Атмосферное давление в физике

Атмосферное давление в физике

Атмосферное давление в физике

Людям целого множества профессий обязательно нужно знать о том, что собой представляет атмосферное давление, поскольку оно напрямую связано со спецификой их работы.

Атмосферное давление является величиной, с помощью которой предсказывается и прогнозируется погода.

Если давление повышается, это означает, что погода будет солнечной, в то время как при понижении давления стоит ожидать ухудшения погодных условий: будет наблюдаться облачность и выпадение различных атмосферных осадков.

Под атмосферным давлением подразумевается сила, воздействующая на поверхность. Если выражаться другими словами, в каждой точке она соответствует массе вышележащего воздушного столба с основанием, которое в свою очередь соответствует единице.

Единицей измерения рассматриваемой силы является Паскаль (Па), который приравнивается силе в 1 Ньютон (Н), оказывающей воздействие на площадь в метр квадратный. В метрологии такое давление указывают в гектопаскалях с точностью вплоть до 0,1 гПа. 1 гПа соответствует 100 Па.

Относительно недавно измерение данного давления осуществлялось в миллибарах и миллиметрах ртутного столба. Измерение давления атмосферы осуществляется абсолютно каждой метеостанцией.

Для того чтобы составить приземную синоптическую карту, отражающую погодные условия в конкретный промежуток времени, давление на уровне станции корректируется согласно значениям над уровнем моря.

С помощью данной процедуры могут быть выделены области с циклонами и антициклонами, а также атмосферные фронты.

Определяемое при нулевой температуре среднее атмосферное давление (широта должен быть 45 градусов) находится на отметке 1013,2 гектопаскалей. Эта величина принимается за стандарт и известна как «нормальное давление».

Особенности измерения

Многие упускают из виду тот факт, что у воздуха также имеется определенный вес. У поверхности планеты его плотность составляет 1,29 кг/м3. Об этом знал еще Галилей, а его ученику Э. Торричелли удалось доказать, что воздух влияет на все тела, находящиеся на поверхности планеты. Данное открытие было названо атмосферным давлением.

Рассчитать давление атмосферы с помощью формулы для расчета давления столба жидкости невозможно, поскольку для неё нужно знать плотность и высоту столба. При этом у атмосферы отсутствует четкая граница, а с ростом высоты плотность воздуха снижается. Исходя из этого, Торричелли предложил альтернативный способ определения и нахождения давления.

Ученый взял запаянную с одной стороны стеклянную трубку примерно метр в длину, заполнил её ртутью и опустил открытой частью в чашу, в которую налита ртуть.

Ртуть в небольшом количестве вылилась в чашу, при этом основная масса переходного металла осталась в трубке. Каждые сутки его количество в трубке незначительно колебалось.

Давление данного металла на определенном уровне создается с помощью веса столба, так как в верхней части трубки нет воздуха. Там полный вакуум, получивший наименование «торричеллиева пустота».

Отталкиваясь от вышеизложенной информации, можно подчеркнуть, что давление атмосферы приравнивается давлению ртутного столбца. Измерив его высоту, можно узнать, какое в месте измерения атмосферное давление. Если оно увеличивается, то и ртутный столбец в трубке будет демонстрировать рост, и наоборот.

(!!!!)

(!!!!)

Измерительные приборы

Применяются следующие приборы:

  • ртутные чашечные барометры СР-А (для измерения показаний на территории равнин) и СР-Б (применяется в высоких горах);
  • барометры-анероиды БАММ-1;
  • метеорологический барограф М-22А.

Ртутные барометры получили самое широкое распространение, поскольку они способны предоставлять наиболее точные результаты. Такие устройства необходимы для замеров давления на метеостанциях. Их размещают в специальных шкафах. Доступ к ним строго ограничивается для обеспечения безопасности, а потому с ними могут работать исключительно наблюдатели и специально обученные специалисты.

Довольно широкое распространение получили барометры-анероиды, применяемые для измерения давления атмосферы на географических стационарах для исследований маршрута и на метеостанциях. В основном их применяют с целью нивелирования.

Барографы М-22А преимущественно применяется для непрерывного процесса регистрации и фиксации различных изменений давления атмосферы. Они могут быть следующих типов:

  • М-22АС, необходимые для фиксации суточных изменений;
  • М-22АН, необходимые для фиксации изменений за неделю.

