ATMOSFEROS SLĖGIS: NORMALIOJI VERTĖ, KAIP JĄ IŠMATUOTI, PAVYZDŽIAI - FIZINIS - 2025

Atmosferos slėgis sukelia dujoms sudarančių virš žemės atmosferą masės. Manoma, kad atmosferos masė yra apie 5 x 10 ¹⁸ kg, o visoms gyvoms būtybėms yra daromas slėgis, kurį daro ši masė.

Pirmasis ją išmatavo italų mokslininkas Evangelista Torricelli (1608–1647). 1644 m. Jis atliko paprastą, bet labai išradingą eksperimentą: visiškai užpildė stiklinį vamzdelį, uždarytą viename gale gyvsidabriu, apvertė jį ir išpylė į indą, kuriame taip pat buvo gyvsidabrio.

1 pav. Aneroidinis barometras atmosferos slėgiui matuoti, skirtingai nei gyvsidabrio barometras, jame nėra skysčio. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Torricelli pastebėjo, kad vamzdelis nevisiškai ištuštėjo, bet buvo užpildytas gyvsidabriu iki 76 cm aukščio. Nustebęs jis atliko daugybę bandymų su skirtingos formos vamzdeliais, visada gaudamas tą patį rezultatą.

Tokiu būdu Torricelli suprato, kad atmosferos slėgis padidino, ir gyvsidabrio koloną vamzdžio viduje laikė 760 mm aukštyje. Tokiu būdu nustatoma vidutinė atmosferos slėgio vertė.

Kadangi slėgis yra apibrėžiamas kaip jėga ploto vienete, atmosferos slėgio vienetai tarptautinėje sistemoje yra niutonas / metras arba pascalis, sutrumpintai Pa. Taigi šioje sistemoje atmosferos slėgio P _atm vertė yra :

Tai normalioji atmosferos slėgio vertė esant 0 ºC ir jūros lygiui.

Atmosferos slėgis jūros lygyje ir kiti pokyčiai

Teoriškai maksimali atmosferos slėgio vertė yra tik jūros lygyje. Nors šiame lygmenyje labai daug skirtumų, ekspertai turi nustatyti tam tikrą atskaitos sistemą, kuri padėtų jiems nustatyti jos vertę.

Čia yra pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos atmosferos slėgio vertei tam tikroje Žemės vietoje:

- Aukštis : kiekvienam 10 metrų aukščiui slėgis sumažėja 1 mm Hg. Bet taip pat atsitinka, kad atmosferą sudarančių dujų tankis nėra pastovus. Iš esmės, didėjant aukščiui, oro tankis mažėja.

2 pav. Aukštimatis, prietaisas, pagal kurį matuojamas aukštis virš jūros lygio, atsižvelgiant į slėgio pokyčius. Šaltinis: „Pixabay“.

- Temperatūra : kuo aukštesnė temperatūra, tuo tankis mažėja, o oras sveria mažiau, todėl sumažėja slėgio vertė.

- Platuma : atmosferos slėgis yra mažesnis pusiaujo platumose, nes Žemė nėra tobula sfera. Pakrantė prie pusiaujo yra toliau nuo Žemės centro nei poliai ir ten oro tankis taip pat yra mažesnis.

- kontinentalumas : kuo daugiau jis juda žemynų vidaus link, tuo didesnis atmosferos slėgis, tuo tarpu pakrančių vietose slėgis yra mažesnis.

Atmosferos slėgio kitimas atsižvelgiant į aukštį

Altimetrinė lygtis, kuri susieja vietos atmosferos slėgį P su jos aukščiu z virš jūros lygio, turi tokią formą:

Čia P _o yra slėgis pradiniame arba etaloniniame aukštyje, kuris paprastai imamas jūros lygyje, ρ _arba oro tankis jūros lygyje, o gravitacijos pagreičio vertė. Vėliau išspręstų pratimų skyriuje pateikiamas žingsnis po žingsnio atskaitymas.

Kaip matuojamas atmosferos slėgis?

