Tekanan atmosfera Nilai normal, bagaimana ia diukur, contohnya

The tekanan atmosfera Ia disebabkan oleh berat gas yang membentuk atmosfera di permukaan bumi. Dianggarkan bahawa jisim atmosfera adalah kira -kira 5 x 10¹⁸ kg dan semua makhluk hidup tertakluk kepada tekanan yang dilakukan oleh jisim.

Yang pertama untuk mengukurnya adalah saintis penginjil Itali Torricelli (1608-1647). Dia dijalankan pada tahun 1644 percubaan yang sederhana tetapi sangat bijak: dia sepenuhnya memenuhi tiub kaca ditutup dengan satu hujung dengan merkuri, melabur dan membatalkannya di dalam bekas yang juga mengandungi merkuri.

Rajah 1. Barometer Aneroid Untuk mengukur tekanan atmosfera, tidak seperti barometer merkuri, ia tidak mengandungi cecair. Sumber: Wikimedia Commons.

Torricelli mengamati bahawa tiub itu tidak dikosongkan sepenuhnya, tetapi penuh dengan merkuri hingga ketinggian 76 cm. Terkejut, dia melakukan banyak ujian dengan tiub dengan cara yang berbeza, selalu memperoleh hasil yang sama.

Dengan cara ini, Torricelli menyedari bahawa tekanan atmosfera menaikkan dan mengekalkan lajur merkuri di dalam tiub pada ketinggian 760 mm. Dengan cara ini nilai purata tekanan atmosfera ditubuhkan.

Oleh kerana tekanan ditakrifkan sebagai daya per unit kawasan, unit tekanan atmosfera dalam sistem antarabangsa adalah Newton/Metro atau Pascal, yang disingkat PA. Jadi dalam sistem ini, tekanan atmosfera p_Atm Ia mempunyai nilai:

P_Atm = 101.354.8 Pa

Ini adalah nilai normal tekanan atmosfera pada 0 ºC dan di paras laut.

[TOC]

Tekanan atmosfera di paras laut dan variasi lain

Secara teorinya, nilai maksimum tekanan atmosfera hanya di paras laut. Walaupun terdapat banyak kebolehubahan di peringkat ini, pakar perlu menetapkan beberapa sistem rujukan yang membantu mereka menentukan nilai mereka.

Seterusnya, faktor utama yang mempengaruhi nilai tekanan atmosfera di tempat tertentu di bumi:

-Ketinggian: Untuk setiap 10 meter tinggi, tekanan berkurangan sebanyak 1 mm Hg. Tetapi ia juga berlaku bahawa ketumpatan gas yang membentuk atmosfera tidak tetap. Pada dasarnya, apabila ketinggian meningkat, ketumpatan udara berkurangan.

Rajah 2. Altimeter, instrumen yang mengukur ketinggian di paras laut berdasarkan perubahan tekanan. Sumber: Pixabay.

-Suhu: Jelas pada suhu yang lebih tinggi ketumpatan berkurangan dan udara kurang, oleh itu, nilai tekanan berkurangan.

-Latitud: Tekanan atmosfera lebih rendah di latitud khatulistiwa, kerana bumi bukan sfera yang sempurna. Pantai di peringkat Ecuador jauh dari pusat bumi daripada tiang dan di sana ketumpatan udara juga lebih rendah.

Boleh melayani anda: Milky Way: Asal, Ciri, Bahagian, Komponen

-Benua: Semakin banyak bergerak ke pedalaman benua, semakin besar tekanan atmosfera, sementara di tempat -tempat pesisir, tekanannya lebih rendah.

Variasi tekanan atmosfera dengan ketinggian

The Persamaan altimetrik yang berkaitan dengan tekanan atmosfera P tempat dengan ketinggiannya z Di paras laut, ia mempunyai bentuk ini:

Di sini P_{Sama ada} Ia adalah tekanan yang ada pada ketinggian awal atau rujukan, yang biasanya diambil di paras laut, ρ_{Sama ada} Ketumpatan udara di paras laut dan g Nilai pecutan graviti. Kemudian, potongan langkah demi langkah adalah di bahagian latihan adalah langkah demi langkah.

Bagaimana tekanan atmosfera diukur?

