- Eksperimentas
- Atmosferos slėgio matavimas
- Torricelli barometras
- Oro slėgio reikšmė klimatui
- Jis
- Aukštimačiai
- Nuorodos
„ Torricelli “ eksperimentą atliko fizinis ir italų matematikas Evangelista Torricelli 1644 m., O po to pirmą kartą buvo išmatuotas atmosferos slėgis.
Šis eksperimentas kilo dėl poreikio pagerinti vandens tiekimą miestuose. Evangelista Torricelli (1608–1647), kuris buvo Toskanos didžiojo kunigaikščio Ferdinando II teismo matematikas, kartu su „Galileo“ tyrė hidraulinius reiškinius.
1 pav. „Torricelli“ eksperimentas, kurio metu gyvsidabrio kolona dėl atmosferos slėgio pakyla 760 mm. Šaltinis: F. Zapata.
Eksperimentas
1644 m. Torricelli atliko šį eksperimentą:
- Jis įleido gyvsidabrį į 1 m ilgio vamzdelį, atidarytą viename gale, o uždarytą kitame.
- Kai vamzdelis buvo visiškai pilnas, jis apvertė jį ir išmetė į konteinerį, kuriame taip pat buvo gyvsidabrio.
- Torricelli pastebėjo, kad kolona nusileido ir sustojo maždaug 76 cm aukštyje.
- Jis taip pat pastebėjo, kad laisvoje, nors ir nepriekaištingoje erdvėje atsirado vakuumas.
Torricelli pakartojo eksperimentą, naudodamas skirtingus mėgintuvėlius. Jis netgi padarė nedidelį variantą: į kibirą pridėjo vandens, kuris, būdamas lengvesnis, plūduriavo ant gyvsidabrio. Tada jis lėtai pakėlė vamzdį, kuriame buvo gyvsidabrio, į vandens paviršių.
Tada gyvsidabris sumažėjo, o vanduo pakilo. Gautas vakuumas, kaip jau sakėme, nebuvo tobulas, nes visada buvo gyvsidabrio garų ar vandens likučių.
Atmosferos slėgio matavimas
Atmosfera yra dujų, kuriose vyrauja azotas ir deguonis, mišinys, kuriame yra kitų dujų, tokių kaip argonas, anglies dioksidas, vandenilis, metanas, anglies monoksidas, vandens garai ir ozonas.
Žemės gravitacinė trauka yra atsakinga už visos aplinkinės planetos išlaikymą.
Žinoma, sudėtis nėra vienoda, taip pat nėra ir tankio, nes tai priklauso nuo temperatūros. Netoli paviršiaus yra didelis dulkių, smėlio ir teršalų kiekis, atsirandantis dėl natūralių įvykių ir žmogaus veiklos. Sunkesnės molekulės yra arčiau žemės.
Kadangi kintamumo yra tiek daug, būtina pasirinkti etaloninį atmosferos slėgio aukštį, kuris patogumo dėlei buvo laikomas jūros lygiu.
Tai ne tik bet koks jūros lygis, nes tai taip pat sukelia svyravimus. Lygis arba atskaitos taškas pasirenkamas pasitelkiant kažkokią geodezinę atskaitos sistemą, nustatytą bendru ekspertų susitarimu.
Koks yra atmosferos slėgis šalia žemės? Torricelli rado savo vertę, kai išmatavo kolonėlės aukštį: 760 mm gyvsidabrio.
Torricelli barometras
Vamzdelio viršuje slėgis yra 0, nes jame buvo sukurtas vakuumas. Tuo tarpu gyvsidabrio indo paviršiuje slėgis P 1 yra atmosferos slėgis.
Pasirinkite laisvo gyvsidabrio paviršiaus, vamzdelio viršuje, etaloninio rėmo kilmę. Iš ten iki gyvsidabrio paviršiaus talpykloje išmatuokite H, kolonėlės aukštį.
2 pav. Torricelli barometras. Šaltinis: Bendroji fizikų inžinieriai. J. Lay. USACH.