Atmosferos slėgis matuojamas barometru. Paprasčiausias yra tas pats, kaip Torricelli pastatytas gyvsidabrio pagrindu. Vamzdelio pokrypis ar skersmuo nekeičia gyvsidabrio kolonėlės aukščio, nebent tai lemia klimato veiksniai.

Pavyzdžiui, debesys susidaro žemo slėgio vietose. Taigi, kai sumažėja barometro rodmenys, tai ženklas, kad artėja blogas oras.

Tiesą sakant, vietoj gyvsidabrio taip pat gali būti naudojami kiti skysčiai, pavyzdžiui, galima pagaminti vandens barometrą. Problema ta, kad kolonos dydis yra 10,33 m, labai nepraktiška ją gabenti.

Taip pat yra prietaisų, matuojančių slėgį mechaniškai per vamzdžių ar spiralių deformacijas: aneroidiniai barometrai ir manometrai. Jie gali išmatuoti slėgio skirtumą tarp dviejų taškų arba taip pat išmatuoti slėgį, atsižvelgiant į atmosferos slėgį.

Slėgio vienetai

Normalaus slėgio vertė naudojama apibrėžti naują slėgio vienetą: atmosferą, sutrumpintai atm. Atmosferos slėgis yra 1 atm; tokiu būdu kitus slėgius galima išreikšti atmosferos slėgiu, kuris visiems yra labai gerai pažįstamas:

Šioje lentelėje pateikiami vienetai, dažniausiai naudojami moksle ir inžinerijoje slėgiui matuoti, ir atitinkamas ekvivalentas paskaluose:

Vienetas	Lygiavertiškumas paskalyje
N / m 2	vienas
atm	101,355
mm Hg	133,3
svarų / į 2	6894,76
Baras	1x10 5

Hidrostatinis, absoliutusis ir manometrinis slėgis

Ant laisvo statinio pusiausvyros skysčio paviršiaus, atviro atmosferai, veikia atmosferos slėgis. Bet, žinoma, vidiniuose skysčio taškuose veikia skysčio kolonėlės svoris.

Kolonos svoris priklauso nuo jos aukščio ir skysčio tankio, kurį laikysime pastoviu, kaip ir temperatūrą. Tokiu atveju slėgis P yra:

Tai yra hidrostatinis slėgis bet kuriame skysčio, kurio tankis yra pastovus, taške ir yra tiesiogiai proporcingas skysčio gyliui z.

Kalbant apie absoliutų slėgį P _abs , esant skysčiui ramybės būsenoje, jis apibūdinamas kaip atmosferos slėgio P _atm ir hidrostatinio slėgio P suma:

Galiausiai, manometrinis slėgis P _man , esant skysčiui ramybės būsenoje, yra skirtumas tarp absoliutaus ir atmosferos slėgio ir šiuo atveju jis yra lygus hidrostatinio slėgio matavimui:

Pavyzdžiai

Jėga, kurią atmosfera veikia kūną

Galima įvertinti bendros jėgos, kurią atmosfera daro žmogaus kūnui, dydį. Tarkime, kad kūno paviršiaus plotas yra apytiksliai 2 m ² , nes slėgis apibrėžiamas kaip jėga ploto vienete, jėgą galime išspręsti ir apskaičiuoti:

Šiam skaičiavimui naudosime normaliąją atmosferos slėgio vertę, kuri buvo nustatyta pradžioje:

Šis rezultatas prilygsta daugiau ar mažiau 20 tonų jėgai, tačiau tai nekelia problemų gyvų būtybių, gyvenančių Žemės paviršiuje ir prisitaikiusių prie to, kaip ir jūros žuvų.

Nors tai gana didelė jėga. Kodėl gi mes nesugriusime prieš tai?

Na, o slėgis kūne lygus išoriniam slėgiui. Mes nesugriūname, nes vidinę jėgą subalansuoja kita išorinė jėga. Tačiau kai kuriuos žmones veikia aukštis ir jie gali kraujuoti iš nosies, lipdami labai aukštuose kalnuose. Taip yra todėl, kad buvo sutrikdyta kraujospūdžio ir atmosferos slėgio pusiausvyra.

