Atmosférický tlak Normálna hodnota, ako sa merala, príklady

Ten atmosferický tlak Je to spôsobené hmotnosťou plynov, ktoré tvoria atmosféru na zemskom povrchu. Odhaduje sa, že hmotnosť atmosféry je asi 5 x 10¹⁸ kg a všetky živé bytosti podliehajú tlaku, ktorý vyvíja hmotnosť.

Prvý, ktorý ju zmeral, bol taliansky evanjelistický vedec Torricelli (1608-1647). V roku 1644 vykonal jednoduchý, ale veľmi dômyselný experiment: úplne vyplnil sklenenú trubicu zatvorenú ortuťou, investoval ju a prevrátil ju do nádoby, ktorá tiež obsahovala ortuť.

postava 1. Aneroidný barometer na meranie atmosférického tlaku, na rozdiel od barometra ortuti, neobsahuje kvapalinu. Zdroj: Wikimedia Commons.

Torricelli poznamenal, že trubica nebola úplne vyprázdnená, ale bola plná ortuti do výšky 76 cm. Prekvapený, urobil veľa testov s trubicami iným spôsobom, vždy získal rovnaký výsledok.

Týmto spôsobom si Torricelli uvedomil, že atmosférický tlak sa zvýši a udržiaval ortuťový stĺpec vo vnútri trubice vo výške 760 mm. Týmto spôsobom sa vytvorí priemerná hodnota atmosférického tlaku.

Pretože tlak je definovaný ako sila na jednotku plochy, jednotky atmosférického tlaku v medzinárodnom systéme sú Newton/Metro alebo Pascal, čo je skrátená PA. Takže v tomto systéme, atmosférický tlak P_Bankomat Má hodnotu:

P_Bankomat = 101.354,8 PA

Toto je normálna hodnota atmosférického tlaku pri 0 ° C a pri hladine mora.

[TOC]

Atmosférický tlak na hladine mora a ďalšie variácie

Teoreticky je maximálna hodnota atmosférického tlaku práve na mori. Aj keď na tejto úrovni je toľko variability, odborníci musia nastaviť nejaký referenčný systém, ktorý im pomáha určiť ich hodnotu.

Ďalej hlavné faktory, ktoré ovplyvňujú hodnotu atmosférického tlaku na určitom mieste na Zemi:

-Nadmorská výška: Pre každých 10 metrov vysoký tlak klesá o 1 mm Hg. Ale tiež sa stáva, že hustota plynu, ktorá skladá atmosféru, nie je konštantná. V zásade, keď sa zvyšuje výška, hustota vzduchu klesá.

Obrázok 2. Výškomer, prístroj, ktorý meria nadmorskú výšku na hladine mora na základe zmien tlaku. Zdroj: Pixabay.

-Teplota: Je zrejmé, že pri vyššej teplote sa hustota znižuje a vzduch váži menej, a preto sa hodnota tlaku znižuje.

-Šírka: Atmosférický tlak je nižší v rovníkových zemepisných šírkach, pretože Zem nie je dokonalá guľa. Pobrežie na úrovni Ekvádoru je ďalej od stredu Zeme ako póly a hustota vzduchu je tiež nižšia.

Môže vám slúžiť: Mliečna dráha: pôvod, charakteristiky, časti, komponenty

-Kontinentita: Čím viac sa presúva do vnútra kontinentov, tým väčší je atmosférický tlak, zatiaľ čo na pobrežných miestach je tlak nižší.

Variácia atmosférického tlaku s výškou

Ten výhradná rovnica To sa týka atmosférického tlaku P miesta s jeho výškou z Na úrovni mora má túto formu:

Tu P_ani Je to tlak existujúci v počiatočnej alebo referenčnej výške, ktorý sa zvyčajne prijíma na hladine mora, ρ_ani Hustota vzduchu na hladine mora a g Hodnota zrýchlenia gravitácie. Neskôr je odpočet krok za krokom v časti Cvičenie krok za krokom.

Ako sa meria atmosférický tlak?

Atmosférický tlak sa meria pomocou barometer. Najjednoduchší je ako Torricelli postavený, založený na ortuti. Sklon alebo priemer trubice nemení výšku ortuťového stĺpca, pokiaľ za to nie sú zodpovedné faktory počasia, pokiaľ nie sú zodpovedné.

