ATMOSFĒRAS SPIEDIENS: NORMĀLĀ VĒRTĪBA, KĀ TO IZMĒRĪT, PIEMĒRI - FIZISKĀ - 2025

Atmosfēras spiediens izraisa Gāzu veidojošo atmosfēru virs Zemes masas. Tiek lēsts, ka atmosfēras masa ir aptuveni 5 x 10 ¹⁸ kg, un visas dzīvās būtnes ir pakļautas spiedienam, ko šī masa rada.

Pirmais, kas to izmērīja, bija itāļu zinātnieks Evangelista Torricelli (1608-1647). Viņš 1644. gadā veica vienkāršu, bet ļoti ģeniālu eksperimentu: viņš pilnībā piepildīja stikla cauruli, kas bija noslēgta vienā galā, ar dzīvsudrabu, apgrieza to un ielēja traukā, kurā bija arī dzīvsudrabs.

1. attēls. Aneroīda barometrs atmosfēras spiediena mērīšanai, atšķirībā no dzīvsudraba barometra, tas nesatur šķidrumu. Avots: Wikimedia Commons.

Torricelli novēroja, ka caurule pilnībā neiztukšojās, bet bija piepildīta ar dzīvsudrabu līdz 76 cm augstumam. Pārsteigts, ka viņš veica daudzus testus ar dažādas formas caurulēm, vienmēr iegūstot vienādu rezultātu.

Tādā veidā Torricelli saprata, ka atmosfēras spiediens paaugstina un uztur dzīvsudraba kolonnu caurules iekšpusē 760 mm augstumā. Tādā veidā nosaka atmosfēras spiediena vidējo vērtību.

Tā kā spiedienu definē kā spēku uz laukuma vienību, atmosfēras spiediena vienības Starptautiskajā sistēmā ir ņūtoni / metrs vai paskāls, kas saīsināts Pa. Tātad šajā sistēmā atmosfēras spiediena P _atm vērtība ir :

Šī ir atmosfēras spiediena normālā vērtība 0 ° C un jūras līmenī.

Atmosfēras spiediens jūras līmenī un citas izmaiņas

Teorētiski maksimālā atmosfēras spiediena vērtība ir tieši jūras līmenī. Lai arī šajā līmenī ir tik daudz mainību, ekspertiem ir jāizveido kāda atsauces sistēma, kas viņiem palīdzētu noteikt tās vērtību.

Šie ir galvenie faktori, kas ietekmē atmosfēras spiediena vērtību noteiktā vietā uz Zemes:

-Alitudis : uz katriem 10 augstuma metriem spiediens samazinās par 1 mm Hg. Bet gadās arī tā, ka gāzes blīvums, kas veido atmosfēru, nav konstants. Principā, palielinoties augstumam, gaisa blīvums samazinās.

2. attēls. Altimetrs - instruments, kas mēra augstumu virs jūras līmeņa, pamatojoties uz spiediena izmaiņām. Avots: Pixabay.

- Temperatūra : acīmredzami, jo augstāka temperatūra samazinās, blīvums samazinās un gaiss sver mazāk, tāpēc spiediena vērtība samazinās.

- Platums : atmosfēras spiediens ir zemāks ekvatoriālajos platuma grādos, jo Zeme nav perfekta sfēra. Piekrastē pie ekvatora ir tālāk no Zemes centra nekā poliem, un tur arī gaisa blīvums ir mazāks.

- Kontinentalitāte : jo vairāk tā virzās uz kontinentu iekšpusi, jo augstāks ir atmosfēras spiediens, savukārt piekrastes vietās spiediens ir zemāks.

Atmosfēras spiediena izmaiņas atkarībā no augstuma

Altimetriskajam vienādojumam, kas saista vietas atmosfēras spiedienu P ar tās augstumu z virs jūras līmeņa, ir šāda forma:

Šeit P _o ir spiediens sākotnējā vai atskaites augstumā, ko parasti ņem jūras līmenī, ρ _vai gaisa blīvums jūras līmenī, un gravitācijas paātrinājuma vērtība g. Vēlāk atrisināto vingrinājumu sadaļā tiek veikts soli pa solim atskaitījums.

Kā mēra atmosfēras spiedienu?

