ATMOSFÆRISK TRYK: NORMAL VÆRDI, HVORDAN MAN MÅLER DET, EKSEMPLER - FYSISK - 2025

Det atmosfæriske tryk er forårsaget af vægten af ​​de gasser, der udgør atmosfæren over jorden. Det anslås, at atmosfærens masse er ca. 5 x 10 ¹⁸ kg, og at alle levende væsener udsættes for det pres, som denne masse udøver.

Den første til at måle det var den italienske videnskabsmand Evangelista Torricelli (1608-1647). Han udførte et simpelt, men meget genialt eksperiment i 1644: Han fyldte fuldstændigt et glasrør lukket i den ene ende med kviksølv, vendte det om og hældte det i en beholder, der også indeholdt kviksølv.

Figur 1. Aneroidbarometer til måling af atmosfæretrykket, i modsætning til kviksølvbarometeret, indeholder den ikke væske. Kilde: Wikimedia Commons.

Torricelli observerede, at røret ikke tømmede helt, men var fyldt med kviksølv til en højde af 76 cm. Overrasket udførte han mange prøver med rør af forskellig form og fik altid det samme resultat.

På denne måde indså Torricelli, at atmosfæretrykket hævede og holdt kviksølvsøjlen inde i røret i en højde af 760 mm. På denne måde fastlægges den gennemsnitlige værdi af atmosfæretrykket.

Da tryk er defineret som kraft pr. Enhedsareal, er enhederne for atmosfærisk tryk i det internationale system newton / meter eller pascal, hvilket er forkortet Pa. Så i dette system har atmosfæretrykket P _atm en værdi på:

Dette er den normale værdi af atmosfæretrykket ved 0 ºC og ved havniveau.

Atmosfærisk tryk ved havoverfladen og andre variationer

I teorien er den maksimale værdi af atmosfærisk tryk lige ved havniveau. Selvom der er så stor variation på dette niveau, er eksperter nødt til at indstille et referencesystem for at hjælpe dem med at bestemme dets værdi.

Her er de vigtigste faktorer, der påvirker værdien af ​​atmosfæretrykket på et bestemt sted på Jorden:

-Højde: for hver 10 meters højde falder trykket med 1 mm Hg. Men det sker også, at densiteten af ​​den gas, der udgør atmosfæren, ikke er konstant. I princippet, når højden øges, falder lufttætheden.

Figur 2. Højdemåler, et instrument, der måler højde over havets overflade baseret på trykændringer. Kilde: Pixabay.

- Temperatur: Åbenbart, jo højere temperatur aftager densiteten, og luften vejer mindre, derfor falder trykværdien.

- Breddegrad: atmosfærisk tryk er lavere ved ækvatoriale breddegrader, fordi jorden ikke er en perfekt sfære. Kysten ved ækvator er længere væk fra jordens centrum end polerne, og lufttætheden er også lavere.

- Kontinentalitet: jo mere det bevæger sig mod det indre af kontinenterne, jo højere er atmosfæretrykket, mens trykket på kyststeder er lavere.

Variation af atmosfærisk tryk med højde

Den altimetriske ligning, der relaterer atmosfæretrykket P for et sted med dets højde z over havets overflade, har denne form:

Her er P _o trykket i begyndelses- eller referencehøjden, der normalt tages ved havoverfladen, ρ _eller lufttætheden ved havoverfladen, og g værdien af ​​tyngdekraften. Senere i afsnittet med løste øvelser er trinvis træk.

Hvordan måles atmosfærisk tryk?

Atmosfærisk tryk måles med barometeret. Den enkleste er som den, Torricelli har bygget, baseret på kviksølv. Hældningen af ​​røret eller diameteren ændrer ikke højden på kviksølvsøjlen, medmindre de klimatiske faktorer er ansvarlige for det.

For eksempel dannes skyer i områder med lavt tryk. Så når barometerlæsningen falder, er det et tegn på, at der kommer dårligt vejr.

Faktisk kunne andre væsker også bruges i stedet for kviksølv, for eksempel kan der fremstilles et vandbarometer. Problemet er, at søjlens størrelse er 10,33 m, meget upraktisk at transportere.

Der er også instrumenter, som måler tryk mekanisk - gennem deformationer i rør eller spiraler -: aneroidbarometre og manometre. De kan måle trykforskellen mellem to punkter eller også måle et tryk, der tager atmosfæretryk som reference.

Enheder af pres

Den normale trykværdi bruges til at definere en ny tryk enhed: atmosfæren, forkortet atm. Atmosfærisk tryk er 1 atm; på denne måde kan andre pres udtrykkes i form af atmosfærisk tryk, hvilket er en meget velkendt værdi for alle:

Følgende tabel viser de enheder, der er mest anvendt inden for videnskab og teknik til at måle tryk, og det tilsvarende ækvivalent i pascaler:

Enhed	Ækvivalens i pascal
N / m 2	en
Pengeautomat	101.355
mm Hg	133,3
lb / i 2	6894,76
Pub	1x 10 5

Hydrostatisk, absolut og måletryk

På den frie overflade af en væske i statisk ligevægt og åben for atmosfæren virker atmosfæretrykket. Men ved væskens indre punkter fungerer naturligvis væskens søjle.