Gurkšnokite gėrimus su šiaudeliu ar šiaudeliu

Atmosferos slėgis leidžia gerti soda su šiaudeliu ar šiaudeliu. Šumerai ir kitos senovės kultūros atrado, kad jie galėjo gerti alų, naudodami tuščiavidurius augalų stiebus ar nendres kaip šiaudelius.

Gerokai vėliau, XIX a. Pabaigoje ir XX a. Pradžioje, JAV buvo užpatentuoti įvairūs šiaudelių modeliai, įskaitant ir šiandien plačiai naudojamus akordeono formos alkūnėmis.

3 pav. Atmosferos slėgis leidžia gurkšnoti šiaudus. Šaltinis: „Pixabay“.

Štai kaip jie veikia: Kai skystis absorbuojamas per šiaudus, slėgis virš šiaudų esančio skysčio sumažėja, todėl žemiau esantis slėgis, kuris yra didesnis, stumia skystį aukštyn, kad būtų galima lengvai išgerti.

Dėl šios priežasties po ekstrahavimo ar dantų operacijų nepatartina tokiu būdu gurkšnoti skysčių, nes dėl sumažėjusio slėgio žaizda gali atsidaryti ir pradėti kraujuoti.

Pratimai

- 1 pratimas

Išveskite altimetrinę lygtį P (z):

-Po yra slėgis atskaitos lygyje (jūros lygyje)

-z yra aukštis

-ρ _o yra skysčio tankis jūros lygyje

-g yra gravitacijos pagreičio vertė

Sprendimas

Pirmiausia tegul dp yra slėgio skirtumas, kuris pagal pagrindinę hidrostatikos lygtį išreiškiamas taip:

Minuso ženkle atsižvelgiama į tai, kad slėgis mažėja didėjant z. Taip pat bus laikoma, kad oras yra idealios dujos, todėl slėgį ir tankį lemia:

Tankis nedelsiant pakeičiamas, norint gauti:

Dabar rašant slėgį daroma prielaida, kad atmosfera yra padalinta į aukščio dz sluoksnius, panašius į blynų krūvą, kiekviename iš jų slėgis dp. Tokiu būdu gaunama diferencialinė lygtis, kuri išsprendžiama atskiriant kintamuosius p ir z:

Tada jis yra integruotas iš abiejų pusių, o tai prilygsta kiekvieno sluoksnio slėgio padidėjimui. Integruotoje kairėje pusėje jis pagamintas iš slėgio P _arba pradinio iki galutinio slėgio P. Tokiu pat būdu dešinėje esantis integralas įvertinamas nuo z _o iki z:

Taip reikia išspręsti P, naudojant eksponentą:

Galiausiai, jei ir T, ir g laikomi pastoviais, ρ _o = (M / RT) P _o , tada M / RT = ρ _o / P _o, ir mes taip pat galime sudaryti z _o = 0. Visa tai sudėjus:

- 2 pratimas

Kokia atmosferos slėgio vertė La Paz mieste, Bolivijoje, esančiame 3640 m virš jūros lygio? Paimkite vidutinį oro tankį kaip 1,225 kg / m ³ jūros lygyje.

Sprendimas

Tiesiog pakeiskite skaitines reikšmes, nurodytas altimetrinėje lygtyje:

Apibendrinant, tai sudaro apie 66% normalaus slėgio.

Nuorodos

1. Figueroa, D. (2005). Serija: Fizika mokslui ir inžinerijai. 5 tomas. Skysčiai ir termodinamika. Redagavo Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fizika: žvilgsnis į pasaulį. 6-as sutrumpintas leidimas. „Cengage“ mokymasis.
3. Standartinė atmosfera. Atkurta iš: av8n.com
4. Sevilijos universitetas. Atmosferos slėgio kitimas. Atkurta iš: laplace.us.es.
5. Vikipedija. Hipsometrinė lygtis. Atkurta iš: es.wikipedia.org.
6. Vikipedija. Atmosferos slėgis. Atkurta iš: es.wikipedia.org.