Принцип работы и конструкция приборов

Первым делом стоит рассмотреть чашечный ртутный барометр. Прибор состоит из заполненной ртутью стеклянной калиброванной трубки. Ее конец сверху закрыт, в то время как нижний погружен в чашу с ртутью. Чашка состоит из трех соединенных резьбой частей.

Чаша включает в себя диафрагму с несколькими отверстиями, благодаря которой затрудняется колебание ртути и тем самым предотвращается попадание воздуха. В верхней части барометра такого типа предусмотрено отверстие, через которое осуществляется доступ к воздуху.

В некоторых случаях отверстие может быть закрыто винтом. Поскольку в верхней части трубки прибора нет воздуха, столбик ртути будет подниматься в колбе до конкретной высоты на поверхность ртути в чаше под воздействием давления.

Масса столбца соответствует величине давления атмосферы.

Внутри барометра размещается стеклянная трубка, защищенная металлической оправой, а на неё наносят шкалу измерения в миллибарах или паскалях. В верхней части оправы присутствует выполненный продольно прорез для наблюдения за положением столба ртути. Чтобы отчет был максимально точным, в конструкцию было включено кольцо с нониусом, перемещаемое по шкале посредством специального винтика.

Для определения десятых долей используют компенсированную шкалу.

Для её защиты от загрязнений в конструкции предусмотрен специальный кожух. В среднюю часть устройства был вмонтирован термометр для учета влияние температуры окружения. Отталкиваясь от его показаний вводят температурную поправку. Чтобы исключить искажения показаний, необходимо ввести такие поправки:

  • температурную;
  • инструментальную;
  • на ускорение силы тяжести с учетом широты местности и её высоты над уровнем моря.

Для замеров рассматриваемой силы в приземных условиях прибегают к барометру-анероиду БАММ-1. В качестве чувствительного элемента был задействован блок из трех соединенных друг с другом коробок анероидного типа, соединенных друг с другом.

Принцип работы барометра такого типа базируется на деформации мембранных коробок из-за воздействия давления воздуха и изменения перемещений мембран посредством механизма для передачи движения в перемещение стрелы по углам.

Приемником служит анероидная коробка из металла, оснащенная крышкой и гофрированным дном, откуда полностью выкачивается воздух. Пружина оттягивает крышку коробки, защищая ее от сплющивания давлением, которое на неё оказывает воздух.

Подтверждение того, что атмосферное давление существует

Есть несколько опытов, которые могли бы подтвердить существование давления.

В качестве примера можно привести опыт со стеклянной трубкой, внутри которой располагается поршень, плотно прилегающий к её стенкам. Конец трубки опускается в воду.

При поднятии поршня будет подниматься и жидкость, поскольку между ними образуется безвоздушное пространство. Вода поднимается из-за оказываемого наружным воздухом давления.

Источник: https://sciterm.ru/spravochnik/atmosfernoe-davlenie-v-fizike/

Атмосферное давление — Класс!ная физика

Атмосферное давление в физике

Атмосфера — воздушная оболочка Земли / высотой несколько тысяч километров /.

Лишившись атмосферы Земля стала бы такой же мертвой, как ее спутница Луна, где попеременно царят то испепеляющий зной, то ледянящий холод — + 130 С днем и — 150 С ночью.

Так выглядит состав газов атммосферы Земли:

По подсчетам Паскаля атмосфера Земли весит столько же, сколько весил бы медный шар диаметром 10км — пять квадриллионов ( 5000000000000000 ) тонн!

Земная поверхность и все тела на ней испытывают давление толщи воздуха, т.е. испытывают атмосферное давление.

Опыт, доказывающий существование атмосферного давления:

Еще один опыт:

Если на конец шприца вместо иголки одеть пробку /чтобы закрыть отверстие/, а затем вытягивать поршень, создавая под ним разряжение, то после отпускания поршня можно услышать резкий хлопок, и поршень втягивается. Это происходит вследствие действия на поршень наружного атмосферного давления.

КАК БЫЛО ОТКРЫТО АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ?

Итак, вспомни, воздух обладает весом …
В этом можно убедиться на опыте. Выкачав часть воздуха из шара, мы увидим, что он стал легче.

Впервые весомость воздуха привела людей в замешательство в 1638 году, когда не удалась затея герцога Тосканского украсить сады Флоренции фонтанами — вода не поднималась выше 10,3м.

Поиски причин упрямства воды и опыты с более тяжелой жидкостью — ртутью, предпринятые в 1643г. Торричелли, привели к открытию атмосферного давления.

Торричелли обнаружил, что высота столба ртути в его опыте не зависит ни от формы трубки,ни от ее наклона. На уровне моря высота ртутного столба всегда была около 760мм.