Tekanan atmosfera diukur dengan Barometer. Yang paling mudah adalah seperti Torricelli dibina, berdasarkan merkuri. Kecenderungan atau diameter tiub tidak mengubah ketinggian lajur merkuri, melainkan faktor cuaca bertanggungjawab untuk melakukannya.

Sebagai contoh, awan terbentuk di kawasan tekanan rendah. Oleh itu, apabila bacaan barometer berkurangan, itu adalah petunjuk bahawa cuaca buruk akan datang.

Sebenarnya cecair lain juga boleh digunakan dan bukannya merkuri, contohnya barometer air boleh dibuat. Masalahnya ialah saiz lajur adalah 10.33 m, sangat sedikit praktikal untuk diangkut.

Terdapat juga instrumen yang mengukur tekanan dengan cara mekanikal -dengan ubah bentuk dalam tiub atau spiral -: barometer aneroid dan Tolok tekanan. Mereka dapat mengukur perbezaan tekanan antara dua titik atau juga mengukur tekanan yang mengambil tekanan atmosfera sebagai rujukan.

Unit tekanan

Nilai tekanan biasa berfungsi untuk menentukan unit tekanan baru: atmosfera, disingkat Atm. Tekanan atmosfera bernilai 1 atm; Dengan cara ini tekanan lain dapat dinyatakan dari segi tekanan atmosfera, yang merupakan nilai yang sangat biasa untuk semua:

1 atm = 101.293 PA

Jadual berikut menunjukkan unit yang paling banyak digunakan dalam sains dan kejuruteraan untuk mengukur tekanan, dan kesetaraan yang sama di Pascal:

Unit	Kesetaraan di Pascal
N/m2	1
Atm	101.355
mm hg	133.3
LB/PLG2	6894.76
bar	1x 105

Tekanan hidrostatik, mutlak dan manometrik

Di permukaan bebas cecair dalam keseimbangan statik dan terbuka ke atmosfera, tindakan tekanan atmosfera. Tetapi di bahagian dalam cecair, berat lajur bendalir tentu saja.

Boleh melayani anda: kitaran Otto: fasa, prestasi, aplikasi, latihan yang diselesaikan

Berat lajur bergantung pada ketinggiannya dan ketumpatan cecair, yang kita maksudkan tetap, serta suhu. Dalam kes ini, tekanan p ialah:

P = ρ. g. z

Ini adalah Tekanan hidrostatik Pada bila -bila masa di dalam cecair dengan ketumpatan tetap dan berkadar terus dengan kedalaman z cecair.

Merujuk kepada tekanan mutlak P_Abs Dalam cecair rehat, ia ditakrifkan sebagai jumlah tekanan atmosfera p_Atm dan tekanan hidrostatik p:

P_Abs = P_Atm + P

Akhirnya, tekanan manometrik p_lelaki Dalam cecair rehat adalah perbezaan antara tekanan mutlak dan atmosfera dan dalam hal ini bersamaan dengan mengukur tekanan hidrostatik:

P_lelaki = P_Abs - P_Atm

Contoh

Kekuatan yang ditimbulkan oleh atmosfera pada badan

Besarnya jumlah kekuatan yang dikenakan oleh atmosfera dapat dianggarkan pada tubuh manusia. Katakan badan mempunyai kira -kira permukaan 2 m², Oleh kerana tekanan ditakrifkan sebagai daya per unit kawasan, kita dapat membersihkan dan mengira daya:

P = f/a → f = p. Ke

Untuk pengiraan ini kita akan menggunakan nilai normal tekanan atmosfera yang ditubuhkan pada mulanya:

F = 101.354.8 PA x 2 m² = 202.710 n

Hasil ini bersamaan dengan kira -kira 20 tan kekuatan, tetapi tidak mewakili masalah untuk makhluk hidup yang mendiami permukaan bumi, yang disesuaikan dengan ini, sama seperti ikan di laut.

Walaupun ia adalah kekuatan yang cukup besar. Bagaimana kita tidak runtuh di hadapannya?

Nah, tekanan di dalam badan sama dengan tekanan luaran. Kita tidak runtuh kerana daya ke dalam mengimbangi dengan kekuatan lain keluar. Tetapi sesetengah orang dipengaruhi oleh ketinggian dan boleh berdarah oleh hidung ketika mereka memanjat gunung yang sangat tinggi. Ia disebabkan oleh fakta bahawa keseimbangan antara tekanan darah dan tekanan atmosfera telah diubah.

