Περιεχόμενο
Ο αέρας είναι ένα αέριο, αλλά για τους σκοπούς του υπολογισμού της ατμοσφαιρικής πίεσης, θα μπορούσατε να το θεωρήσετε ως υγρό και να υπολογίσετε την πίεση στο επίπεδο της θάλασσας χρησιμοποιώντας την έκφραση για πίεση ρευστού. Αυτή η έκφραση είναι P = ∂gh, όπου ∂ είναι η πυκνότητα του αέρα, g είναι η επιτάχυνση της βαρύτητας, και h είναι το ύψος της ατμόσφαιρας. Η προσέγγιση αυτή δεν λειτουργεί, όμως, επειδή ούτε το ∂ ούτε το h είναι σταθερά. Η παραδοσιακή προσέγγιση είναι να μετρηθεί το ύψος μίας στήλης υδραργύρου. Αν ψάχνετε για ατμοσφαιρική πίεση σε ένα συγκεκριμένο υψόμετρο, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τη βαρομετρική φόρμουλα. Αυτή είναι μια πολύ σύνθετη σχέση που εξαρτάται από πολλές μεταβλητές, οπότε είναι πιο εύκολο να αναζητήσετε μόνο την αξία που χρειάζεστε σε ένα τραπέζι.
TL · DR (Πολύ μακρύ;
Οι επιστήμονες υπολογίζουν την ατμοσφαιρική πίεση σε επίπεδο θάλασσας μετρώντας το ύψος μιας στήλης υδραργύρου και υπολογίζοντας την πίεση που πρέπει να ασκήσει η ατμόσφαιρα για να ανεβάσει τη στήλη σε αυτό το ύψος.
Το Βαρόμετρο του Ερμή
Βυθίστε ένα γυάλινο σωλήνα με ένα κλειστό άκρο σε ένα δίσκο υδραργύρου και αφήστε τον αέρα να διαφύγει και στη συνέχεια γυρίστε το σωλήνα σε όρθια θέση με το άνοιγμα βυθισμένο στον υδράργυρο. Θα έχετε μια στήλη υδραργύρου στο εσωτερικό του σωλήνα και ένα κενό μεταξύ της κορυφής της στήλης και του άκρου του σωλήνα. Η πίεση που ασκείται από την ατμόσφαιρα στον υδράργυρο του δίσκου στηρίζει τη στήλη, οπότε το ύψος της στήλης είναι ένας τρόπος μέτρησης της ατμοσφαιρικής πίεσης. Εάν ο σωλήνας βαθμολογείται σε χιλιοστά, το ύψος της στήλης θα είναι περίπου 760 mm, ανάλογα με τις ατμοσφαιρικές συνθήκες. Αυτός είναι ο ορισμός της 1 ατμόσφαιρας πίεσης.
Ο υδράργυρος είναι ένα υγρό, έτσι μπορείτε να υπολογίσετε την πίεση που απαιτείται για να στηρίξετε τη στήλη χρησιμοποιώντας την εξίσωση P = ∂gh. Στην εξίσωση αυτή, ∂ είναι η πυκνότητα του υδραργύρου και το h είναι το ύψος της στήλης. Στις μονάδες SI (μετρική), μία ατμόσφαιρα είναι ίση με 101,325 Pa (Pascals), και σε βρετανικές μονάδες, ίση με 14,696 psi (λίβρες ανά τετραγωνική ίντσα). Ο torr είναι μια άλλη μονάδα ατμοσφαιρικής πίεσης που ορίζεται αρχικά ότι είναι ίση με 1 mm Hg. Ο τρέχων ορισμός του είναι 1 torr = 133,32 Pa. Μια ατμόσφαιρα = 760 torr.
Η βαρομετρική φόρμουλα
Παρόλο που δεν μπορείτε να παράγετε ατμοσφαιρική πίεση σε επίπεδο θάλασσας από το συνολικό ύψος της ατμόσφαιρας, μπορείτε να υπολογίσετε τις μεταβολές της πίεσης του αέρα από το ένα ύψος στο άλλο. Το γεγονός αυτό, μαζί με άλλες εκτιμήσεις, συμπεριλαμβανομένου του ιδανικού νόμου για το αέριο, οδηγούν σε μια εκθετική σχέση μεταξύ της πίεσης της στάθμης της θάλασσας (Ρ0) και την πίεση στο ύψος h (Ph). Αυτή η σχέση, γνωστή ως βαρομετρική φόρμουλα, είναι:
Πh = Ρ0μι-mgh / kT
Αν και αυτή η εξίσωση προβλέπει πιέσεις σε διάφορα ύψη, οι προβλέψεις της διαφέρουν από την παρατήρηση. Για παράδειγμα, προβλέπει μια πίεση 25 torr σε ύψος 30 km (19 mi), αλλά η παρατηρηθείσα πίεση σε αυτό το ύψος είναι μόνο 9,5 torr. Η απόκλιση οφείλεται κυρίως στο γεγονός ότι οι θερμοκρασίες είναι πιο κρύες σε υψηλότερες τιμές.