Ученый предположил, что высота столба жидкости уравновешивается давлением воздуха. Зная высоту столба и плотность жидкости, можно определить величину давления атмосферы.

Правильность предположения Торричелли была подтверждена в 1648г. опытом Паскаля на горе Пью-де-Дом. Паскаль доказал, что меньший столб воздуха оказывает меньшее давление. Вследствие притяжения Земли и недостаточной скорости молекулы воздухане могут покинуть околоземное пространство. Однако они не падают на поверхность Земли , а парят над ней, т.к. находятся в непрерывном тепловом движении.

Благодаря тепловому движению и притяжению молекул к Земле их распределение в атмосфере неравномерно. При высоте атмосферы в 2000-3000км 99% ее массы сосредоточено в нижнем ( до 30км ) слое. Воздух, как и другие газы, хорошо сжимаем.

Нижние слои атмосферы в результате давления на них верхних слоев имеют большую плотность воздуха. Нормальное атмосферное давление на уровне моря в среднем составляет 760 мм рт.ст.= 1013гПа.

С высотой давление и плотность воздуха уменьшаются.

На небольших высотах каждые 12м подъема уменьшают атмосферное давление на 1 мм рт.ст. На больших высотах эта закономерность нарушается.

Происходит это потому, что высота воздушного столба, оказывающего давление, при подъеме уменьшается. Кроме того, в верхних слоях атмосферы воздух менее плотен.

А вот таким образом меняется температура воздуха в атмосфере Земли:

ИНТЕРЕСНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Полюсы холода ………. смотреть.

НАДО ЖЕ

Если бы атмосфера Земли не вращалась вместе с Землей вокруг ее оси, то на поверхности Земли возникли бы сильнейшие ураганы.

ЧТО ПРОИЗОШЛО БЫ НА ЗЕМЛЕ, если бы воздушная атмосфера вдруг исчезла?

— на Земле установилась бы температура приблизительно -170 °С, замерзли бы все водные пространства, а суша покрылась бы ледяной корой.

— наступила бы полная тишина, так как звук в пустоте не распространяется; небо стало бы черным, поскольку окраска небесного свода зависит от воздуха; не стало бы сумерек, зорь, белых ночей.

— прекратилось бы мерцание звезд, а сами звезды были бы видны не только ночью, но и днем (днем мы их не видим из-за рассеивания частичками воздуха солнечного света).

— погибли бы животные и растения.

Некоторые планеты солнечной системы тоже имеют атмосферы, однако их давление не позволяет человеку находиться там без скафандра. На Венере, например, атмосферное давление около 100 атм, на Марсе – около 0,006 атм. из-за давления атмосферы на каждый квадратный сантиметр нашего тела действует сила 10 Н.

КАК ПЕРЕНОСИТ ЧЕЛОВЕК РАЗЛИЧНУЮ ВЫСОТУ НАД УРОВНЕМ МОРЯ?

ЧТО ПРОИЗОЙДЕТ С ЧЕЛОВЕКОМ, если его выбросить без скафандра в открытый космос?

В американском фильме «Вспомнить все'' (с Арнольдом Шварцнегером в главной роли) у главных героев, когда они оказываются выброшенными на поверхность Марса, начинают вылезать из орбит глаза, а их тела раздуваются. Что же произойдет с человеком, попавшим без скафандра в безвоздушное пространство (вернее, что произойдет с его телом — ведь дышать он не может).

Давление газов внутри тела будет стремиться «уравновесится'' с внешним (нулевым) давлением. Очень простая иллюстрация: банки, которые ставят больному. Воздух в них прогревают, отчего плотность газа уменьшается. Банку быстро прикладывают к поверхности, и Вы видите, как по мере остывания банки и воздуха в ней тело человека в этом месте затягивается в банку.

А представьте такую банку вокруг человека…

Но это не единственный «неприятный'' процесс. Как известно, человек состоит из воды как минимум на 75 %. Температура кипения воды при атмосферном давлении равна 100 С. Температура кипения сильно зависит от давления: чем ниже давление, тем ниже температура кипения. …Уже при давлении 0,4 атм.

температура кипения воды равна 28,64 С, что значительно ниже температуры тела человека. Поэтому, на первый взгляд, при попадании в открытый космос человек лопнет и «вскипит'' … но взрыва тела не происходит.