Napríklad oblaky sa tvoria v oblastiach s nízkym tlakom. Takže keď sa čítanie barometrov zníži, je to náznak, že prichádza zlé počasie.

V skutočnosti by sa namiesto ortuti mohli použiť aj iné tekutiny, napríklad je možné vyrobiť vodný barometer. Problém je v tom, že veľkosť stĺpca je 10,33 m, veľmi málo praktického prepravy.

Existujú tiež nástroje, ktoré merajú tlak mechanickým spôsobom -deformácie v skúmavkách alebo špiráloch -: aneroidné barometre a tlakové meradlá. Môžu zmerať rozdiel tlaku medzi dvoma bodmi alebo tiež zmerať tlak, ktorý vyvíja atmosférický tlak ako referenciu.

Tlakové jednotky

Normálna hodnota tlaku slúži na definovanie novej jednotky tlaku: atmosféra, skrátená Bankomat. Atmosférický tlak má hodnotu 1 bankomat; Týmto spôsobom je možné vyjadriť ďalšie tlaky z hľadiska atmosférického tlaku, čo je veľmi známou hodnotou pre všetkých:

1 bankomat = 101.293 PA

Nasledujúca tabuľka ukazuje najpoužívanejšie jednotky vo vede a inžinierstve na meranie tlaku a zodpovedajúcu rovnocennosť v Pascal:

Jednotka	Rovnocennosť v Pascal
N/m2	1
Bankomat	101.355
mm hg	133.3
Lb/plg2	6894,76
bar	1x 105

Hydrostatický, absolútny a manometrický tlak

Na voľnom povrchu kvapaliny v statickej rovnováhe a otvorená atmosfére, atmosférický tlak pôsobí. Ale vo vnútorných bodoch kvapaliny samozrejme hmotnosť stĺpca tekutiny pôsobí.

Môže vám slúžiť: cyklus Otto: fázy, výkon, aplikácie, vyriešené cvičenia

Hmotnosť kolóny závisí od jeho výšky a hustoty kvapaliny, čo bude znamenať konštantu, ako aj teplotu. V tomto prípade tlak P je:

P = ρ. g. z

To je Hydrostatický tlak v ktoromkoľvek bode vo vnútri tekutiny s konštantnou hustotou a je priamo úmerná hĺbke z tekutina.

Odvolanie sa absolútny tlak P_Absencia V pokojovej tekutine je definovaná ako súčet atmosférického tlaku P_Bankomat a hydrostatický tlak P:

P_Absencia = P_Bankomat + P

Nakoniec, manometrický tlak P_muž V pokojovej tekutine je rozdiel medzi absolútnym a atmosférickým tlakom a v takom prípade je rovnocenná s meraním hydrostatického tlaku:

P_muž = P_Absencia - P_Bankomat

Príklady

Sila, ktorú atmosféra vyvíja na telo

Rozsah celkovej sily vyvíjanej atmosférou sa dá odhadnúť na ľudské telo. Predpokladajme, že telo má približne povrch 2 m², Pretože tlak je definovaný ako sila na jednotku plochy, môžeme vyčistiť a vypočítať silu:

P = f/a → f = p. Do

Na tento výpočet použijeme normálnu hodnotu atmosférického tlaku, ktorý bol stanovený na začiatku:

F = 101.354,8 pa x 2 m² = 202.710 N

Tento výsledok je ekvivalentný asi 20 ton sily, ale nepredstavuje problém pre živé bytosti, ktoré obývajú povrch Zeme, ktoré sú prispôsobené tomu, rovnako ako ryby v mori.

Aj keď je to pomerne veľká sila. Ako sa pred ňou nezrútime?

Tlak vo vnútri tela sa rovná vonkajšiemu tlaku. Neustále sa zrútime, pretože sila dovnútra sa vyrovnáva s inou silou. Ale niektorí ľudia sú ovplyvnení nadmorskou výškou a môžu krvácať nosom, keď vyšplhajú veľmi vysoké hory. Je to kvôli skutočnosti, že rovnováha medzi krvným tlakom a atmosférickým tlakom sa zmenila.

