Общие сведения
Воздух имеет массу. Хоть она и в множество раз меньше массы Земли, но она есть. Вся масса атмосферы составляет 5,2 × 1021 г., а 1 м3 на поверхности земли весит 1033 кг. Масса атмосферы давит на все объекты которые расположены на Земле. Силу, с которой атмосфера давит на поверхности Земли называют атмосферным давлением. На каждого человека давит столб воздуха примерно в 15т. Если бы мы не имели внутреннего давления равного внешнему, нас бы раздавило сразу же. Все живые организмы эволюционировали в таких атмосферных условиях. Мы привыкли к такому давлению и не сможем существовать при значительно другом давлении.
Прибор измерения давления
В наше время атмосферное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба (мм.рт.ст.). Для такого определения используется специальное устройство — Барометр. Они бывают :
- жидкостный — имеет стеклянную трубку размером не менее 80 см в длину. Трубка заполнена ртутью и опущена в чашу с ртутью
- гипсотермометр — прибор для измерения высоты над уровнем моря на основе зависимости точки кипения воды от атмосферного давления
- газовый — давление измеряется по величине объема постоянного количества газа, изолированного от внешнего воздуха подвижным столбиком жидкости
- барометр-анероид — имеет металлическую коробку с эластичными стенками, где удален воздух. При изменении атмосферного давления стенки коробки изменяются
Нормальное атмосферное давление
Нормальным атмосферным давлением считают условия давления воздуха при температуре 0°С над уровнем моря на широте 45°. В таких условиях воздух давит на каждый 1 см2 поверхности Земли с силой 1,033 кг. При этом ртутный столбик показывает 760 мм.рт.ст.
Опыт Торричелли
Впервые цифра 760 мм была получена учениками Галилео галилея в 1644г., а именно Винченцо Вивиани (1622 — 1703) и Эванджелистом Торричелли (1608 — 1647). Первый ртутный барометр был создан Торричелли. Он запаял стеклянную трубку с одного конца, наполнил ее ртутью и опустил в чашку с ртутью. Уровень ртути в трубке понизился из-за выливании части ртути в чашку. Над столбиком ртути внутри трубы образовалась пустота, которая получила название Торричелливая пустота (рис.1). 760 мм.рт.ст. принято считать за одну атмосферу. 1 атм = 101325 ПА = 1,01325 Бар.
Рисунок — 1
Пониженное и повышенное атмосферное давление
На Земле давление воздуха в разных уголках Земли разное. Также оно изменяется из-за изменении температуры или ветров или высоты над уровнем моря. Чем выше находится массы воздуха от Земли, те он более разреженный. В тропосфере атмосферное давление понижается в среднем 1мм.рт.ст. на каждые 10,5 м подъема.
Также атмосферное давление в течении одних суток повышается дважды (вечером и утром) и понижается дважды (после полуночи и полудня). Распределения атмосферное давление имеет выраженный характер. В экваториальных широтах поверхность Земли сильно греется. Горячий воздух при нагревании расширяется и становится легче из-за чего он поднимается вверх. В итоге имеем то, что возле экватора в основном низкое давление. При быстром понижении атмосферного давления на определенной местности можно заметить туман.
У полюсов при низких температурах воздух опускается из-за своей тяжести. Общая схема распределения давление видна на рис.2. На рисунку видно линии, которые разделяют пояса разного давления. Чем Эти линии называют изобарами. Чем ближе эти линии друг к другу, тем быстрее может изменяются давление на расстоянии. Барический градиент — величина изменения атмосферного давление на единицу расстояния (100 км).
Рисунок — 2
Таблица 1 — единицы давления
Паскаль (Па) | Бар (бар) | Техническая атмосфера (ат) | Физическая атмосфера (атм) | Миллиметр ртутного столба (мм.рт.ст) | Метр водяного столба (м вод.ст.) | Фунт-сила на кв. дюйм (psi) | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1 Па | 1 Н/м2 | 10-5 | 10,197 × 10-6 | 7,5006 × 10-3 | 1,0197 × 10-4 | 145,04 × 10-6 | |
1 бар | 105 | 1 × 106 дин/см2 | 1,0197 | 0,98692 | 750,06 | 10,197 | 14504 |
1 ат | 98066,5 | 0,980665 | 1 кгс/см2 | 0,96784 | 735,56 | 10 | 14,223 |
1 атм | 101325 | 1,01325 | 1,01325 | 1 атм | 760 | 10,33 | 14,696 |
1 мм.рт.ст. | 133,322 | 1,3332 × 10-3 | 1,3595 × 10-3 | 1,3158 × 10-3 | 1 мм.рт.ст. | 13,595 × 10-3 | 19,337 × 10-3 |
1 м вод.ст. | 9806,65 | 9,80665 × 10-2 | 0,1 | 0,096784 | 73,556 | 1 м вод.ст. | 1,4223 |
1 psi | 6894,76 | 68,948 × 10-3 | 70,307 × 10-3 | 68,046 × 10-3 | 51,715 | 0,70307 | 1 lbf/in2 |