Дело в том, что если воздух из легких (и остальных полостей тела) беспрепятственно вышел, то в организме только жидкость, которая выделяет пузырьки газа, но сама сразу не вскипает. Между прочим, когда происходит разгерметизация (скажем, на большой высоте), то человек умирает, но на куски его не разрывает.

Вспомним наших погибших космонавтов: 20км — это примерно 1/10 атмосферы — практически вакуум с интересующей нас точки зрения.
Хотя… Около 15 лет назад в одном из институтов Академгородка возникла идея попробовать вакуумную сушку мяса. Большой кусок мяса поместили в вакуумную камеру и начали резкую откачку.

Кусок просто взорвался. После этого эксперимента было довольно сложно отскребать его результаты от стенок вакуумной камеры.

Источник: Е.М. Балдин Краткая энциклопедия физика.

КАК МЫ ДЫШИМ?

За счет мышечного усилия мы увеличиваем объем грудной клетки, при этом давление воздуха внутри легких уменьшается. Далее атмосферное давление «вталкивает» в легкие порцию воздуха. При выдыхании происходит обратное явление.

КАК МЫ ПЬЕМ ?

Втягивание ртом жидкости вызывает расширение грудной клетки и разрежение воздуха как в легких, так и во рту. Повышенное по сравнению с внутренним наружное атмосферное давление «вгоняет» туда часть жидкости. Так организм человека использует атмосферное давление.

КОМУ ЛЕГЧЕ ХОДИТЬ ПО ГРЯЗИ?

Лошади, имеющей сплошное копыто, очень трудно вытащить ногу из глубокой грязи. Под ногой, когда она ее поднимает, образуется разреженное пространство и атмосферное давление препятствует вытаскиванию ноги. В этом случае нога работает как поршень в цилиндре.

Внешнее, огромное по сравнению с возникшим, атмосферное давление не дает поднять ногу. При этом сила давления на ногу может достигать 1000 Н.

Намного легче передвигаться по такой грязи жвачным животным, у которых копыта состоят из нескольких частей и при вытаскивании ноги из грязи сжимаются, пропуская воздух в образовавшееся углубление.

На среднего по размерам человека со стороны атмосферного давления действует сила давления около 150 000Н. Но мы справляемся с такой нагрузкой, т.к. внешнее атмосферное давление уравновешивается давлением жидкости внутри нашего организма.

А ТЕПЕРЬ ПОРАБОТАЕМ НА «5»?

1. Может ли космонавт набрать жидкость в шприц во время полета на космическом корабле, если в кабине поддерживается нормальное атмосферное давление? 2. Почему опасно сдавать в багаж при полете на самолете плотно закупоренные стеклянные банки?

3. Почему вода из опрокинутой бутылки выливается рывками, с бульканьем? а из резиновой медицинской грелки вытекает ровной сплошной струёй?

4. Равно ли давление воздуха внутри туго надутого резинового мяча давлению наружного воздуха?

Следующая страница «Занимательные фишки»
Назад в раздел «Занимательные фишки по физике для 7 класса»

Источник: http://class-fizika.ru/7_davlatm.html

Давление

Атмосферное давление в физике

Давление — это физическая величина, показывающей действующую силу на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности.

Давление определяется, как P = F / S,где P – давление, F – сила давления, S – площадь поверхности. Из этой формулывидно, что давление зависит от площади  поверхности тело действующего с некой силой.

Чем меньше площадь поверхности, тем больше давление.

Единицей измерения давления является ньютон на квадратный метр (H/м2). Также мы можем перевести единицы давления Н/м2 в паскали, — единицы измерения, названные в честь французского ученого Блеза Паскаля, который вывел, так называемый, Закон Паскаля. 1 Н/м2 = 1 Па.

Что такое ???

Давления газов и жидкостей — манометром, дифманометром, вакумметро, датчиком давления.Атмосферного давления — барометром.Артериального давления — тонометром.

И так, еще раз давление определяется, как P = F / S. Сила в гравитационном поле равно весу — F= m * g, где m – масса тело; g – ускорение свободного падения. Тогда давление —
P = m * g / S.Используя данную формулу, можно определить давление оказываемое телом на поверхность. Например, человеком на землю.

Атмосферное давление с высотой убывает. Зависимость атмосферного давления от высоты определяется барометрической формулой —
P = Po*exp(- μgh/RT). Где, μ = 0,029 кг/м3 – молекулярная масса газа (воздуха); g = 9.

81 м/с2 – ускорение свободного падения; h — ho– разность высоты над уровнем моря и высотой принятой начало отчета (h=ho); R = 8,31 — Дж/моль К– газовая постоянная; Ро – атмосферное давление на высоте , принятой за начало отсчета; Т- температура по Кельвину.

