Какое давление воздуха на высоте 10000 метров

Зависимость давления воздуха от высоты

Многие люди, особенно альпинисты, пастухи на горных пастбищах, знают, что с увеличением высоты уменьшается давление воздуха. Становится трудно дышать, невозможно сварить горячую пищу, чай. Естественно, появляется вопрос: почему давление воздуха уменьшается с высотой? Рассмотрим решение этого вопроса.

Что такое воздух? Воздух — это бесцветная смесь различных газов, составляющих атмосферу нашей планеты. Основными газами, из которых состоит воздух, являются азот (78 %), кислород (21 %), аргон (0,9 %), углекислый газ (0,03 %) и другие. С точки зрения физики поведение воздуха при существующих условиях на Земле подчиняется законам идеального газа. Согласно этой модели молекулы и атомы газа не взаимодействуют друг с другом, расстояния между ними огромные по сравнению с их размерами, а скорости движения при комнатной температуре по расчетам по молекулярно-кинетической теории газов составляют порядка 460 м/с.

Что такое «давление» с физической точки зрения.

Под давлением воздуха понимают силу, с которой воздушный столб давит на поверхность. В физике она измеряется в паскалях (Па). 1 Па означает, что сила в 1 ньютон (Н) перпендикулярно приложена к поверхности площадью 1 м2. Поэтому давление 1 Па — это очень маленькое давление. На уровне моря давление воздуха составляет примерно 0,1 МПа (точнее -101 325 Па), что соответствует давлению 1 атмосфера. Это значит, что на площадку 1 см2 воздух давит с силой 1 кгс, а на площадку 1 м2 — 100 х 100 =10’000 кгс = 10 тонно-силы (или 100 кН)! Это очень много, но человек ее не ощущает, так как внутри него каждая клетка создает аналогичное противодавление. Последний факт говорит о том, что давление атмосферы с разных сторон на человека взаимно компенсируется.

Кстати, если внезапно возле человека убрать давление воздуха, то он взорвется! По настоящему. По этой причине водолазы с большой глубины должны подниматься достаточно медленно, чтобы жидки составляющие организма (например, кровь) не вскипели.

Зависимость давления от высоты

Атмосферу около нашей планеты существует за счет земной гравитации. Эти же силы являются виновниками падения давления воздуха с увеличением высоты. Но не только земное притяжение приводит к уменьшению давления. Снижение температуры тоже вносит свой вклад. Основная причина, по которой изменяется давление с высотой, заключается в том, что на каждый последующий слой воздуха давит меньшее количество воздуха. На поверхности Земли давлению в 1 атм. Соответствует тот факт, что весь столб воздуха площадью в 1 см2 от поверхности Земли и до далекого космоса весит 1 кг. Для расчета изменения давления воздуха с высотой можно использовать гидростатическую формулу зависимости давления от глубины (высоты). Изменение этого давления можно определить по формуле

dP = -ρ * g * dh, (1)

где: dP — величина изменения давления при изменении высоты на dh,

ρ — плотность воздуха,

g — ускорение свободного падения.

Из уравнения состояния идеального газа можно получить, что

ρ = P * m / (k * T), (2)

где m — масса 1 молекулы,

T — его температура,

k — постоянная Больцмана.

Объединяя две приведенные выше формулы и решая полученное уравнение относительно давления и высоты, можно получить следующую формулу:

Ph = P₀ * e^[-m*g*h/(k*T)], (3)

где Ph и P₀ — давление на высоте h и на высоте уровня моря, соответственно,

P₀ = 101 325 Па,

g = 9,8 м/с² ,

k = 1,38*10^-23 Дж/К,

m = 4,817*10^-26 кг (с учетом молярной массы воздуха 29 г/моль),

^ — знак возведения в степень.

