Как измерить атмосферное давление в паскалях? Каково нормальное атмосферное давление в паскалях?

Атмосфера – газовое облако, окружающее Землю. Вес воздуха, высота столба которого превышает 900 км, оказывает мощное влияние на жителей нашей планеты. Мы не ощущаем этого, воспринимая жизнь на дне воздушного океана как само собой разумеющееся. Дискомфорт человек ощущает, поднимаясь высоко в горы. Недостаток кислорода провоцирует быструю утомляемость. При этом существенным образом изменяется атмосферное давление.

Физика рассматривает атмосферное давление, его изменения и влияние на поверхность Земли.

В курсе физики средней школы изучению действия атмосферы уделяется значительное внимание. Особенности определения, зависимость от высоты, влияние на процессы, протекающие в быту или в природе, объясняются на основании знаний о действии атмосферы.

Когда начинают изучать атмосферное давление? 6 класс – время знакомства с особенностями атмосферы. Продолжается этот процесс в профильных классах старшей школы.

История изучения

Первые попытки установить атмосферное давление воздуха предприняли в 1643 г. по предложению итальянца Эванджелиста Торричелли. Стеклянная запаянная с одного конца трубка была заполнена ртутью. Закрыв с другой стороны, ее опустили в ртуть. В верхней части трубки вследствие частичного вытекания ртути образовалось пустое пространство, получившее следующее название: «торричеллиева пустота».

К этому времени в естествознании господствовала теория Аристотеля, считавшего, что «природа боится пустоты». Согласно его воззрениям, пустого, не заполненного веществом пространства быть не может. Поэтому наличие пустоты в стеклянной трубке долго пытались пояснить иными материями.

Видео: Упражнение №23(3-4) § 46. Атмосферное давление на различных высотах - Физика 7 класс (Перышкин)

В том, что это пустое пространство, сомнений нет, оно ничем не может быть заполнено, ведь ртуть к началу эксперимента полностью наполняла цилиндр. И, вытекая, не позволила иным веществам заполнить освободившееся место. Но почему вся ртуть не вылилась в сосуд, ведь препятствий этому также нет? Вывод напрашивается сам: ртуть в трубке, как в сообщающихся сосудах, создает такое же давление на ртуть в сосуде, как и нечто извне. На том же уровне с поверхностью ртути соприкасается лишь атмосфера. Именно ее давление удерживает вещество от выливания под действием силы тяжести. Газ, как известно, создает одинаковое действие во всех направлениях. Его влиянию подвергается ртутная поверхность в сосуде.

Высота ртутного цилиндра примерно равна 76 см. Замечено, что этот показатель варьируется с течением времени, следовательно, давление атмосферы меняется. Его можно измерять в см ртутного столба (или в миллиметрах).

Какие единицы применять?

Международная система единиц является интернациональной, поэтому не предполагает использования миллиметров рт. ст. при определении давления. Единица атмосферного давления устанавливается аналогично тому, как это происходит в твердых телах и жидкостях. Измерение давления в паскалях принято в СИ.

За 1 Па принято такое давление, которое создается силой 1 Н, приходящейся на участок в 1 м².

Определим, как связаны единицы измерения. Давление столба жидкости устанавливаем по следующей формуле: p = &rho-gh. Плотность ртути &rho- = 13600 кг/м³. За точку отсчета возьмем столбик ртути длиной 760 миллиметров. Отсюда:

р = 13600 кг/м³ 9,83 Н/кг 0,76 м = 101292,8 Па

Чтобы записать атмосферное давление в паскалях, учитываем: 1 мм рт.ст. = 133,3 Па.

Пример решения задач

Определите силу, с которой атмосфера действует на поверхность крыши размерами 10х20 м. Давление атмосферы считать равным 740 мм рт.ст.

р = 740 мм рт.ст., a = 10 м, b = 20 м.

Анализ

Для определения силы действия необходимо установить атмосферное давление в паскалях. С учетом того, что 1 миллиметр рт.ст. равен 133,3 Па, имеем следующее: р = 98642 Па.

Решение

Воспользуемся формулой определения давления:

Видео: Вопрос №2 § 46. Атмосферное давление на различных высотах - Физика 7 класс (Перышкин)

p = F/s,

Поскольку площадь крыши не дана, предположим, что она имеет форму прямоугольника. Площадь этой фигуры определим по формуле:

s = ab.

Подставим значение площади в расчетную формулу:

p = F/(ab), откуда:

F = pab.

Вычислим: F = 98642 Па 10 м 20 м = 19728400 Н = 1,97 МН.

Ответ: сила давления атмосферы на крышу дома равна 1,97 МН.