Опытным путем установлено, что атмосферное давление на уровне моря составляет примерно 760 мм рт. ст. Стандартное атмосферное давление принято равным 760 мм рт. ст., или 101 325 Па, отсюда вытекает определение миллиметра ртутного столба 101 325/760 Па = 133,322 368, т.е. 1 мм рт. ст. = 133,322 Па.

Давление
Памм.рт.ст.
Нормальное атмосферное давление101 325760
На высоте Останкинской телебашни в Москве (540м)94 880711,7
В пассажирской кабине самолета Ан-10 при полете на высоте 8 км*85 600642
В колбе газонаполненной электрической лампы80 000600
Наименьшее давление, допускаемое в гермитических кабинах самолетов**75 600567
На высочайшей горной вершине (пик Коммунизма, высота 7495 м)38 200287
На наибольшей высоте суши над уровнем моря (вершина горы Эверест, высота 8848 м)31 500236
На высоте 8 км***35 650267
На высоте 9 км***30 800231
На высоте 10 км***26 500199
На высотк 11 км***22 700170
В камере бытового пылесоса11 000 — 12 10082 — 90
В пространстве между двойными стенками сосуда Дьюара10-1 — 10-310-3 — 10-5
в колбе вакуумной электрической лампы накаливания10-2 — 10-310-4 — 10-5
В кольбе ренгетовской трубки10-3 — 10-510-5 — 10-7
на высоте 250 км****3x 10-53x 10-7
В колбе радио лампы10-510-7
В вакуумной камере современного ускорителя заряженных частиц10-4- 10-610-6 — 10-8
В камере установки для термоядерных реакцийдо 10-11до 10-13

* Соответствует давлению воздуха на высоте 1400 м над Землей.** Соотвествует давлению воздуха на высоте 2400 м над Землей.*** Высота, на которой совершается обычно полеты турбовинтовыхи турбореактивных пассажирских самолетов.

**** Средняя высота полета космического корабля «Восток»

Давление атмосферы на различной высоте над Землей

h, кмPh, кмP
Памм рт. ст.Памм рт. ст.
0101 325760,01219 399145,5
0,05100 726755,01512 11290,8
0,1100 129751,020552941,5
189 876674,13011978,98
279 501596,35079,80,59
554 048405,41003,19 *10-22,4*10-4
835 652267,41202,67*10-32,0-10-5
1026 500198,8

Таблица. Перевод миллиметров ртутного столба в Паскали

мм рт. ст.мм рт. ст.
0123456789
Па
00133,332266,64339,97533,29666,61799,93933,251066,581190,90
101333,221466,541599,861733,191866,511999,832133,152266,472399,802533,12
202666,442799,762933,083066,413199,733333,053466,373599,693733,023866,34
303999,664132,984266,304399,634532,954666,274799,594932,915066,245199,56
405332,885466,205599,525732,855866,175999,496132,816266,136399,466532,78
506666,106799,426932,747066,077199,397332,717466,037599,357732,687866,00
607999,328132,648265,968399,298532,618665,938799,258932,579065,909199,22
709332,549465,869599,189732,519865,839999,1510132,510265,810399,110532,4
8010665,810799,110932,411065,711199,011332,411465,711599,011732,311865,7
9011999,012132,312265,612398,912532,312665,612798,912932,213065,613198,9

Примеры.

  1. 43 мм рт. ст.=5732,85 Па.
  2. 0,51 мм рт. ст. = 51 мм рт. ст. * 10-2 = 6799,42 * 10-2 Па = 67,9942 Па ≈68 Па
  3. 182 мм рт. ст. = 180 мм рт. ст. + 2 мм рт. ст. = 18 мм рт. ст. * 10 + 2 мм рт. ст.

    = 2399,8 Па * 10 + 266,64 Па = 24264,64 Па ≈ 24,3 кПа

  4. 1055 мм рт. ст.=1000 мм рт. ст. + 55 мм рт. ст .= 10 мм рт. ст. * 100 + 55 мм рт. ст. = 1333,22 Па * 100 + 7332,71 Па = 133322 Па + 7332,71 Па = 140654,71 Па ≈  140,7 кПа.