Atmosfēras spiedienu mēra ar barometru. Vienkāršākais ir tāds kā Torricelli celtais, kura pamatā ir dzīvsudrabs. Caurules slīpums vai diametrs nemaina dzīvsudraba kolonnas augstumu, ja vien par to nav atbildīgi klimatiskie faktori.

Piemēram, mākoņi veidojas zema spiediena reģionos. Tātad, kad barometra rādījums nokrītas, tā ir zīme, ka tuvojas slikts laiks.

Faktiski dzīvsudraba vietā var izmantot arī citus šķidrumus, piemēram, var izgatavot ūdens barometru. Problēma ir tā, ka kolonnas izmērs ir 10,33 m, tas ir ļoti nepraktiski pārvadājams.

Ir arī instrumenti, kas mehāniski mēra spiedienu caur deformācijām caurulēs vai spirālēs: aneroīdu barometri un manometri. Viņi var izmērīt spiediena starpību starp diviem punktiem vai arī izmērīt spiedienu, par atsauci izmantojot atmosfēras spiedienu.

Spiediena vienības

Normālā spiediena vērtību izmanto, lai definētu jaunu spiediena vienību: atmosfēru, saīsinātu atm. Atmosfēras spiediens ir 1 atm; šādā veidā citus spiedienus var izteikt kā atmosfēras spiedienu, kas visiem ir ļoti pazīstama vērtība:

Šajā tabulā parādītas vienības, ko zinātnē un inženierijā visbiežāk izmanto spiediena mērīšanai, un atbilstošais ekvivalents paskālos:

Vienība	Ekvivalence paskālā
N / m 2	viens
atm	101,355
mm Hg	133,3
lb / in 2	6894,76
Krogs	1x10 5

Hidrostatiskais, absolūtais un manometriskais spiediens

Uz šķidruma brīvas virsmas, kas atrodas statiskā līdzsvarā un ir atvērts atmosfērai, darbojas atmosfēras spiediens. Bet šķidruma iekšējos punktos, protams, darbojas šķidruma kolonnas svars.

Kolonnas svars ir atkarīgs no tās augstuma un šķidruma blīvuma, ko mēs uzskatīsim par nemainīgu, tāpat kā no temperatūras. Šajā gadījumā spiediens P ir:

Tas ir hidrostatiskais spiediens jebkurā šķidruma ar nemainīgu blīvumu iekšpusē un ir tieši proporcionāls šķidruma dziļumam z.

Attiecībā uz absolūto spiedienu P _abs šķidruma stāvoklī miera stāvoklī tas tiek definēts kā atmosfēras spiediena P _atm un hidrostatiskā spiediena P summa:

Visbeidzot, manometriskais spiediens P _man , kas atrodas miera stāvoklī esošā šķidrumā, ir starpība starp absolūto un atmosfēras spiedienu, un šajā gadījumā tas ir līdzvērtīgs hidrostatiskā spiediena mērīšanai:

Piemēri

Spēks, ko atmosfēra iedarbojas uz ķermeni

Var novērtēt kopējā spēka, ko atmosfēra ietekmē uz cilvēka ķermeni, lielumu. Pieņemsim, ka korpusa virsmas laukums ir aptuveni 2 m ² , jo spiedienu nosaka kā spēku uz laukuma vienību, mēs varam atrisināt un aprēķināt spēku:

Šim aprēķinam mēs izmantosim atmosfēras spiediena normālo vērtību, kas tika noteikta sākumā:

Šis rezultāts ir līdzvērtīgs vairāk vai mazāk 20 tonnu spēkam, bet tas nerada problēmas dzīvām būtnēm, kuras apdzīvo Zemes virsmu un kuras tam ir pielāgotas, tāpat kā zivis jūrā.

Lai gan tas ir diezgan liels spēks. Kāpēc gan mēs pirms tam nesabruksim?

Spiediens ķermeņa iekšienē ir vienāds ar spiedienu ārpusē. Mēs nesabrūk, jo iekšējo spēku līdzsvaro cits ārējs spēks. Bet dažus cilvēkus ietekmē augstums, un, kāpjot ļoti augstos kalnos, tie var asiņot no deguna. Tas ir tāpēc, ka ir traucēts asinsspiediena un atmosfēras spiediena līdzsvars.

