Atmosférický tlak

Atmosférický tlak
Dimenze L −1 MT− 2
Jednotky
SI Pa
GHS dyne cm -2 _
Poznámky
skalární

Atmosférický tlak  je tlak atmosféry působící na všechny objekty v ní a na zemském povrchu, rovný modulu síly působící v atmosféře, na jednotku plochy podél normály k ní [1] . Ve stacionární atmosféře v klidu je tlak roven poměru hmotnosti nad ním ležícího vzduchového sloupce k jeho průřezové ploše. Atmosférický tlak je jedním z termodynamických parametrů stavu atmosféry, mění se v závislosti na místě a čase [2] . Tlak je skalární veličina o rozměru L −1 MT −2 , měřená barometrem .

Jednotkou měření v mezinárodní soustavě jednotek (SI) je pascal (ruské označení: Pa; mezinárodní: Pa). Kromě toho je v Ruské federaci povoleno používat jako nesystémové jednotky tlaku bar , milimetr rtuti , milimetr vodního sloupce , metr vodního sloupce , kilogram síly na centimetr čtvereční a technickou atmosféru [3] . Atmosférický tlak rovný tlaku rtuťového sloupce vysokého 760 mm při teplotě 0 °C se nazývá normální atmosférický tlak ( 101 325  Pa ) [2] .

Historie

Tradičně se předpokládalo, že sací pumpy fungují, protože „příroda se bojí prázdnoty“. Ale Holanďan Isaac Beckmann v tezích své doktorské práce, kterou obhájil v roce 1618, uvedl: „Voda vznesená sáním není přitahována silou prázdnoty, ale je hnána do prázdného místa nakloněným vzduchem“ (Aqua suctu sublata non attrahitur vi vacui, sed ab aere incumbentein locum vakuum impellitur).

V roce 1630 napsal janovský fyzik Baliani Galileovi dopis o neúspěšném pokusu zařídit sifon, který by vedl vodu do kopce asi 21 metrů vysokého. V dalším dopise Galileovi (24. října 1630) Baliani navrhl, že vzestup vody v potrubí byl způsoben tlakem vzduchu.

Přítomnost atmosférického tlaku zmátla lidi v roce 1638, kdy selhal nápad vévody z Toskánska ozdobit florentské zahrady fontánami  - voda nestoupla nad 10,3 metru. Hledání důvodů a experimenty s těžší látkou - rtutí , které provedl Evangelista Torricelli , vedly k tomu, že v roce 1643 dokázal , že vzduch má váhu [5] . Spolu s V. Viviani provedl Torricelli první experiment měření atmosférického tlaku a vynalezl první rtuťový barometr  - skleněnou trubici, ve které není žádný vzduch. V takové trubici stoupá rtuť do výšky asi 760 mm.

Proměnlivost a vliv na počasí

Na zemském povrchu se atmosférický tlak čas od času a místo od místa mění. Zvláště důležité jsou počasí určující neperiodické změny atmosférického tlaku spojené se vznikem, rozvojem a destrukcí pomalu se pohybujících oblastí vysokého tlaku ( anticyklony ) a relativně rychle se pohybujících obrovských vírů ( cyklón ), ve kterých převládá tlaková níže. Kolísání atmosférického tlaku na hladině moře bylo v rozmezí 641 - 816 mm Hg. Umění. [6] (ve střední části tornáda tlak klesá a může dosáhnout 560 mm Hg) [7] .

Atmosférický tlak je na mapách znázorněn pomocí izobar  - izolinií spojujících body se stejným povrchovým atmosférickým tlakem, nutně redukovaným na hladinu moře [8] .

Atmosférický tlak je velmi proměnlivým prvkem počasí. Z jeho definice vyplývá, že závisí na výšce odpovídajícího sloupce vzduchu, jeho hustotě, na gravitačním zrychlení, které se mění se zeměpisnou šířkou místa a nadmořskou výškou.