Давления

Объект, средаДавление
кПакгс/см2
Газы
Воздух в баллонах акваланга15 000150
Воздух в пневмаматических инструментах800-9008-9
Природный газ в магистральном газопроводе750075
Атмосфера на поверхности планеты Венера (по измерениям советских межпланетных станций «Венера-9» и «Венера-10»)9000-920090-92
Пороховые газы на канале современного стволадо 390 000до 4000
Газы в центре взрыва термоядерной бомбыдо 1011до 109
Жидкости
Масло в магистрали смазки автомобилей и траторов200-5002-5
Максимально допустимое давление масла в школьном гидравлической прессе15 000150
Внутреннее  молекулярное давление в воде≈1 700 000≈17 000
Внутреннее молекулярное давление в ртути≈4 000 000≈40 000
Твердые тела
Гусенечные траторы с уширенными гусеницами на почву20-300,2-0,3
Гусеничные траторы на почву40-500,4-0,5
Колеса легкового автомобиля на почву230-3002,3-3,0
Колеса железнодорожного вагона на рельсы≈300 000≈3000

Единицы давления

Паскаль (Pa, Па)Бар (bar, бар)Техническая атмосфера (at, ат)Физическая атмосфера (atm, атм)Миллиметр ртутного столба (мм рт. ст., Hg, Torr, торр)Метр водянного солба (м вод. ст., m H2O)Фунт-сила на кв. дюйм (psi)
1 Па1 Н/м210-510,197х10-69,8692х10-67,5006х10-31,0197х10-4145,04х10-6
1 бар1051х106дин/см21,01970,98692750,0610,19714,504
1 ат98066,50,9806651 кгс/см20,96784735,561014,223
1 атм1013251,013231,0331 атм76010,3314,696
1 мм рт.ст.133,3221,3332х10-31,3595х10-31,3158х10-31 мм рт. ст.13,595х10-319,337х10-3
1 м вод. ст9806,659,80665х10-20,10,09678473,5561 м вод. ст.1,4223
1 psi6894,7668,948х10-370,307х10-368,046х10-351,7150,703071 ibf/in2

Продолжение будет …

 

Источник: http://www.kilomol.ru/davlenie.html

Конспект

Атмосферное давление в физике

Воздух, как и любое тело, имеет массу: 1 л воздуха на уровне моря имеет массу около 1,3 г. На каждый квадратный сантиметр земной поверхности атмосфера давит силой 1 кг.

Это среднее давление воздуха над уровнем океана у широты 45° при температуре 0 °С отвечает весу ртутного столбика высотой 760 мм и сечением 1 см2 (или 1013 мб.).

Это давление принимают за нормальное атмосферное давление.

Атмосферное давление – это сила, с которой атмосфера давит на все находящиеся в ней предметы и на земную поверхность. Давление определяется в каждой точке атмосферы массой вышележащего столба воздуха с основанием, равным единице. С увеличением высоты атмосферное давление уменьшается, т.

к. чем выше расположена точка, тем меньше над ней высота воздушного столба. С поднятием вверх воздух разрежается и его давление уменьшается. В высоких горах давление значительно меньше, чем на уровне моря. Эту закономерность используют при определении абсолютной высоты местности по величине давления.

Барическая ступень – расстояние по вертикали, на котором атмосферное давление уменьшается на 1 мм рт. ст. В нижних слоях тропосферы до высоты 1 км давление уменьшается на 1 мм рт. ст. на каждые 10 м высоты. Чем выше, тем давление понижается медленнее. В горизонтальном направлении у земной поверхности давление изменяется неравномерно, в зависимости от времени.

Барический градиент – показатель, характеризующий изменение атмосферного давления над земной поверхностью на единицу расстояния и по горизонтали.

Величина давления, кроме высоты местности над уровнем моря, зависит также и от температуры воздуха.

Давление теплого воздуха меньше, чем холодного, т. к. вследствие нагревания он расширяется, а при охлаждении – сжимается. С изменением температуры воздуха изменяется его давление.

Поскольку изменение температуры воздуха на земном шаре зонально, зональность характерна и для распределения атмосферного давления на земной поверхности.

Вдоль экватора протягивается пояс пониженного давления, на 30—40° широтах к северу и югу – пояса повышенного давления, на 60—70° широтах давление снова пониженное, а в полярных широтах – области повышенного давления.

Распределение поясов повышенного и пониженного давления связано с особенностями нагревания и движения воздуха у поверхности Земли. В экваториальных широтах воздух в течение всего года хорошо нагревается, поднимается вверх и растекается в сторону тропических широт. Подходя к 30—40° широтам, воздух охлаждается и опускается вниз, создавая пояс повышенного давления.

