Torricelli Eksperimen Tekanan Atmosfera, Kepentingan

Dia Eksperimen Torricelli Ia dijalankan oleh ahli fizik dan ahli matematik Itali.

Eksperimen ini timbul dari keperluan untuk meningkatkan bekalan air di bandar -bandar. Penginjil Torricelli (1608-1647), yang merupakan ahli matematik Mahkamah Grand Duke of Tuscany Fernando II, telah belajar dengan Galileo fenomena hidraulik.

Rajah 1. Percubaan Torricelli, di mana lajur merkuri adalah 760 mm disebabkan oleh tekanan atmosfera. Sumber: f. Zapata.

[TOC]

Percubaan

Pada tahun 1644, Torricelli membuat pengalaman berikut:

- Mercury diperkenalkan di dalam tiub panjang 1 m, dibuka oleh satu hujung dan ditutup oleh yang lain.

- Apabila tiub itu penuh, dia melaburnya dan membatalkannya dalam bekas yang juga mengandungi merkuri.

- Torricelli memerhatikan bahawa lajur turun dan berhenti pada kira -kira 76 cm tinggi.

- Dia juga menyedari bahawa di ruang yang bebas, vakum telah dihasilkan, walaupun tidak sempurna.

Torricelli mengulangi eksperimen menggunakan tiub yang berbeza. Dia juga melakukan varian kecil: dia menambah air ke baldi yang, lebih ringan, terapung pada merkuri. Kemudian tiub yang mengandungi merkuri ke permukaan air perlahan -lahan menaikkan.

Kemudian merkuri turun dan airnya memanjat. Kekosongan yang diperoleh, seperti yang telah kita katakan, tidak sempurna, kerana selalu ada sisa merkuri atau wap air.

Ukuran tekanan atmosfera

Atmosfera adalah campuran gas di mana nitrogen dan oksigen mendominasi, dengan jejak gas lain seperti argon, karbon dioksida, hidrogen, metana, karbon monoksida, wap air dan ozon.

Boleh melayani anda: Hujan bintang: pembentukan, bagaimana memerhatikan mereka, ciri -ciri

Daya tarikan graviti yang dijalankan oleh Bumi bertanggungjawab untuk menjaga seluruh planet di sekelilingnya.

Sudah tentu, komposisi tidak seragam, atau ketumpatan sama ada, kerana ia bergantung pada suhu. Berhampiran permukaan terdapat jumlah habuk, pasir dan bahan pencemar yang baik dari peristiwa semula jadi dan juga aktiviti manusia. Molekul paling berat lebih dekat ke tanah.

Oleh kerana terdapat banyak kebolehubahan, perlu memilih ketinggian rujukan untuk tekanan atmosfera, yang telah diambil sebagai paras laut.

Di sini bukan paras laut, kerana itu juga menyajikan turun naik. Tahap o Datum Dengan bantuan, beberapa sistem rujukan geodetik yang ditetapkan oleh persetujuan bersama antara pakar dipilih.

Berapa tekanan atmosfera berhampiran tanah? Torricelli menemui nilainya apabila mengukur ketinggian lajur: 760 mm merkuri.

Barometer Torricelli

Di bahagian atas tiub tekanan adalah 0, kerana terdapat vakum telah ditubuhkan. Sementara itu, di permukaan tab merkuri tekanan P₁ Ia adalah tekanan atmosfera.

Kami memilih asal sistem rujukan di permukaan bebas merkuri, di bahagian atas tiub. Dari sana sehingga anda mencapai permukaan merkuri dalam bekas yang diukur H, Ketinggian lajur.

Rajah 2. Barometer Torricelli. Sumber: Fizik Umum untuk Jurutera. J. Lay. USACH.

Tekanan pada titik yang ditandai dengan merah, kedalaman dan₁ adalah:

P₁ = P_{Sama ada} + ρ_Hg . g.dan₁

Di mana ρ_Hg  Itu adalah ketumpatan merkuri. Sejak dan₁ = H dan PO = 0:

P₁ = ρ_Hg . g.H

H = p₁/ ρ_Hg.g

Oleh kerana ketumpatan merkuri adalah malar dan graviti juga, ternyata ketinggian lajur merkuri adalah berkadar dengan P_1, Apakah tekanan atmosfera. Menggantikan nilai yang diketahui:

Boleh melayani anda: Apa yang boleh dibahagikan dalam fizik?