Подставляя известные значения в (3):

m * g / k =4,817*10^-26 кг*9,8 м/с² / 1,38*10^-23 Дж/К = 34,2 *10^-3 = 0,0342,

ее можно переписать в окончательном виде:

Ph = P₀ *e-m*g*h/(k*T) → 101 325 * e^-0,0342*h/T (4)

Полученное выражение может использоваться для расчетов зависимости атмосферного давления от высоты и температуры (постоянной на любой высоте) называется барометрической формулой. Для примера рассчитаем давление воздуха на вершине горы Джомолунгма (или — Эверест) в Китае на Гималайских горах на высоте 8848 м.

Для решения задачи воспользуемся формулой (4) зависимости давления от высоты. Для расчетов примем следующие значения неизвестных параметров:

T = 293 K (20 ℃),

h = 8848 м,

Подставляя эти числа в (4), получаем:

Ph = 101 325 *e^-0,0342*8848/293 = 101 325 *e^-1,0327 = 36076 Па, (5)

Это значение почти в три раза меньше, чем на уровне поверхности моря.

Ссылка на мою статью Как написать формулы в статье на Дзен?

Мои странички на Дзен: https://zen.yandex.ru/id/5e036c95fc69ab00aecfe6e9

Если хотите узнать, что обозначает слово или словосочетание, в ОПЕРЕ выделите это слово(сочетание), нажмите правую клавишу мыши и выберите «Искать в …», далее — «Yandex». Если это текстовая ссылка — выделите ее, нажмите правую клавишу мыши, выберите «перейти …». Все! О-ля-ля!

Если вам понравилась статья, то поставьте «лайк» и подпишитесь на канал! Если не понравилась — все равно комментируйте и подписывайтесь. Этим вы поможете каналу. И делитесь ссылками в ваших соцсетях!

Источник

Как с высотой изменяется атмосферное давление. Формула, график

Не все знают, что на разной высоте давление атмосферы отличается. Существует даже специальный прибор для измерения и давления, и высоты. Называется он барометр-альтиметр. В статье мы подробно изучим, как с высотой изменяется атмосферное давление и при чем тут плотность воздуха. Рассмотрим эту зависимость на примере графика.

Давление атмосферы на разных высотах

Атмосферное давление зависит от высоты. При ее увеличении на 12 м давление уменьшается на 1 мм ртутного столба. Этот факт можно записать с помощью такого математического выражения: ∆h/∆P=12 м/мм рт. ст. ∆h — это изменение высоты, ∆P — изменение атмосферного давления при изменении высоты на ∆h. Что из этого следует?

Из формулы видно, как с высотой изменяется атмосферное давление. Значит, если мы поднимемся на 12 м, то АД уменьшится на 12 мм ртутного столба, если на 24 м — то на 2 мм ртутного столба. Таким образом, измеряя атмосферное давление, можно судить о высоте.

Миллиметры ртутного столба и гектопаскали

В некоторых задачах давление выражается не в миллиметрах ртутного столба, а в паскалях или гектопаскалях. Запишем вышеприведенное соотношение для случая, когда давление выражено в гектопаскалях. 1 мм рт. ст. =133,3 Па =1,333 гПа.

Теперь выразим соотношение высоты и атмосферного давления не через миллиметры ртутного столба, а через гектопаскали. ∆h/∆P=12 м/1,333 гПа. После вычисления получим: ∆h/∆P=9 м/гПа. Выходит, что когда мы поднимаемся на 9 метров, то давление уменьшается на один гектопаскаль. Нормальное давление — это 1013 гПа. Округлим 1013 до 1000 и примем, что на поверхности Земли именно такое АД.

Если мы поднимаемся на 90 м, как с высотой изменяется атмосферное давление? Оно уменьшается на 10 гПа, на 90 м — на 100 гПа, на 900 м — на 1000 гПа. Если на земле давление в 1000 гПа, а мы поднялись на 900 м вверх, то атмосферное давление стало нулевым. Так что, получается что атмосфера заканчивается на девятикилометровой высоте? Нет. На такой высоте есть воздух, там летают самолеты. Так в чем же дело?