Vægten af ​​søjlen afhænger af dens højde og væskens densitet, som vi antager konstant, ligesom temperaturen gør. I dette tilfælde er trykket P:

Dette er det hydrostatiske tryk på ethvert tidspunkt inde i en væske med konstant densitet og er direkte proportional med dybden af ​​fluidet.

Med hensyn til det absolutte tryk P _abs i en væske i hvile defineres det som summen af ​​det atmosfæriske tryk P _atm og det hydrostatiske tryk P:

Endelig er måletrykket P- _mand i en væske i hvile forskellen mellem det absolutte og atmosfæriske tryk, og i dette tilfælde svarer det til måling af det hydrostatiske tryk:

eksempler

Kraften, som atmosfæren udøver på kroppen

Størrelsen af ​​den samlede kraft, som atmosfæren udøver på en menneskelig krop, kan estimeres. Antag, at kroppen har et overfladeareal på 2 m ², da trykket er defineret som kraft pr. Enhedsareal, kan vi løse og beregne kraften:

Til denne beregning vil vi bruge den normale værdi af atmosfæretrykket, der blev fastlagt i starten:

Dette resultat svarer til mere eller mindre 20 ton kraft, men det repræsenterer ikke et problem for levende væsener, der bebor jordens overflade, som er tilpasset dette, ligesom fiskene i havet.

Selvom det er en ganske stor styrke. Hvordan kommer vi ikke sammen før det?

Nå, trykket inde i kroppen er lig med trykket udenfor. Vi kollapser ikke, fordi den indre styrke er afbalanceret med en anden udadvendt styrke. Men nogle mennesker er påvirket af højden og kan blø fra næsen, når de klatrer i meget høje bjerge. Det skyldes, at balancen mellem blodtryk og atmosfærisk tryk er blevet forstyrret.

Sip drikkevarer med et strå eller halm

Atmosfærisk tryk gør det muligt at drikke soda med et strå eller halm. Sumererne og andre gamle kulturer havde opdaget, at de kunne drikke øl ved hjælp af hule plantestængler eller rør som sugerør.

Meget senere, i slutningen af ​​det 19. og det tidlige 20. århundrede, blev forskellige modeller af halm patenteret i USA, herunder dem med en trekkspilformet albue, der i vid udstrækning anvendes.

Figur 3. Atmosfærisk tryk giver dig mulighed for at nippe til med et strå. Kilde: Pixabay.

Sådan fungerer de: Når væsken absorberes gennem halmen, reduceres trykket over væsken i halmen, hvilket får trykket nedenfor, som er højere, til at skubbe væsken opad for let at drikke.

Af denne grund anbefales det ikke efter ekstraktion eller tandkirurgi at nippe til væsker på denne måde, da faldet i trykket kan få såret til at åbne og begynde at blø.

Øvelser

- Øvelse 1

Udlede den altimetriske ligning P (z):

-Po er trykket på referenceniveauet (havoverfladen)

-z er højden

-ρ _o er væskens densitet ved havoverfladen

-g er værdien af ​​tyngdens acceleration

Løsning

Lad dp først være et differenstryk, der i henhold til den grundlæggende ligning af hydrostatik udtrykkes som:

Minustegnet tager højde for det faktum, at trykket falder med stigende z. Luft antages også at være en ideel gas, så tryk og densitet er relateret af:

Densiteten substitueres straks for at opnå:

Nu antager skrivetryk på denne måde, at atmosfæren er opdelt i lag med højde dz, noget som en stak pandekager, hver med tryk dp. På denne måde opnås en differentialligning, der løses ved at adskille variablerne p og z:

Derefter integreres det på begge sider, hvilket svarer til at tilføje de trykbidrag, der er fremsat af hvert lag. I integralen til venstre er det lavet fra et tryk P _eller initial til et sluttryk P. På samme måde evaluerer integralet til højre fra z _o til z:

Følgende er at løse for P ved hjælp af eksponentielt:

Endelig, hvis både T og g holdes konstant, ρ _o = (M / RT) P _o, så er M / RT = ρ _o / P _o, og vi kan også gøre z _o = 0. At sætte alt dette sammen:

- Øvelse 2

Hvad er værdien af ​​det atmosfæriske tryk i La Paz, Bolivia, der ligger 3640 m over havet? Tag den gennemsnitlige lufttæthed som 1.225 kg / m ³ ved havoverfladen.

Løsning

Udskift blot de numeriske værdier, der er angivet i den altimetriske ligning:

Afslutningsvis er det ca. 66% af det normale pres.

Referencer

1. Figueroa, D. (2005). Serie: Fysik til videnskab og teknik. Volumen 5. Væsker og termodynamik. Redigeret af Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fysik: Et kig på verden. 6. forkortede udgave. Cengage Learning.
3. Standard atmosfære. Gendannes fra: av8n.com
4. Sevilla University. Variation af atmosfærisk tryk. Gendannes fra: laplace.us.es.
5. Wikipedia. Hypsometrisk ligning. Gendannet fra: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Atmosfærisk tryk. Gendannet fra: es.wikipedia.org.