В полярных широтах холодный воздух создает области повышенного давления. Холодный воздух постоянно опускается вниз, а на его место приходит воздух из умеренных широт. Отток воздуха в полярные широты – причина того, что в умеренных широтах создается пояс пониженного давления.

Пояса давления существуют постоянно

Они лишь несколько смещаются к северу или югу в зависимости от времени года («вслед за Солнцем»). Исключение составляет пояс пониженного давления Северного полушария. Он существует только летом.

Причем над Азией формируется огромная область пониженного давления с центром в тропических широтах – Азиатский минимум. Его формирование объясняется тем, что над огромным массивом суши воздух сильно прогревается.

Зимой же суша, которая занимает значительные площади в этих широтах, сильно выхолаживается, давление над ней увеличивается, и над материками формируются области повышенного давления – Азиатский (Сибирский) и Северо-Американский (Канадский) зимние максимумы атмосферного давления.

Таким образом, зимой пояс пониженного давления в умеренных широтах Северного полушария «разрывается». Он сохраняется только над океанами в виде замкнутых областей пониженного давления – Алеутского и Исландского минимумов.

Влияние распределения суши и воды на закономерности изменения атмосферного давления выражается также в том, что в течение всего года барические максимумы существуют только над океанами: Азорский (Северо-Атлантический), Северо-Тихоокеанский, Южно-Атлантический, Южно-Тихоокеанский, Южно-Индийский.

Атмосферное давление непрерывно изменяется. причина изменения давления – изменение температуры воздуха.

Давление атмосферы измеряется при помощи барометров. Барометр-анероид состоит из герметически замкнутой тонкостенной коробки, внутри которой воздух разрежен. При изменении давления стенки коробки вдавливаются или выпячиваются. Эти изменения передаются на стрелку, которая перемещается по шкале, градуированной в миллибарах или миллиметрах.

На картах распределение давления по Земле показывают изобарами. Чаще всего на картах указывают распределение изобар января и июля.

Распределение областей и поясов атмосферного давления существенно влияет на воздушные течения, погоду и климат.

Конспект урока «Атмосферное давление». Следующая тема:

Источник: https://uchitel.pro/%D0%B0%D1%82%D0%BC%D0%BE%D1%81%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%BE%D0%B5-%D0%B4%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5/

Понятие и сущность атмосферного давления

Определение 1

Атмосферное давление – это сила, которая действует на поверхность. Иными словами, в каждой точке атмосферы давление равно массе вышележащего столба воздуха с основанием, которое равно единице.

Единицей измерения атмосферного давления является Паскаль (Па), который приравнивается силе в 1 Ньютон (Н), что действует на площадь в 1 м2 (1 Па = 1 Н/м2). Атмосферное давление в метрологии выражается в гектопаскалях (гПа) с точностью до 0,1 гПа. А 1 гПа, в свою очередь, равен 100 Па.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

В качестве единицы измерения атмосферного давления до недавнего времени использовался миллибар (мбар) и миллиметр ртутного столба (мм. рт. ст.). Давление измеряется абсолютно на всех метеорологических станциях.

Для того чтобы составить приземные синоптические карты, которые отражают погодные условия в данный период времени, давление на уровне станции приводят в соответствие со значениями уровня моря.

Благодаря этому можно выделить области с высоким и низким атмосферным давлением (антициклоны и циклоны), а также атмосферные фронты.

Определение 2

Среднее атмосферное давление на уровне моря, которое определяется на широте 45 градусов, при температуре воздуха 0 градусов, составляет 1013,2 гПа. Данная величина принимается за стандартную, она получила название «нормальное давление».

Измерение атмосферного давления

Мы часто забываем о том, что воздух имеет вес. У поверхности Земли плотность воздуха составляет 1,29 кг/м3. Еще Галилей доказал, что воздух имеет вес. А его ученик, Эванджелиста Торричелли, смог доказать, что воздух оказывает влияние на все тела, которые расположены на земной поверхности. Это давление стали называть атмосферным.

По формуле расчета давления столба жидкости рассчитать атмосферное давление нельзя. Ведь для этого необходимо знать высоту столба жидкости и плотность. Однако у атмосферы не существует четкой границы, а с ростом высоты уменьшается плотность атмосферного воздуха. Поэтому Эванджелиста Торричелли предложил иной метод для определения и нахождения атмосферного давления.

Он взял стеклянную трубку длиной около метра, которая с одного конца была запаяна, налил в нее ртуть и опустил открытой частью в чашу с ртутью. Немного ртути вылилось в чашу, но основная часть осталась в трубке.