Связь плотности воздуха и высоты. Особенности

Как с высотой изменяется атмосферное давление вблизи поверхности Земли? На этот вопрос уже ответила картинка выше. Чем больше высота, тем меньше плотность воздуха. Покуда мы находимся недалеко от поверхности земли, изменение плотности воздуха незаметно. Поэтому на каждую единицу высоты давление уменьшается примерно на одно и тоже значение. Два записанные нами ранее выражения нужно воспринимать как правильные, только если мы находимся недалеко от поверхности Земли, не выше 1-1,5 км.

График, показывающий как атмосферное давление изменяется с высотой

Теперь перейдем к наглядности. Построим график зависимости давления атмосферы от высоты. При нулевой высоте P0=760мм рт. ст. Из-за того, что с ростом высоты давление уменьшается, атмосферный воздух будет менее сжат, его плотность станет меньше. Поэтому на графике зависимость давления от высоты не будет описываться прямой линией. Что это значит?

Как с высотой изменяется атмосферное давление? Над поверхностью земли? На высоте 5,5 км оно уменьшается в 2 раза (Р0/2). Оказывается, что если мы поднимемся еще на такую же высоту, то есть на 11 км, давление уменьшится еще вдвое и будет равно Р0/4 и т. д.

Соединим точки, и мы увидим, что график — это не прямая, а кривая. Почему, когда мы записывали соотношение зависимости, складывалось впечатление, что на высоте 9 км атмосфера заканчивается? Мы считали, что график является прямой на любых высотах. Это было бы так, если бы атмосфера была жидкой, то есть если бы ее плотность была постоянной.

Важно понимать, что этот график является лишь фрагментом зависимости на малых высотах. Ни на какой точке этой линии давление не снижается до нуля. Даже в глубоком космосе существуют молекулы газов, которые, правда, не имеют отношение к земной атмосфере. Ни в одной точке Вселенной не существует абсолютного вакуума, пустоты.

Источник

Влияние высоты на организм человека

Необходимы дополнения…

Из курса физики хорошо известно, что с повышением высоты над уровнем моря атмосферное давление падает. Если до высоты 500 метров никаких значительных изменений этого показателя не наблюдается, то при достижении 5000 метров атмосферное давление уменьшается почти вдвое. С уменьшением атмосферного давления падает и парциальное давление кислорода в воздушной смеси, что моментально сказывается на работоспособности человеческого организма. Механизм этого воздействия объясняется тем, что насыщение крови кислородом и его доставка к тканям и органам осуществляется за счёт разности парциального давления в крови и альвеолах лёгких, а на высоте эта разница уменьшается.

До высоты в 3500 — 4000 метров организм сам компенсирует нехватку кислорода, поступающего в лёгкие, за счёт учащения дыхания и увеличения объёма вдыхаемого воздуха (глубина дыхания). Дальнейший набор высоты, для полной компенсации негативного воздействия, требует использования лекарственных средств и кислородного оборудования (кислородный баллон).

Кислород необходим всем органам и тканям человеческого тела при обмене веществ. Его расход прямо пропорционален активности организма. Нехватка кислорода в организме может привести к развитию горной болезни, которая в предельном случае — отёке мозга или лёгких — может привести к смерти. Горная болезнь проявляется в таких симптомах, как: головная боль, отдышка, учащённое дыхание, у некоторых болезненные ощущения в мышцах и суставах, снижается аппетит, беспокойный сон и т. д.

Переносимость высоты очень индивидуальный показатель, определяемый особенностями обменных процессов организма и тренированностью.

Большую роль в борьбе с негативным влиянием высоты играет акклиматизация, в процессе которой организм учится бороться с недостатком кислорода.

• Первой реакцией организма на понижение давления является учащение пульса, повышение кровяного давления и гипервентиляция лёгких, наступает расширение капилляров в тканях. В кровообращение включается резервная кровь из селезёнки и печени (7 — 14 дней).

• Вторая фаза акклиматизации заключается в повышение количества производимых костным мозгом эритроцитов практически вдвое (от 4,5 до 8,0 млн. эритроцитов в мм3 крови), что приводит к лучшей переносимости высоты.

Благотворное влияние на высоте оказывает употребление витаминов, особенно витамина С.

