Ciśnienie atmosferyczne, zwane również ciśnieniem barometrycznym, to siła, jaką powietrze w atmosferze wywiera na powierzchnię Ziemi i na wszystkie ciała.
To ciśnienie nie jest takie samo na całej planecie, zmienia się w zależności od warunków pogodowych i ukształtowania terenu i jest związane ze stężeniem powietrza:
- Bardziej skoncentrowane powietrze: wyższe ciśnienie
- Mniej skoncentrowane powietrze: niższe ciśnienie
Głównymi czynnikami wpływającymi na stężenie i ciśnienie powietrza są: Wysokość i temperatura.
Ciśnienie atmosferyczne po raz pierwszy określił w 1643 r. fizyk i matematyk Evangelista Torricelli.
Jak obliczyć ciśnienie atmosferyczne?
Ciśnienie jest obliczane jako stosunek siły (F) do powierzchni (A).
W przypadku ciśnienia atmosferycznego siła odnosi się do ciężaru, jaki słup powietrza wywiera na określoną powierzchnię. Ciśnienie atmosferyczne jest mierzone w N/m2 (Newton na metr kwadratowy) lub paskala (Pa).
Gdzie,
- fa = siła mierzona w N (Newton)
- TEN = powierzchnia mierzona w m2
- P = ciśnienie mierzone w N/m2 lub paschalny (Pa)
Innym sposobem obliczenia ciśnienia atmosferycznego jest użycie następującego wzoru:
Gdzie,
- re = gęstość mierzona w kg/m³
- H = wysokość mierzona w metrach
- sol = grawitacja mierzona w m/s²
- P = ciśnienie mierzone w pa (Pa)
Ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza
Stosując wzór na ciśnienie atmosferyczne i korzystając z doświadczenia Torricellego jako odniesienia dla wartości, możemy obliczyć ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza. W tych warunkach wartości to:
- Gęstość rtęci: 13,6.103 km/m²3
- Przyśpieszenie grawitacyjne: 9,8 m/s2
- Wysokość osiągnięta przez rtęć w tubie: 76 cm = 0,76 m²
Stosując wzór (P = d x g x h), mamy:
P = 13,6,103 x 9,8 x 0,76
p = 1,013,105 Patelnia
Wartość ciśnienia atmosferycznego na poziomie morza można również wyrazić przez:
| 760 mmHg (milimetry słupa rtęci) |
| 1 atm (atmosfera) |
| 100 000 N/m2 (Newton na metr kwadratowy) |
| 1013 barów (barów) |
| 14696 psi (funt na cal kwadratowy) |
Zrozum też, co to jest siła, gęstość i powaga.
Im wyższa wysokość, tym niższe ciśnienie atmosferyczne
Wysokość jest jednym z głównych czynników wpływających na ciśnienie atmosferyczne. Aby zrozumieć, jak przebiega ta relacja, należy pomyśleć o strukturze atmosfery.
Atmosfera to 800-kilometrowa warstwa powietrza złożona z różnych gazów, takich jak tlen, wodór i azot. Gazy te mają masę i wagę oraz wywierają siłę na wszystkie ciała na powierzchni Ziemi.
Jeśli weźmiemy pod uwagę, że ciśnienie jest siłą na danym obszarze, musimy obliczyć siłę, jaką słup powietrza wywiera na dany obszar.
Im bliżej poziomu morza, tym większa będzie ta kolumna powietrza atmosferycznego, a gdy wznosimy się z ulgą, kolumna ta maleje.
Im większy ciężar kolumny, tym bardziej skoncentrowane jest powietrze, to znaczy cząsteczki powietrza są bliżej siebie. Z drugiej strony, gdy będziemy wznosić się w reliefie, cząsteczki będą bardziej rozrzucone, a powietrze będzie mniej skoncentrowane.
