Ilmakehän paine

Ilmakehän paine
Ulottuvuus L −1 MT− 2
Yksiköt
SI Pa
GHS dyne cm -2 _
Huomautuksia
skalaari

Ilmakehän paine  on ilmakehän paine , joka vaikuttaa kaikkiin siinä ja maan pinnalla oleviin esineisiin ja joka on yhtä suuri kuin ilmakehään vaikuttavan voiman moduuli pinta-alayksikköä kohti sen normaalia pitkin [1] . Lepotilassa paikallaan olevassa ilmakehässä paine on yhtä suuri kuin päällä olevan ilmapatsaan painon suhde sen poikkipinta-alaan. Ilmakehän paine on yksi ilmakehän tilan termodynaamisista parametreista , se muuttuu paikasta ja ajasta riippuen [2] . Paine on barometrillä mitattu skalaarisuure, jonka mitat ovat L −1 MT −2 .

Kansainvälisen yksikköjärjestelmän (SI) mittayksikkö on pascal ( venäläinen nimitys: Pa; kansainvälinen: Pa). Lisäksi Venäjän federaatiossa ei-systeemisinä paineyksikköinä saa käyttää baaria , elohopeamillimetriä , vesipatsasmillimetriä , vesipatsasmetriä , kilogrammaa neliösenttimetriä ja teknistä ilmakehää [3] . Ilmakehän painetta, joka vastaa 760 mm korkean elohopeapatsaan painetta 0 °C:n lämpötilassa, kutsutaan normaaliksi ilmanpaineeksi ( 101 325  Pa ) [2] .

Historia

Imupumppujen uskottiin perinteisesti toimivan, koska "luonto pelkää tyhjyyttä". Mutta hollantilainen Isaac Beckmann väitti väitöskirjassaan, jonka hän puolusti vuonna 1618: ”Imulla nostettua vettä ei vetä puoleensa tyhjyyden voima, vaan se työntyy tyhjään paikkaan kalteva ilma” (Aqua suctu) sublata non attrahitur vi vacui, sed ab aere incumbentein locum vacuum impellitur).

Vuonna 1630 genovalainen fyysikko Baliani kirjoitti Galileolle kirjeen epäonnistuneesta yrityksestä järjestää sifoni veden nostamiseksi noin 21 metriä korkealle kukkulalle. Toisessa kirjeessä Galileolle (24. lokakuuta 1630) Baliani ehdotti, että veden nousu putkessa johtui ilmanpaineesta.

Ilmakehän paine hämmentyi ihmisiä vuonna 1638, kun Toscanan herttuan idea koristella Firenzen puutarhoja suihkulähteillä  epäonnistui - vesi ei noussut yli 10,3 metrin. Evangelista Torricellin syiden etsiminen ja raskaammalla aineella - elohopealla tehdyt kokeet johtivat siihen, että vuonna 1643 hän osoitti , että ilmalla on painoa [5] . Yhdessä V. Vivianin kanssa Torricelli suoritti ensimmäisen kokeen ilmakehän paineen mittaamiseksi ja keksi ensimmäisen elohopeabarometrin -  lasiputken, jossa ei ole ilmaa. Tällaisessa putkessa elohopea nousee noin 760 mm:n korkeuteen.

Vaihtuvuus ja vaikutus säähän

Maan pinnalla ilmanpaine vaihtelee ajoittain ja paikasta toiseen. Erityisen tärkeitä ovat sään määräävät ei-jaksolliset ilmanpaineen muutokset, jotka liittyvät hitaasti liikkuvien korkeapainealueiden ( antisyklonien ) ja suhteellisen nopeasti liikkuvien valtavien pyörteiden ( syklonien ) syntymiseen, kehittymiseen ja tuhoutumiseen, joissa vallitsee matalapaine. Ilmanpaine vaihteli merenpinnan tasolla välillä 641 - 816 mm Hg. Taide. [6] ( tornadon keskiosassa paine laskee ja voi nousta 560 mm Hg:iin) [7] .

Ilmanpaine on kuvattu kartoilla käyttämällä isobaareja  - isolineja , jotka yhdistävät pisteitä, joilla on sama pintailmanpaine, joka on välttämättä laskettu merenpinnan tasolle [8] .