Интенсивность развития горной болезни в зависимости от высоты.[1]

Источники:

1. www.tropa.dp.ua

2. Рототаев П. С. Р79 Покоренные гиганты. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Мысль», 1975. 283 с. с карт.; 16 л. ил.

Источник

Какое давление на высоте 10000 метров в атмосферах

Откуда в самолете воздух при полете?

Многие из нас часто или редко, но летают на самолетах. И совсем не задумываются о том, чем они дышат в течение всего полета. Между тем, на высоте порядка десяти тысяч метров давление атмосферы настолько низкое, что имеющийся там кислород не в состоянии обеспечивать дыхание живого организма.

Если вы думаете, что на самолете предусмотрены некие цистерны со сжатым воздухом, которым и пользуются все пассажиры, то это, конечно, не так. Поднимать в небо такие цистерны с немалым весом — непозволительное расточительство. На самом деле все пассажиры и члены экипажа всё же дышат тем воздухом, который поступает в самолет снаружи. Но как же это возможно?

В современных авиалайнерах система работает следующим образом. Часть воздуха, попадая в двигатель, поступает во внешний контур, а другая часть — во внутренний. Во внутреннем контуре этот воздух проходит через компрессор (в результате чего давление повышается) и нагревается в результате сжатия. Часть этого воздуха, необходимого для работы двигателя, отводится в салон самолета.

Этот воздух чистый, но перед тем, как попасть в салон, он всё равно проходит через фильтры. Кроме того, этот воздух горячий, и для его охлаждения его пропускают через радиаторы и турбохолодильник, где его температура значительно понижается.

Смешивая горячий и холодный воздух, пилот самолета может установить необходимую температуру в салоне. Также система может регулировать и давление. Кстати, давление воздуха внутри самолета немного меньше того, чем мы привыкли дышать на земле, и примерно соответствует давлению на высоте 2400-2700 метров над уровнем моря. Это сделано для того, чтобы уменьшить нагрузку на фюзеляж, что, в свою очередь, позволяет значительно облегчить его. И именно из-за изменения давления у многих в самолете закладывает уши.

Разумеется, самолетные системы следят за тем, чтобы параметры воздуха не вышли за пределы допустимых значений — ни по давлению, ни по температуре. Как бы пилот не хотел устроить в салоне сауну, температуру выше 30 градусов он сделать не сможет. Если же давление воздуха превысит нормы, то воздух будет стравливаться через специальные клапаны.

Многие могут спросить — а как обстоит дело при пожаре в одном из двигателей? Поступит ли ядовитый дым в салон? Нет, не поступит. Пилот может отключить подачу воздуха с одного из двигателей, а в некоторых самолетах это даже делается автоматически. Кроме того, если вдруг отказали все двигатели и давление в салоне упало до критических значений — срабатывает датчик, и над каждым пассажиром выкидывается маска для дыхания.

Кислород в маску поступает опять-таки не из цистерны, которую возить слишком накладно. Он вырабатывается химическим генератором, который есть над каждым рядом сидений. За десять минут его работы пилоты должны снизить самолет до высоты, где давление забортного воздуха позволяет людям нормально дышать.

Примерно так работает система кондиционирования воздуха в большинстве самолетов. Разумеется, бывают и исключения — например, в Boeing 787 стоит совсем другая система, и воздух в салон поступает не через двигатели. Но это уже другая история.

Источник

Зависимость давления воздуха от высоты

Многие люди, особенно альпинисты, пастухи на горных пастбищах, знают, что с увеличением высоты уменьшается давление воздуха. Становится трудно дышать, невозможно сварить горячую пищу, чай. Естественно, появляется вопрос: почему давление воздуха уменьшается с высотой? Рассмотрим решение этого вопроса.

Что такое воздух? Воздух — это бесцветная смесь различных газов, составляющих атмосферу нашей планеты. Основными газами, из которых состоит воздух, являются азот (78 %), кислород (21 %), аргон (0,9 %), углекислый газ (0,03 %) и другие. С точки зрения физики поведение воздуха при существующих условиях на Земле подчиняется законам идеального газа. Согласно этой модели молекулы и атомы газа не взаимодействуют друг с другом, расстояния между ними огромные по сравнению с их размерами, а скорости движения при комнатной температуре по расчетам по молекулярно-кинетической теории газов составляют порядка 460 м/с.