Способы измерения

Экспериментальное определение давления атмосферы можно выполнять, используя столб ртути. Если рядом с ним закрепить шкалу, то появляется возможность фиксировать изменения. Это самый простой ртутный барометр.

С удивлением отметил изменения действия атмосферы именно Эванджелиста Торричелли, связав этот процесс с теплом и холодом.

Оптимальным было названо давление атмосферы на уровне поверхности моря при 0 градусов по Цельсию. Это значение составляет 760 мм рт.ст. Нормальное атмосферное давление в паскалях принято считать равным 10⁵ Па.

Известно, что ртуть достаточно вредна для человеческого здоровья. Вследствие этого открытые ртутные барометры использовать нельзя. Другие жидкости имеют плотность значительно меньше, поэтому трубка, заполненная жидкостью, должна быть достаточно длинной.

К примеру, водный столб, созданный Блезом Паскалем, должен быть порядка 10 м в высоту. Неудобство очевидно.

Безжидкостный барометр

Замечательным шагом вперед можно назвать идею отойти от жидкости при создании барометров. Возможность изготовить прибор для определения давления атмосферы реализована в барометрах-анероидах.

Основная деталь этого измерителя – плоская коробочка, из которой откачан воздух. Чтобы ее не сдавило атмосферой, поверхность делают гофрированной. Системой пружин коробочка соединена со стрелкой, указывающей значение давления на шкале. Последнюю можно проградуировать в любых единицах. Измерять атмосферное давление в паскалях можно при соответствующей измерительной шкале.

Видео: МАРИАНСКАЯ ВПАДИНА И ЕЕ ОБИТАТЕЛИ (Mariana Trench)

Высота подъема и давление атмосферы

Изменение плотности атмосферы по мере подъема вверх приводит к уменьшению давления. Неоднородность газовой оболочки не позволяет ввести линейный закон изменения, поскольку с увеличением высоты степень понижения давления уменьшается. У поверхности Земли по мере подъема на каждые 12 метров действие атмосферы падает на 1 мм рт. ст. В тропосфере аналогичное изменение происходит на каждых 10,5 м.

Вблизи поверхности Земли, на высоте полета самолета, анероид, снабженный специальной шкалой, может определять высоту по атмосферному давлению. Этот прибор называется альтиметром.

Видео: Законы идеального газа и уравнение состояния. Урок 45. Задача 421

Специальное устройство на поверхности Земли позволяет установить показания альтиметра на нуле, чтобы в дальнейшем использовать его для определения высоты подъема.

Пример решения задачи

У подножья горы барометр показал атмосферное давление в 756 миллиметров рт.ст. Какое значение будет на высоте 2500 метров над уровнем моря? Требуется записать атмосферное давление в паскалях.

р₁ = 756 мм рт.ст., Н = 2500 м, р₂ - ?

Решение

Чтобы определить показания барометра на высоте Н, учтем, что давление падает на 1 миллиметр рт.ст. каждые 12 метров. Следовательно:

(р₁ – р₂) 12 м = Н 1 мм рт.ст., откуда:

р₂ = р₁ - Н 1 мм рт.ст./12 м = 756 мм рт.ст. - 2500 м 1 мм рт.ст./12 м = 546 мм рт.ст.

Чтобы записать полученное атмосферное давление в паскалях, выполним следующие действия:

р₂ = 546 133,3 Па = 72619 Па

Ответ: 72619 Па.

Атмосферное давление и погода

Движение воздушных атмосферных слоев вблизи поверхности Земли и неоднородный прогрев воздуха на различных участках приводят к изменению погодных условий на всех участках планеты.

Давление может варьироваться на 20-35 мм рт.ст. в длительном периоде и на 2-4 миллиметра рт.ст. в течение дня. Здоровый человек не воспринимает изменения этого показателя.

Атмосферное давление, значение которого ниже нормального и часто меняется, указывает на циклон, накрывший определенный. Часто это явление сопровождается облачностью и осадками.

Невысокое давление не всегда является признаком дождливой погоды. Ненастье больше зависит от постепенного снижения рассматриваемого показателя.

Резкое понижение давления до 74 сантиметров рт.ст. и ниже грозит бурей, ливнями, которые продолжатся даже тогда, когда показатель уже начинает подниматься.

Видео: вакуумная диагностика

Изменение погоды к лучшему можно определить по следующим признакам:

• после долгого периода ненастья наблюдается постепенный и неуклонный рост атмосферного давления;
• в туманную слякотную погоду повышается давление;
• в период южных ветров рассматриваемый показатель поднимается несколько дней подряд;
• возрастание атмосферного давления при ветреной погоде – признак установления комфортной погоды.