Minum minuman dengan jerami atau jerami

Tekanan atmosfera memungkinkan untuk minum soda dengan jerami atau pitillo. Orang Sumeria dan budaya kuno lain telah mendapati bahawa mereka boleh minum bir menggunakan batang atau buluh tumbuhan sebagai sorbet.

Pada akhir abad ke -19 dan permulaan abad ke -20, pelbagai model jerami dipatenkan di Amerika Syarikat, termasuk yang membawa siku berbentuk kord, digunakan secara meluas hari ini.

Rajah 3. Tekanan atmosfera membolehkan sipilla atau jerami. Sumber: Pixabay.

Mereka bekerja dengan cara ini: kerana cecair diserap oleh jerami, tekanan dikurangkan di atas cecair di dalamnya dan ini menjadikan tekanan di bawah, yang lebih besar, memacu cecair sehingga meminumnya dengan mudah.

Ia dapat melayani anda: apakah keseimbangan zarah? (Dengan contoh)

Atas sebab itu, selepas pembedahan atau pembedahan pergigian, tidak disyorkan untuk menghirup cecair dengan cara ini, kerana penurunan tekanan dapat membuat luka terbuka dan mula berdarah.

Latihan

- Latihan 1

Menyimpulkan persamaan altimetrik P (z):

Di mana:

-PO adalah tekanan di peringkat rujukan (paras laut)

-z adalah ketinggian

-ρ_{Sama ada} Ia adalah ketumpatan cecair di paras laut

-G ialah nilai pecutan graviti

Penyelesaian

Pertama, JADI Dp Tekanan pembezaan, yang menurut persamaan asas hidrostatik dinyatakan sebagai:

Dp = - ρ.g.Dz

Tanda kurang mengambil kira hakikat bahawa tekanan berkurangan dengan peningkatan dalam z. Ia juga akan diandaikan bahawa udara adalah gas yang ideal, jadi tekanan dan ketumpatan berkaitan melalui:

P = ρ.R.T/m

ρ = (m/rt).p

Ketumpatan segera diganti untuk mendapatkan:

Dp = - (m/rt).p.g.Dz

Sekarang, menulis tekanan dengan cara ini mengandaikan bahawa atmosfera dibahagikan kepada lapisan ketinggian Dz, Sesuatu seperti longgokan pancake, masing -masing dengan tekanan Dp. Dengan cara ini persamaan pembezaan diperolehi yang diselesaikan dengan memisahkan pembolehubah p dan z:

dp/p = -(M/rt).g.Dz

Kemudian ia diintegrasikan di kedua -dua belah pihak, yang bersamaan dengan menambahkan sumbangan tekanan yang dibuat oleh setiap lapisan. Dalam integral kiri ia dilakukan dari tekanan P_{Sama ada} Permulaan, sehingga tekanan P final. Dengan cara yang sama, dengan integral di sebelah kanan ia dinilai dari z_{Sama ada} sehingga z:

Setelah menilai integral, ia tetap:

ln (p/p_{Sama ada}) = - (m/rt).g.(Z-Z_{Sama ada})

Berikut adalah untuk membersihkan p dengan eksponen:

Akhirnya, begitu banyak T sebagai g Mereka tetap malar, ρ_{Sama ada}= (M/rt)P_{Sama ada}, Kemudian m/rt = ρ_{Sama ada} / P_{Sama ada,}  Dan ia juga boleh dilakukan z_{Sama ada} = 0. Mengumpulkan semua ini:

- Latihan 2

Berapakah nilai tekanan atmosfera di La Paz, Bolivia yang terletak di 3640 m di atas paras laut? Ambil nilai 1,225 kg/m sebagai kepadatan udara purata³ di paras laut.

Penyelesaian

Nilai berangka yang diberikan dalam persamaan altimetrik hanya diganti:

Kesimpulannya, hasilnya dari kira -kira 66% daripada tekanan biasa.

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. Suasana standard. Pulih dari: av8n.com
4. Sevilla University.  Variasi tekanan atmosfera. Pulih dari: Laplace.kita.adalah.
5. Wikipedia. Persamaan hipsometrik. Pulih dari: Adakah.Wikipedia.org.
6. Wikipedia. Tekanan atmosfera. Pulih dari: Adakah.Wikipedia.org.