Что такое «давление» с физической точки зрения.

Под давлением воздуха понимают силу, с которой воздушный столб давит на поверхность. В физике она измеряется в паскалях (Па). 1 Па означает, что сила в 1 ньютон (Н) перпендикулярно приложена к поверхности площадью 1 м2. Поэтому давление 1 Па — это очень маленькое давление. На уровне моря давление воздуха составляет примерно 0,1 МПа (точнее -101 325 Па), что соответствует давлению 1 атмосфера. Это значит, что на площадку 1 см2 воздух давит с силой 1 кгс, а на площадку 1 м2 — 100 х 100 =10’000 кгс = 10 тонно-силы (или 100 кН)! Это очень много, но человек ее не ощущает, так как внутри него каждая клетка создает аналогичное противодавление. Последний факт говорит о том, что давление атмосферы с разных сторон на человека взаимно компенсируется.

Кстати, если внезапно возле человека убрать давление воздуха, то он взорвется! По настоящему. По этой причине водолазы с большой глубины должны подниматься достаточно медленно, чтобы жидки составляющие организма (например, кровь) не вскипели.

Зависимость давления от высоты

Атмосферу около нашей планеты существует за счет земной гравитации. Эти же силы являются виновниками падения давления воздуха с увеличением высоты. Но не только земное притяжение приводит к уменьшению давления. Снижение температуры тоже вносит свой вклад. Основная причина, по которой изменяется давление с высотой, заключается в том, что на каждый последующий слой воздуха давит меньшее количество воздуха. На поверхности Земли давлению в 1 атм. Соответствует тот факт, что весь столб воздуха площадью в 1 см2 от поверхности Земли и до далекого космоса весит 1 кг. Для расчета изменения давления воздуха с высотой можно использовать гидростатическую формулу зависимости давления от глубины (высоты). Изменение этого давления можно определить по формуле

где: dP — величина изменения давления при изменении высоты на dh,

ρ — плотность воздуха,

g — ускорение свободного падения.

Из уравнения состояния идеального газа можно получить, что

где m — масса 1 молекулы,

T — его температура,

k — постоянная Больцмана.

Объединяя две приведенные выше формулы и решая полученное уравнение относительно давления и высоты, можно получить следующую формулу:

где Ph и P₀ — давление на высоте h и на высоте уровня моря, соответственно,

P₀ = 101 325 Па,

g = 9,8 м/с² ,

k = 1,38*10^-23 Дж/К,

m = 4,817*10^-26 кг (с учетом молярной массы воздуха 29 г/моль),

^ — знак возведения в степень.

Подставляя известные значения в (3):

m * g / k =4,817*10^-26 кг*9,8 м/с² / 1,38*10^-23 Дж/К = 34,2 *10^-3 = 0,0342,

ее можно переписать в окончательном виде:

Ph = P₀ *e-m*g*h/(k*T) → 101 325 * e^-0,0342*h/T (4)

Полученное выражение может использоваться для расчетов зависимости атмосферного давления от высоты и температуры (постоянной на любой высоте) называется барометрической формулой. Для примера рассчитаем давление воздуха на вершине горы Джомолунгма (или — Эверест) в Китае на Гималайских горах на высоте 8848 м.

Для решения задачи воспользуемся формулой (4) зависимости давления от высоты. Для расчетов примем следующие значения неизвестных параметров:

T = 293 K (20 ℃),

h = 8848 м,

Подставляя эти числа в (4), получаем:

Ph = 101 325 *e^-0,0342*8848/293 = 101 325 *e^-1,0327 = 36076 Па, (5)

Это значение почти в три раза меньше, чем на уровне поверхности моря.