Malkojiet dzērienus ar salmiņu vai salmiņu

Atmosfēras spiediens ļauj dzert soda ar salmiem vai salmiem. Šumeri un citas senās kultūras bija atklājuši, ka viņi var dzert alu, izmantojot salmus augu dobumus vai niedres.

Daudz vēlāk, 19. gadsimta beigās un 20. gadsimta sākumā Amerikas Savienotajās Valstīs tika patentēti dažādi salmu modeļi, ieskaitot tos, kuriem šodien ir plaši izmantots akordeona formas elkonis.

3. attēls. Atmosfēras spiediens ļauj malkot ar salmiņu. Avots: Pixabay.

Viņi darbojas šādi: Tā kā šķidrums tiek absorbēts caur salmiem, spiediens virs šķidruma salmos tiek samazināts, izraisot zemāku, kas ir lielāks, spiedienu, lai šķidrums tiktu virzīts uz augšu, lai būtu viegli dzert.

Šī iemesla dēļ pēc ekstrakcijas vai zobārstniecības operācijām šādā veidā nav ieteicams dzert šķidrumu, jo spiediena samazināšanās var izraisīt brūces atvēršanu un asiņošanas sākšanos.

Vingrinājumi

- 1. vingrinājums

Atvasiniet altimetrisko vienādojumu P (z):

-Po ir spiediens atsauces līmenī (jūras līmenī)

-z ir augstums

-ρ _o ir šķidruma blīvums jūras līmenī

-g ir gravitācijas paātrinājuma vērtība

Risinājums

Pirmkārt, pieņemsim, ka dp ir diferenciālais spiediens, kuru saskaņā ar hidrostatikas pamatvienādojumu izsaka šādi:

Mīnusa zīme ņem vērā faktu, ka spiediens samazinās, palielinoties z. Arī gaiss tiks uzskatīts par ideālu gāzi, tāpēc spiedienu un blīvumu saista:

Blīvumu nekavējoties aizstāj, lai iegūtu:

Tagad, uzrakstot spiedienu šādā veidā, tiek pieņemts, ka atmosfēra ir sadalīta augstuma slāņos dz, kaut kas līdzīgs pankūku kaudzei, katram ar spiedienu dp. Šādā veidā iegūst diferenciālvienādojumu, kas tiek atrisināts, atdalot mainīgos lielumus p un z:

Pēc tam to integrē abās pusēs, kas ir līdzvērtīgs katra slāņa spiediena palielināšanai. Integrācijā kreisajā pusē tas ir izgatavots no spiediena P _vai sākotnējā līdz galīgajam spiedienam P. Tādā pašā veidā labajā pusē esošais integrālis tiek vērtēts no z _o līdz z:

Izmantojot P eksponenci, jāatrisina šādi:

Visbeidzot, ja gan T, gan g tiek turēti konstanti, ρ _o = (M / RT) P _o , tad M / RT = ρ _o / P _o, un mēs varam arī iegūt z _o = 0. Visu to saliekot kopā:

- 2. vingrinājums

Kāda ir atmosfēras spiediena vērtība La Pasā, Bolīvijā, kas atrodas 3640 m virs jūras līmeņa? Pieņemiet vidējo gaisa blīvumu 1,225 kg / m ³ jūras līmenī.

Risinājums

Vienkārši aizstājiet skaitliskās vērtības, kas norādītas altimetriskajā vienādojumā:

Noslēgumā jāsaka, ka tas ir aptuveni 66% no normāla spiediena.

Atsauces

1. Figueroa, D. (2005). Sērija: Fizika zinātnei un inženierijai. 5. tilpums. Šķidrumi un termodinamika. Rediģēja Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fizika: skats uz pasauli. 6. saīsināts izdevums. Cengage mācīšanās.
3. Standarta atmosfēra. Atgūts no: av8n.com
4. Seviļas universitāte. Atmosfēras spiediena izmaiņas. Atgūts no: laplace.us.es.
5. Wikipedia. Hipometriskais vienādojums. Atgūts no: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Atmosfēras spiediens. Atgūts no: es.wikipedia.org.