Ilmanpaine on hyvin vaihteleva säätekijä. Sen määritelmästä seuraa, että se riippuu vastaavan ilmapatsaan korkeudesta, sen tiheydestä, painovoiman kiihtyvyydestä, joka vaihtelee paikan leveysasteen ja korkeuden merenpinnan yläpuolella.

1 Pa = 0,0075 mmHg Art. tai 1 mm Hg. Taide. = 133,3 Pa

Vakiopaine

Kemiassa vakioilmakehän paine vuodesta 1983 lähtien IUPAC :n suosituksen mukaan on 100 kPa:n suuruinen paine [9] . Ilmakehän paine on yksi ilmakehän tilan merkittävimmistä ominaisuuksista. Lepoilmakehässä paine missä tahansa pisteessä on yhtä suuri kuin yksikköpoikkileikkauksen omaavan korkeamman ilmapatsaan paino.

GHS - järjestelmässä 760 mm Hg. Taide. vastaa 1,01325 baaria (1013,25 mbar) tai 101 325 Pa:ta kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä (SI) .

Baric-lava

Korkeutta, johon sinun on noustava tai laskettava, jotta paine muuttuu 1 hPa:lla (hekpascal) , kutsutaan "barikaaliseksi (barometriseksi) vaiheeksi". Baric-porras on kätevä käyttää ratkaistaessa ongelmia, jotka eivät vaadi suurta tarkkuutta, esimerkiksi arvioitaessa painetta tunnetusta korkeuserosta. Olettaen, että ilmakehässä ei esiinny merkittävää pystysuuntaista kiihtyvyyttä (eli se on kvasistaattisessa tilassa), saadaan staattisen peruslain perusteella, että barinen askel on yhtä suuri:

Ilman lämpötilassa 0 °C ja paineessa 1000 hPa on barikaalinen taso 8 m /hPa. Siksi, jotta paine laskee 1 hPa, sinun on noustava 8 metriä.

Lämpötilan noustessa ja korkeuden merenpinnan yläpuolella se kasvaa (erityisesti 0,4% jokaista kuumennusastetta kohti), eli se on suoraan verrannollinen lämpötilaan ja kääntäen verrannollinen paineeseen. Bariaskelman käänteisluku on pystysuora baric gradientti , eli paineen muutos nostettaessa tai laskettaessa 100 metriä. 0 °C: n lämpötilassa ja 1000 hPa :n paineessa se on 12,5 hPa .

Muutokset paineessa korkeuden mukaan

Ilmanpaine laskee korkeuden myötä. Esimerkiksi vuoristotauti alkaa noin 2-3 kilometrin korkeudessa, ja Everestin huipulla ilmanpaine on noin 1/4 merenpinnan paineesta .

Kiinteissä olosuhteissa ilmanpaine laskee korkeuden kasvaessa, koska se syntyy vain ilmakehän päällä olevasta kerroksesta. Paineen riippuvuutta korkeudesta kuvaa barometrinen kaava [10] .

Statiikan yhtälö ilmaisee paineen muutoksen lain korkeuden kanssa:

jossa: - paine, - vapaan pudotuksen kiihtyvyys, - ilman tiheys, - kerroksen paksuus. Statiikan perusyhtälöstä seuraa, että korkeuden ( ) kasvaessa paineen muutos on negatiivinen, eli paine pienenee. Koska kaasun tiheys riippuu sen paineesta, staattisen perusyhtälö pätee vain erittäin ohuelle (äärettömän ohuelle) ilmakerrokselle , jossa ilman tiheys ei juuri muutu. Käytännössä sitä voidaan soveltaa, kun korkeuden muutos on riittävän pieni suhteessa likimääräiseen ilmakehän paksuuteen.

Säätö merenpinnan mukaan

Monet sääasemat lähettävät niin sanottuja "synoptisia sähkeitä", jotka osoittavat paineen laskeneen merenpinnan tasolle (katso KH-01 , METAR ). Tämä tehdään niin, että paine on vertailukelpoinen eri korkeuksilla sijaitsevilla asemilla sekä ilmailun tarpeisiin. Alennettua painetta käytetään myös synoptisissa kartoissa.

Painetta laskettaessa merenpinnan tasolle käytetään lyhennettyä Laplacen kaavaa:

Eli kun tiedät paineen ja lämpötilan tasolla , voit löytää paineen merenpinnan tasolla .