Napije nápoje so slamou alebo slamou

Atmosférický tlak umožňuje piť sódu so slamou alebo pittillo. Sumeri a iné starodávne kultúry zistili, že môžu piť pivo pomocou stoniek alebo trstín rastlín ako sorbetov.

Oveľa neskôr, na konci 19. storočia a na začiatku 20. storočia, boli v Spojených štátoch patentované rôzne modely slamy, vrátane tých, ktoré nesú akordový lakť, široko používané dnes používané.

Obrázok 3. Atmosférický tlak umožňuje sipillu alebo slamu. Zdroj: Pixabay.

Pracujú týmto spôsobom: keďže kvapalina je absorbovaná slamkou, tlak sa v nej zníži nad tekutinou, čo spôsobuje, že tlak pod, ktorý je väčší, spôsobuje tekutinu, aby ju ľahko vypila.

Môže vám slúžiť: Aká je rovnováha častíc? (S príkladmi)

Z tohto dôvodu sa po extrakcii alebo zubnej chirurgii neodporúča usmrtiť tekutiny týmto spôsobom, pretože zníženie tlaku môže byť otvorená rana a začať krvácať.

Cvičenia

- Cvičenie 1

Odvodiť výškovú rovnicu P (z):

Kde:

-PO je tlak na referenčnej úrovni (hladina mora)

-z je výška

-ρ_ani Je to hustota tekutiny na hladine mora

-G je hodnota gravitačného zrýchlenia

Riešenie

Najprv to tak Dp Diferenciálny tlak, ktorý je podľa základnej rovnice hydrostatickej vyjadrený ako:

Dp = - ρ.g.DZ

Menšie znamienko zohľadňuje skutočnosť, že tlak klesá so zvýšením v z. Bude sa tiež predpokladať, že vzduch je ideálny plyn, takže tlak a hustota súvisia prostredníctvom:

P = ρ.R.T/m

ρ = (m/rt).p

Hustota sa okamžite vymení, aby sa získala:

Dp = - (m/rt).p.g.DZ

Teraz písanie tlaku týmto spôsobom predpokladá, že atmosféra je rozdelená na výškové vrstvy DZ, Niečo ako hromada palaciniek, každá s tlakom Dp. Týmto spôsobom sa získa diferenciálna rovnica, ktorá je vyriešená oddelením premenných p a z:

DP/P = -(Pán T).g.DZ

Potom je integrovaný na oboch stranách, čo je ekvivalentné pridávaniu tlakových príspevkov, ktoré sa uskutočnilo každou vrstvou. V integráli ľavej strany sa robí z tlaku P_ani Počiatočné, až do tlaku P Konečný. Rovnakým spôsobom, v integráli napravo, z ktorého sa vyhodnocuje z z_ani až do z:

Po vyhodnotení integrálu zostáva:

LN (p/p_ani) = - (m/rt).g.(Z-Z_ani)

Nasledujúce vyčistí p exponenciálnym:

Nakoniec, toľko Tón ako g Zostávajú konštantné, ρ_ani= (M/rt)P_ani, potom m/rt = ρ_ani / P_ani,  A dá sa to tiež urobiť z_ani = 0. Zhromažďovanie toho všetkého:

- Cvičenie 2

Aká je hodnota atmosférického tlaku v La Paz, Bolívia nachádza sa na 3640 m nad morom? Berte hodnotu 1 225 kg/m ako priemernú hustotu vzduchu³ na hladine mora.

Riešenie

Numerické hodnoty uvedené vo výškovej rovnici sa jednoducho vymenia:

Záverom je, že je výsledkom asi 66% normálneho tlaku.

Odkazy

1. Figueroa, D. (2005). Séria: Fyzika pre vedu a inžinierstvo. Zväzok 5. Tekutiny a termodynamika. Editoval Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fyzika: pohľad na svet. 6. skrátene vydanie. Učenie sa.
3. Štandardná atmosféra. Obnovené z: av8n.com
4. Univerzita.  Variácia atmosférického tlaku. Získané z: Laplace.my.je.
5. Wikipedia. Bipsometrická rovnica. Obnovené z: je.Wikipedia.orgán.
6. Wikipedia. Atmosferický tlak. Obnovené z: je.Wikipedia.orgán.