Каждый день количество ртути в трубе незначительно колебалось. Давление ртути на определенном уровне создается при помощи веса столба ртути, поскольку в верхней части трубки воздуха над ртутью нет.

Там расположен вакуум, который получил название «торричеллиева пустота».

Замечание 1

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что атмосферное давление приравнивается давлению ртутного столбца в трубке. Измерив высоту ртутного столбца, можно рассчитать давление, что производит ртуть. Оно приравнивается атмосферному. Если атмосферное давление повышается, то ртутный столбец в трубке Торричелли увеличивается, и наоборот.

Рисунок 1. Измерение атмосферного давления. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Приборы для измерения атмосферного давления

Для измерения атмосферного давления используются такие виды приборов:

  • станционный барометр чашечный ртутный СР-А (для диапазона 810-1070 гПа, что характерен для равнин) или СР-Б (для диапазона 680-1070 гПа, который наблюдается на высокогорных станциях);
  • барометр-анероид БАММ-1;
  • барограф метеорологический М-22А.

Наиболее точными и часто используемыми являются ртутные барометры, которые применяются для измерения атмосферного давления на метеорологических станциях. Они располагаются в помещениях в специально оборудованных шкафах. Доступ к ним строго ограничен в целях техники безопасности: с ними могут работать только специально подготовленные специалисты и наблюдатели.

Более распространенными являются барометры-анероиды, которые применяются для измерения атмосферного давления на метеорологических станциях и на географических стационарах для маршрутных исследований. Зачастую они применяются для барометрического нивелирования.

Барограф М-22А чаще всего используется для фиксации и непрерывной регистрации каких-либо изменений атмосферного давления. Они могут быть двух типов:

  • для того чтобы зарегистрировать суточное изменение давления, применяется М-22АС;
  • для того чтобы зарегистрировать изменение давления в течение 7 дней, применяется М-22АН.

Устройство и принцип действия приборов

Рассмотрим для начала чашечный ртутный барометр. Данный прибор состоит из стеклянной калиброванной трубки, которая заполнена ртутью. Ее верхний конец запаян, а нижний погружается в чашу с ртутью.

Чашка ртутного барометра состоит из трех частей, которые соединены резьбой. Средняя чаша внутри имеет диафрагму со специальными отверстиями.

Благодаря диафрагме затрудняется колебание ртути в чаше, предотвращая тем самым попадание воздуха.

В верхней части чашечного ртутного барометра есть отверстие, сквозь которое чаша сообщается с воздухом. В некоторых случая отверстие закрывается винтом. В верхней части трубки воздуха нет, поэтому под влиянием атмосферного давления столбик ртути поднимается в колбе до определенной высоты на поверхность ртути в чаше.

Масса столба ртути приравнивается к величине атмосферного давления.

Следующим прибором является барометр. Принцип его устройства заключается в следующем: стеклянная трубка защищается металлической оправой, на которую наносится шкала измерения в паскалях или миллибарах.

Верхняя часть оправы имеет продольный прорез для того, чтобы наблюдать за положением ртутного столбика.

Для максимально точного отчета мениска ртути располагается кольцо с нониусом, которое перемещается вдоль шкалы при помощи винтика.

Определение 3

Шкала, которая предназначена для определения десятых долей, называется компенсированная шкала.

От загрязнения она предохраняется защитным кожухом. В средней части барометра вмонтирован термометр для того, чтобы учитывать влияние температуры окружающей среды. По его показаниям вводится температурная поправка.

С целью исключения искажений показаний ртутного барометра вводится ряд поправок:

  • температурная;
  • инструментальная;
  • поправки на ускорение силы тяжести в зависимости от высоты над уровнем моря и широты места.

Барометр-анероид БАММ-1 используется для замеров атмосферного давления в приземных условиях. Его чувствительным элементом является блок, который состоит из трех соединенных анероидных коробок.

Принцип устройства барометра-анероида основывается на деформации мембранных коробок под действием атмосферного давления и трансформацией линейных перемещений мембран при помощи передаточного механизма в угловые перемещения стрелы.

В качестве приемника выступает металлическая анероидная коробка, которая оснащена гофрированным дном и крышкой, воздух из них полностью выкачивается. Пружина оттягивает крышку коробки и предохраняет ее от сплющивания воздушным давлением.

Рисунок 2. Подтверждение существования атмосферного давления. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/atmosfernoe_davlenie_v_fizike/

Booksm
Добавить комментарий