Paineen laskeminen korkeudessa merenpinnan paineesta ja ilman lämpötilasta :

missä on paine Pa merenpinnan tasolla [Pa]; on kuivan ilman moolimassa, M = 0,029 kg/mol; - vapaan pudotuksen kiihtyvyys , g = 9,81 m / s²; — yleiskaasuvakio , R = 8,31 J/mol K; on absoluuttinen ilman lämpötila, K , jossa on Celsius-lämpötila ilmaistuna Celsius -asteina (symboli: °C); - korkeus, m.




Matalilla korkeuksilla jokainen 12 metrin nousu laskee ilmanpainetta 1 mm Hg. Taide. Suurilla korkeuksilla tätä mallia rikotaan [5] .

Yksinkertaiset laskelmat (ilman lämpötilaa) antavat:

missä on korkeus kilometreissä.

Mittaukset ja laskelmat osoittavat täysin yksimielisesti, että jokaista merenpinnan yläpuolella olevaa kilometriä kohden paine laskee 0,1 murto-osalla; sama koskee laskeutumista merenpinnan alapuolelle syviin miinoihin - kilometriä laskettaessa paine nousee 0,1 arvostaan.

Puhumme 0,1 muutoksesta edellisen korkeuden arvosta. Tämä tarkoittaa, että kun nouset yhden kilometrin, paine laskee 0,9:ään (tarkemmin 0,87 :ään [huomautus 1] ) merenpinnan paineesta.

Vielä karkeammassa arviossa kaksinkertainen paineen muutos vastaa korkeuden muutosta viiden kilometrin välein.

Internetin ja radion välityksellä yleisölle jaetuissa sääennusteissa ja -raporteissa käytetään alentamatonta painetta eli paikallistason todellista painetta.

Katso myös

Muistiinpanot

Lähteet

  1. ↑ Paine arkistoitu 20. joulukuuta 2016 Wayback Machinessa // Meteorological Dictionary
  2. ↑ 1 2 Ilmakehän paine // Suuri Neuvostoliiton Encyclopedia  : [30 osana]  / ch. toim. A. M. Prokhorov . - 3. painos - M .  : Neuvostoliiton tietosanakirja, 1969-1978.
  3. ↑ Määräykset Venäjän federaatiossa käytettäväksi sallituista määräyksiköistä. Arkistokopio 2. marraskuuta 2013 Wayback Machinessa Hyväksytty Venäjän federaation hallituksen asetuksella 31. lokakuuta 2009 N 879.
  4. ↑ Peryshkin A.V. Ilmanpaineen mittaus. Otto Guericken kokemus // Fysiikka. Luokka 7 / E.N. Tikhonova. - 16. painos - M. : Drofa, 2013. - S. 190. - 189 s.
  5. ↑ 1 2 Ilmanpaine . Siistiä fysiikkaa. Haettu 9. kesäkuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 16. maaliskuuta 2015.
  6. ↑ Sääherkkyys: mitä se on ja kuinka käsitellä sitä . RIA uutiset. Haettu 9. kesäkuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 18. elokuuta 2013.
  7. ↑ Tornado . sää.by. Haettu 7. kesäkuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 25. huhtikuuta 2015.
  8. ↑ Isobaarit (fysiikassa) // Suuri Neuvostoliiton Encyclopedia  : [30 osana]  / ch. toim. A. M. Prokhorov . - 3. painos - M .  : Neuvostoliiton tietosanakirja, 1969-1978.
  9. ↑ Vakiopaine  . _ IUPAC. Haettu 18. elokuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 18. elokuuta 2013.
  10. ↑ Barometrinen kaava // Suuri Neuvostoliiton Encyclopedia  : [30 osana]  / ch. toim. A. M. Prokhorov . - 3. painos - M .  : Neuvostoliiton tietosanakirja, 1969-1978.

Alaviitteet

  1. ↑ Kaava olettaa, että lämpötila on sama kaikilla korkeuksilla. Itse asiassa ilmakehän lämpötila vaihtelee korkeuden mukaan melko monimutkaisen lain mukaan. Siitä huolimatta kaava antaa hyviä tuloksia, ja sitä voidaan käyttää jopa 50-100 kilometrin korkeudessa. Joten on helppo määrittää, että Elbruksen korkeudella - noin 5,6 km - paine putoaa noin puoleen, ja 22 km:n korkeudessa (stratosfäärin ilmapallon nousun ennätyskorkeus ihmisten kanssa) paine laskee pudota 50 mm Hg:iin. Taide.

Kirjallisuus

Linkit