Dlatego wspinacze mają trudności z oddychaniem podczas wspinania się po górach. Ponieważ stężenie powietrza jest niższe, cząsteczki są dalej od siebie, przez co powietrze jest rozrzedzone.
Z drugiej strony na poziomie morza powietrze jest bardzo skoncentrowane, co ułatwia oddychanie.
Zobacz także znaczenie Wysokość i poznaj warstwy atmosfery.
Im wyższa temperatura, tym niższe ciśnienie atmosferyczne
Na ciśnienie atmosferyczne wpływa również temperatura. Pamiętaj tylko, że w wysokich temperaturach cząsteczki ciał oddalają się od siebie – podobnie jak powietrze.
Oznacza to, że w wyższych temperaturach cząsteczki powietrza są bardziej rozproszone, a zatem ciśnienie atmosferyczne jest zwykle niższe.
W zimnych miejscach cząsteczki powietrza sklejają się, zwiększając stężenie gazów i w konsekwencji zwiększając ciśnienie atmosferyczne.
dowiedz się więcej o temperatura.
Praktyczne przykłady ciśnienia atmosferycznego
Zwiększanie ciśnienia w samolotach
Samoloty komercyjne zwykle latają około 11 000 metrów nad powierzchnią Ziemi. Na tej wysokości powietrze nie jest bardzo skoncentrowane i ciśnienie atmosferyczne jest za niskie, co uniemożliwia życie ludzkie.
Aby umożliwić oddychanie wewnątrz kabiny na tej wysokości, samolot jest pod ciśnieniem. Oznacza to, że do kabiny wtłaczana jest duża ilość powietrza, aż do osiągnięcia ciśnienia odpowiedniego dla ludzi.
Podczas lotu ciśnienie wewnątrz samolotu jest znacznie większe niż ciśnienie w atmosferze na zewnątrz i aby to ciśnienie się nie zmieniało, kabina samolotu musi być całkowicie uszczelniona.
Ponieważ powietrze przepływa z obszaru o wyższej gęstości do obszaru o niższej gęstości, każdy wyciek w kabinie spowoduje szybkie ucieczkę powietrza z samolotu, powodując obniżenie ciśnienia.
dowiedz się więcej o nacisk.
Płyn w słomce
Picie płynu w słomce jest możliwe tylko dzięki działaniu ciśnienia atmosferycznego. Dzieje się tak, ponieważ ciśnienie atmosferyczne wywiera siłę na płyn w kubku.
Wewnątrz słomy jest powietrze, a więc ciśnienie, ale kiedy wyciągamy powietrze z wnętrza słomy, zmniejszamy ciśnienie wewnątrz.
Ponieważ ciśnienie atmosferyczne „popycha” ciecz w dół i gdy ciecz przepływa od najwyższego do najniższego ciśnienia, ciecz będzie się unosić przez słomkę, aż dotrze do ust.
Barometr: przyrząd do pomiaru ciśnienia atmosferycznego
Pomiaru ciśnienia atmosferycznego dokonał po raz pierwszy w 1643 roku włoski fizyk i matematyk Evangelista Torricelli.
Torricelli stworzył barometr rtęci, przyrząd składający się z probówki o długości 1 metra i drugiego dolnego pojemnika, podobnego do miski. Oba pojemniki były wypełnione rtęcią.
W jego eksperymencie probówka została umieszczona w misce otwartym końcem do dołu, aby do probówki nie mogło dostać się powietrze.
Ciecz zaczęła spływać z rurki do miski i układ doszedł do równowagi, gdy słupek rtęci osiągnął 76 cm. W górnej części probówki powstała próżnia.
Stabilizacja systemu oznacza, że ciśnienie atmosferyczne, które kolumna rtęci wywiera na ciecz, jest równe ciśnieniu atmosferycznemu wywieranemu przez atmosferę na zewnątrz.
W ten sposób Torricelli ustalił, że ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza wyniesie 76 cmHg lub 760 mmHg.
Zobacz także znaczenie atmosfera.