1 Pa = 0,0075 mmHg Art., nebo 1 mm Hg. Umění. = 133,3 Pa

Standardní tlak

V chemii je standardní atmosférický tlak od roku 1983 podle doporučení IUPAC tlak rovný 100 kPa [9] . Atmosférický tlak je jednou z nejvýznamnějších charakteristik stavu atmosféry. V klidové atmosféře je tlak v libovolném bodě roven hmotnosti vyššího sloupce vzduchu o jednotkovém průřezu.

V systému GHS 760 mm Hg. Umění. ekvivalentní 1,01325 baru (1013,25 mbar) nebo 101 325 Pa v mezinárodní soustavě jednotek (SI) .

Barické stadium

Výška, do které musíte stoupat nebo klesat, aby se tlak změnil o 1 hPa (hektopascal) , se nazývá "barický (barometrický) stupeň." Barický stupeň je vhodné použít při řešení problémů, které nevyžadují vysokou přesnost, například pro odhad tlaku ze známého výškového rozdílu. Za předpokladu, že atmosféra nezaznamená významné vertikální zrychlení (to znamená, že je v kvazistatickém stavu), získáme ze základního zákona statiky , že barický krok je roven:

Při teplotě vzduchu 0 °C a tlaku 1000 hPa je barická hladina 8 m /hPa. Proto, aby se tlak snížil o 1 hPa, musíte stoupnout o 8 metrů.

S rostoucí teplotou a rostoucí nadmořskou výškou se zvyšuje (zejména o 0,4 % pro každý stupeň ohřevu), to znamená, že je přímo úměrná teplotě a nepřímo úměrná tlaku. Převrácená hodnota barického stupně je vertikální barický gradient , to znamená změna tlaku při zvednutí nebo snížení o 100 metrů. Při teplotě 0 °C a tlaku 1000 hPa se rovná 12,5 hPa .

Změny tlaku s nadmořskou výškou

Atmosférický tlak klesá s nadmořskou výškou. Například horská nemoc začíná ve výšce asi 2–3 km a atmosférický tlak na vrcholu Everestu je asi 1/4 tlaku na hladině moře .

Za stacionárních podmínek se atmosférický tlak s rostoucí výškou snižuje, protože je vytvářen pouze nadložní vrstvou atmosféry. Závislost tlaku na výšce popisuje barometrický vzorec [10] .

Rovnice statiky vyjadřuje zákon změny tlaku s výškou:

kde: - tlak, - zrychlení volného pádu, - hustota vzduchu, - tloušťka vrstvy. Ze základní rovnice statiky vyplývá, že s nárůstem výšky ( ) je změna tlaku negativní, tedy tlak klesá. Protože hustota plynu závisí na jeho tlaku, platí základní rovnice statiky pouze pro velmi tenkou (nekonečně tenkou) vrstvu vzduchu , ve které se hustota vzduchu téměř nemění. V praxi je použitelný, když je změna výšky dostatečně malá vzhledem k přibližné tloušťce atmosféry.

Přizpůsobení hladině moře

Mnoho meteorologických stanic rozesílá tzv. „synoptické telegramy“, které indikují tlak snížený na hladinu moře (viz KH-01 , METAR ). Děje se tak tak, aby byl tlak srovnatelný na stanicích umístěných v různých výškách a také pro potřeby letectví. Snížený tlak se používá i na synoptických mapách.

Při snižování tlaku na hladinu moře se používá zkrácený Laplaceův vzorec:

To znamená, že pokud znáte tlak a teplotu na hladině , můžete najít tlak na hladině moře .

Výpočet tlaku ve výšce z tlaku na hladině moře a teploty vzduchu :

kde je tlak Pa na hladině moře [Pa]; je molární hmotnost suchého vzduchu, M = 0,029 kg/mol; - zrychlení volného pádu , g = 9,81 m/s²; — univerzální plynová konstanta , R = 8,31 J/mol K; je absolutní teplota vzduchu K , kde je teplota ve stupních Celsia vyjádřená ve stupních Celsia (symbol: °C); - výška, m.




