальных условий для конкретных материалов и методов испытаний . Другие организации по стандартизации также имеют специальные стандартные условия испытаний.

Молярный объем газа

При определении молярного объема газа одинаково важно указать применимые эталонные условия температуры и давления, как и при выражении объема газа или объемной скорости потока. Указание молярного объема газа без указания стандартных условий температуры и давления имеет очень мало смысла и может вызвать путаницу.

Молярный объем газов вокруг STP и при атмосферном давлении может быть рассчитан с точностью, которая обычно достаточна при использовании закона идеального газа . Молярный объем любого идеального газа можно рассчитать при различных стандартных условиях, как показано ниже:

• V m = 8,3145 × 273,15 / 101,325 = 22,414 дм 3 / моль при 0 ° C и 101,325 кПа
• V m = 8,3145 × 273,15 / 100,000 = 22,711 дм 3 / моль при 0 ° C и 100 кПа
• V m = 8,3145 × 298,15 / 101,325 = 24,466 дм 3 / моль при 25 ° C и 101,325 кПа
• V m = 8,3145 × 298,15 / 100,000 = 24,790 дм 3 / моль при 25 ° C и 100 кПа
• V m = 10,7316 × 519,67 / 14,696 = 379,48 фут 3 / фунт-моль при 60 ° F и 14,696 фунт / кв. Дюйм (или около 0,8366 фут 3 / грамм-моль)
• V m = 10,7316 × 519,67 / 14,730 = 378,61 фут 3 / фунт-моль при 60 ° F и 14,73 фунт / кв.

Техническая литература может сбивать с толку, потому что многие авторы не могут объяснить, используют ли они постоянную идеального газа R или удельную газовую постоянную R s . Связь между двумя константами: R s = R / m , где m — молекулярная масса газа.

В стандартной атмосфере США (USSA ) в качестве значения R используется 8,31432 м 3 · Па / (моль · К) . Однако USSA, 1976 признает, что это значение не согласуется со значениями постоянной Авогадро и постоянной Больцмана.

Смотрите также

• Экологическая камера
• ISO 1 — стандартная эталонная температура для геометрических характеристик продукта
• Стандартное состояние
• Стандартный уровень моря
• Эталонная атмосферная модель
• Комнатная температура

Заметки

Рекомендации

Внешние ссылки

• «Стандартные условия для газов» из Золотой книги ИЮПАК .
• «Стандартное давление» из Золотой книги ИЮПАК .
• «СТП» из Золотой книги ИЮПАК .
• «Стандартное состояние» из Золотой книги ИЮПАК .

Источник