Если хотите узнать, что обозначает слово или словосочетание, в ОПЕРЕ выделите это слово(сочетание), нажмите правую клавишу мыши и выберите «Искать в . «, далее — «Yandex». Если это текстовая ссылка — выделите ее, нажмите правую клавишу мыши, выберите «перейти …». Все! О-ля-ля!

Если вам понравилась статья, то поставьте «лайк» и подпишитесь на канал! Если не понравилась — все равно комментируйте и подписывайтесь. Этим вы поможете каналу. И делитесь ссылками в ваших соцсетях!

Источник

Какая температура за бортом самолета на высоте 10000 метров?

Температура за бортом самолета на высоте 10000 метров будет определяться соотношением субтропических широт со временем года. Средние показатели данной высоты достигают -55 °С.

Рассуждая логически, можно заключить: чем выше от земли, тем теплее, потому что ближе к солнцу. Ведь солнце — это источник тепла, а оно вверху. Однако, происходит обратное, чем выше взлететь, тем холоднее будет. А всё потому, что тепло поднимается от земли, прогретой солнечными лучами.

Что такое атмосфера?

Атмосфера — это воздушная масса, которая окружает землю и вращается вместе с ней с определённой скоростью. Атмосфера состоит из смеси газов (азот, озон, кислород, углекислый газ, гелий), а также примесей — замёрзшие частички влаги, пыль, морская соль, капельки воды, вещества горения. Некоторые погодные явления формируются высоко в атмосфере. Благодаря ей люди, животные, растения могут дышать. Проще говоря, земная жизнь возможна благодаря кислороду, содержащемуся в атмосфере.

Температурные показатели за бортом самолета на высоте 10000

Летом атмосфера охлаждается с каждым километром приблизительно на 6°С. Поэтому можно легко подсчитать: если около земли +15 °С, значит, на расстоянии 10 км от земли показатели термометра будут составлять -45°С.

Зимой температура высчитывается по-другому. На расстоянии 10 км она будет значительно ниже, чем летом. Температурные данные воздуха зимой на расстоянии 10000 км труднее вычислить, чем в летнее время.

Температурные показатели за бортом самолета на разной высоте полета

Зависимо от высоты полёта плотность воздуха будет отличаться. Воздух верхних слоёв тропосферы разряжен. А чем более разряжена газовая среда, тем меньше способна проводить и удерживать тепло. Поэтому солнечные лучи, проходя сквозь, не прогревают верхние слои атмосферы. Однако земная поверхность (суша и вода), поглощает тёплые солнечные излучения. Затем земля источает полученное тепло. Чем ближе к ней, тем больше тепла. Таким неравномерным образом прогревается весь слой тропосферы.

Излучение тепла, идущее от земной поверхности вверх, способно прогреть воздух всего лишь до 15-18 км. Выше этой границы температурные показатели значительно уменьшаются. Но пассажирские авиалайнеры так высоко не летают.

Структура атмосферы за бортом

Верхняя часть тропосферы варьируется от 8 до 18 км. Такая разница объясняется различием тропических, полярных и умеренных широт. Нижняя часть атмосферы вмещает 80% всей воздушной массы и почти все водяные пары, которые содержаться в воздухе.

В тропосфере образуются облака всех ярусов, формируются циклоны, антициклоны, выпадают осадки. Нижние её слои плотнее, что является причиной турбулентности. Содержание газов верхних слоёв тропосферы ограниченно, из-за чего снижается атмосферное давление и плотность. На больших высотах полёты проходят более комфортно.

Температурные данные за бортом авиалайнера

Какая температура за бортом самолета? На этот вопрос сложно дать конкретный ответ. Многое зависит от того, какое время года выбрано для полёта, а также местоположение лайнера относительно климатических поясов. От этих данных будет зависеть воздушная плотность, а значит, и формула, по которой рассчитываются показатели термодатчиков. В разных климатических поясах метеорологические данные будут сильно отличаться.

Для чего нужно знать температуру воздуха при полёте? Эти данные позволяют рассчитать тягу двигателя, подъёмную силу крыла, расход топлива и нагрузку на разные элементы самолёта. От этого зависит безопасность полёта.

Источник

Источник