Slėgis raudoname taške, y 1 gylyje :
Kur ρ Hg yra gyvsidabrio tankis. Kadangi y 1 = H ir Po = 0:
Kadangi gyvsidabrio tankis yra pastovus, o gravitacija yra pastovi, paaiškėja, kad gyvsidabrio stulpelio aukštis yra proporcingas P 1 , kuris yra atmosferos slėgis. Žinomų vertybių pakeitimas:
Slėgio vienetas tarptautinėje sistemoje yra paskalis, sutrumpintai Pa. Pagal Torricelli eksperimentą atmosferos slėgis yra 101,3 kPa.
Oro slėgio reikšmė klimatui
Torricelli pastebėjo, kad gyvsidabrio lygis mėgintuvėlyje kiekvieną dieną šiek tiek keitėsi, todėl jis padarė išvadą, kad turi keistis ir atmosferos slėgis.
Atmosferos slėgis lemia didelę klimato dalį, tačiau jo kasdieniniai pokyčiai nepastebimi. Taip yra todėl, kad jie nėra tokie pastebimi kaip, pavyzdžiui, audros ar šaltis.
Tačiau šie atmosferos slėgio pokyčiai lemia vėjus, kurie savo ruožtu daro įtaką krituliams, temperatūrai ir santykinei drėgmei. Kai žemė įkaista, oras plečiasi ir linkęs kilti, sukeldamas slėgio kritimą.
Kai barometras rodo aukštą slėgį, galima tikėtis gero oro, o esant žemam slėgiui - audros. Tačiau norint tiksliai prognozuoti orus, reikia daugiau informacijos apie kitus veiksnius.
Jis
Nors tai skamba keistai, kadangi slėgis yra apibrėžiamas kaip jėga ploto vienete, meteorologijoje jis tinkamas atmosferos slėgį išreikšti gyvsidabrio milimetrais, kaip nustatė Torricelli.
Taip yra todėl, kad nuo to laiko gyvsidabrio barometras ir toliau naudojamas mažai keičiantis, taigi Torricelli garbei 760 mm Hg yra lygus 1 torrui. Kitaip tariant:
Jei Torricelli vietoje gyvsidabrio būtų naudojęs vandenį, kolonėlės aukštis būtų 10,3 m. Gyvsidabrio barometras yra praktiškesnis, nes yra kompaktiškesnis.
Kiti plačiai naudojami vienetai yra juostos ir milijardai. Vienas milibaras yra lygus vienam hektopaskui arba 10 2 paskaliams.
Aukštimačiai
Aukštimatis yra prietaisas, kuris nurodo vietos aukštį, palygindamas atmosferos slėgį tame aukštyje su slėgiu žemėje ar kitoje atskaitos vietoje.
Jei aukštis nėra labai didelis, iš esmės galime manyti, kad oro tankis išlieka pastovus. Bet tai yra apytikslė reikšmė, nes mes žinome, kad atmosferos tankis mažėja didėjant aukščiui.
Taikant aukščiau pateiktą lygtį, vietoj gyvsidabrio naudojamas oro tankis:
Šioje išraiškoje P o laikomas atmosferos slėgiu žemės lygyje, o P1 - vietos, kurios aukštis turi būti nustatytas, atmosferos slėgis:
Altimetrinė lygtis rodo, kad slėgis mažėja eksponentiškai, atsižvelgiant į aukštį: jei H = 0, P 1 = P arba , jei H → ∞, tada P 1 = 0.
Nuorodos
- Figueroa, D. 2005. Serija: Fizika mokslams ir inžinerijai. 5 tomas. Skysčiai ir termodinamika. Redagavo Douglas Figueroa (USB).
- Kirkpatrick, L. 2007. Fizika: žvilgsnis į pasaulį. 6-as sutrumpintas leidimas. „Cengage“ mokymasis.
- Lay, J. 2004. Bendroji fizikų inžinieriai. USACH.
- Mott, R. 2006. Skysčių mechanika. 4-asis. Leidimas. „Pearson Education“.
- Strangeways, I. 2003. Natūralios aplinkos matavimas. 2-asis. Leidimas. Cambridge University Press.