H = 760 mm = 760 x 10 ^-3 m

G = 9.8 m/s²

ρ_Hg = 13.6 g /cc = 13.6 x 10 ³ kg/m³

P₁ = 13.6 x 10 ³ kg/m³ x 9.8 m/s² x 760 x 10 ^-3 M = 101.293 n/m²= 101.3 kn/m²

Unit untuk tekanan dalam sistem antarabangsa adalah pascal, disingkat pa. Menurut percubaan Torricelli, tekanan atmosfera adalah 101.3 kPa.

Kepentingan tekanan atmosfera untuk iklim

Torricelli mengamati bahawa tahap merkuri dalam tiub mengalami sedikit variasi setiap hari, jadi dia menyimpulkan bahawa tekanan atmosfera juga harus berubah.

Tekanan atmosfera bertanggungjawab untuk sebahagian besar cuaca, namun variasi hariannya tidak disedari. Ini kerana mereka tidak begitu ketara sebagai ribut atau sejuk, sebagai contoh.

Walau bagaimanapun, variasi tekanan atmosfera ini bertanggungjawab untuk angin, yang seterusnya mempengaruhi hujan, suhu dan kelembapan relatif. Apabila tanah panas, udara berkembang dan cenderung meningkat, menyebabkan tekanan menurun.

Bila -bila masa barometer menunjukkan tekanan tinggi, anda boleh mengharapkan cuaca yang baik, sementara dengan tekanan rendah ada kemungkinan ribut. Walau bagaimanapun, untuk membuat ramalan iklim teras, perlu mempunyai lebih banyak maklumat mengenai faktor lain.

Dia Torr dan unit lain untuk tekanan

Walaupun kedengarannya pelik, kerana tekanan ditakrifkan sebagai daya per unit kawasan, dalam meteorologi adalah sah untuk menyatakan tekanan atmosfera dalam milimeter merkuri, seperti yang ditetapkan oleh Torricelli.

Ini kerana barometer merkuri terus digunakan hari ini dengan beberapa variasi sejak masa itu, sehingga untuk menghormati Torricelli, 760 mm Hg sama dengan 1 Torr. Dalam kata lain:

1 Torr = 760 mm Hg = 30 inci Hg = 1 atmosfera tekanan = 101.3 kPa

Jika Torricelli telah menggunakan air dan bukannya merkuri, ketinggian lajur akan menjadi 10.3 m. Barometer Mercury lebih praktikal untuk menjadi lebih padat.

Ia dapat melayani anda: Teori Big Bang: Ciri -ciri, Tahap, Bukti, Masalah

Unit lain penggunaan lanjutan adalah bar dan millibars. Millibar bersamaan dengan hektascal atau 10² Pascales.

Altimeter

Altimeter adalah instrumen yang menunjukkan ketinggian tempat, membandingkan tekanan atmosfera pada ketinggian yang ada di tanah atau tempat rujukan lain.

Sekiranya ketinggian tidak begitu besar, pada dasarnya kita dapat mengandaikan bahawa ketumpatan udara tetap malar. Tetapi ini adalah pendekatan, kerana kita tahu bahawa ketumpatan atmosfera tidak berkurangan dengan ketinggian.

Melalui persamaan yang digunakan di atas, ketumpatan udara digunakan bukannya merkuri:

P₁ = P_{Sama ada} + ρ_udara . g.H

Dalam ungkapan ini P_{Sama ada} Ia diambil sebagai tekanan atmosfera di paras tanah dan P1 Ia adalah tempat yang ketinggiannya akan ditentukan:

H = (p₁ - P_{Sama ada}) / ρ_udara . g

Variasi tekanan dengan ketinggian adalah pendekatan yang lebih baik untuk realiti dengan model eksponen, di mana Persamaan altimetrik, Itu berkaitan dengan tekanan atmosfera tempat dengan ketinggiannya:Di mana P_{Sama ada} Ia adalah tekanan rujukan, biasanya di paras laut, P₁ adalah tekanan tempat yang dipersoalkan, H ketinggiannya berkenaan dengan paras laut, ρ ketumpatan udara di paras laut dan g Nilai graviti.

Persamaan altimetrik menunjukkan bahawa tekanan berkurangan secara eksponen dengan ketinggian: ke H = 0, p₁= P_{Sama ada} dan jika H → ∞, Jadi P₁=0.

Rujukan

1. Figueroa, d. 2005. Siri: Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 5. Cecair dan termodinamik. Diedit oleh Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, l. 2007. Fizik: Lihatlah dunia. Edisi Singkat ke -6. Pembelajaran Cengage.
3. Lay, j. 2004. Fizik Umum untuk Jurutera. USACH.
4. Mott, r. 2006. Mekanik cecair. Ke -4. Edisi. Pendidikan Pearson. 
5. Strangeways, i. 2003. Mengukur persekitaran semula jadi. 2. Edisi. Cambridge University Press.