V nízkých nadmořských výškách každých 12 m stoupání snižuje atmosférický tlak o 1 mm Hg. Umění. Ve vysokých nadmořských výškách je tento vzorec porušen [5] .

Jednodušší výpočty (bez teploty) dávají:

kde je nadmořská výška v kilometrech.

Měření a výpočty v plné shodě ukazují, že na každý kilometr nad hladinou moře poklesne tlak o 0,1 zlomku; totéž platí pro sestup do hlubinných dolů pod hladinou moře - při poklesu o jeden kilometr se tlak zvýší o 0,1 své hodnoty.

Hovoříme o změně o 0,1 od hodnoty na předchozí výšce. To znamená, že když stoupnete o jeden kilometr, tlak se sníží na 0,9 (přesněji 0,87 [pozn. 1] ) tlaku na hladině moře.

V ještě hrubším přiblížení odpovídá dvojnásobná změna tlaku změně nadmořské výšky na každých pět kilometrů.

V předpovědích počasí a zprávách distribuovaných veřejnosti přes internet a rádiem se používá nesnížený tlak, tedy skutečný tlak na místní úrovni.

Viz také

Poznámky

Zdroje

  1. ↑ Tlak archivován 20. prosince 2016 na Wayback Machine // Meteorologický slovník
  2. ↑ 1 2 Atmosférický tlak // Velká sovětská encyklopedie  : [ve 30 svazcích]  / kap. vyd. A. M. Prochorov . - 3. vyd. - M  .: Sovětská encyklopedie, 1969-1978.
  3. ↑ Předpisy o jednotkách množství povolených pro použití v Ruské federaci Archivní kopie z 2. listopadu 2013 o Wayback Machine Schváleno nařízením vlády Ruské federace ze dne 31. října 2009 N 879.
  4. ↑ Peryshkin A.V. Měření atmosférického tlaku. Zkušenosti Otto Guericke // Fyzika. Třída 7 / E.N. Tikhonova. - 16. vyd. - M. : Drofa, 2013. - S. 190. - 189 s.
  5. ↑ 1 2 Atmosférický tlak . Skvělá fyzika. Získáno 9. června 2015. Archivováno z originálu 16. března 2015.
  6. ↑ Citlivost na počasí: co to je a jak se s tím vypořádat . Zprávy RIA. Získáno 9. června 2015. Archivováno z originálu 18. srpna 2013.
  7. ↑ Tornádo . počasí.podle. Získáno 7. června 2015. Archivováno z originálu dne 25. dubna 2015.
  8. ↑ Isobary (ve fyzice) // Velká sovětská encyklopedie  : [ve 30 svazcích]  / kap. vyd. A. M. Prochorov . - 3. vyd. - M  .: Sovětská encyklopedie, 1969-1978.
  9. ↑ Standardní  tlak . IUPAC. Získáno 18. srpna 2013. Archivováno z originálu 18. srpna 2013.
  10. ↑ Barometrický vzorec // Velká sovětská encyklopedie  : [ve 30 svazcích]  / kap. vyd. A. M. Prochorov . - 3. vyd. - M  .: Sovětská encyklopedie, 1969-1978.

Poznámky pod čarou

  1. ↑ Vzorec předpokládá, že teplota je stejná ve všech nadmořských výškách. Ve skutečnosti se teplota atmosféry mění s nadmořskou výškou podle poměrně složitého zákona. Formule však dává dobré výsledky a lze ji použít ve výškách do 50-100 kilometrů. Je tedy snadné určit, že ve výšce Elbrusu - asi 5,6 km - tlak klesne asi na polovinu a ve výšce 22 km (rekordní výška výstupu stratosférického balónu s lidmi) tlak klesne pokles na 50 mm Hg. Umění.

Literatura

Odkazy