Як виміряти атмосферний тиск в паскалях? Яке нормальний атмосферний тиск в паскалях?

Атмосфера - газова хмара, що оточує Землю. Вага повітря, висота стовпа якого перевищує 900 км, потужно впливає на людей. Ми не відчуваємо цього, сприймаючи життя на дні повітряного океану як само собою зрозуміле. Дискомфорт людина відчуває, піднімаючись високо в гори. Нестача кисню провокує швидку стомлюваність. При цьому істотно змінюється атмосферний тиск.

Фізика розглядає атмосферний тиск, його зміни і вплив на поверхню Землі.

В курсі фізики середньої школи вивчення дії атмосфери приділяється значна увага. Особливості визначення, залежність від висоти, вплив на процеси, що протікають в побуті або в природі, пояснюються на підставі знань про дію атмосфери.

Коли починають вивчати атмосферний тиск? 6 клас - час знайомства з особливостями атмосфери. Триває цей процес в профільних класах старшої школи.

Історія вивчення

Перші спроби встановити атмосферний тиск повітря зробили в 1643 р за пропозицією італійця Еванджеліста Торрічеллі. Скляна запаяна з одного кінця трубка була заповнена ртуттю. Закривши з іншого боку, її опустили в ртуть. У верхній частині трубки внаслідок часткового витікання ртуті утворилося порожній простір, яке отримало наступну назву: "торрічелліевой порожнеча".

До цього часу в природознавстві панувала теорія Аристотеля, який вважав, що "природа боїться порожнечі". Відповідно до його поглядів, порожнього, що не заповненого речовиною простору бути не може. Тому наявність порожнечі в скляній трубці довго намагалися пояснити іншими матеріями.

Відео: Вправа №23 (3-4) § 46. Атмосферний тиск на різних висотах - Фізика 7 клас (Перишкін)

У тому, що це порожній простір, сумнівів немає, воно нічим не може бути заповнене, адже ртуть до початку експерименту повністю наповнювала циліндр. І, випливаючи, не дозволила іншим речовинам заповнити звільнене місце. Але чому вся ртуть не вилилася в посудину, адже перешкод цьому також немає? Висновок напрошується сам: ртуть в трубці, як в сполучених посудинах, створює такий же тиск на ртуть в посудині, як і щось ззовні. На тому ж рівні з поверхнею ртуті стикається лише атмосфера. Саме її тиск утримує речовина від виливання під дією сили тяжіння. Газ, як відомо, створює однакову дію у всіх напрямках. Його впливу піддається ртутна поверхню в посудині.

Висота ртутного циліндра приблизно дорівнює 76 см. Помічено, що цей показник варіюється з плином часу, отже, тиск атмосфери змінюється. Його можна вимірювати в см ртутного стовпа (або в міліметрах).

Які одиниці застосовувати?

Міжнародна система одиниць є інтернаціональною, тому не передбачає використання мм рт. ст. при визначенні тиску. Одиниця атмосферного тиску встановлюється аналогічно тому, як це відбувається в твердих тілах і рідинах. Вимірювання тиску в паскалях прийнято в СІ.

За 1 Па прийнято таке тиск, який створюється силою 1 Н, що припадає на ділянку в 1 м².

Визначимо, як пов`язані одиниці виміру. Тиск стовпа рідини встановлюємо за такою формулою: p = &rho-gh. щільність ртуті &rho- = 13600 кг / м³. За точку відліку візьмемо стовпчик ртуті довжиною 760 міліметрів. Звідси:

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

Щоб записати атмосферний тиск в паскалях, враховуємо: 1 мм рт.ст. = 133,3 Па.

Приклад вирішення завдань

Визначте силу, з якою атмосфера діє на поверхню даху розмірами 10х20 м. Тиск атмосфери вважати рівним 740 мм рт.ст.

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

аналіз

Для визначення сили дії необхідно встановити атмосферний тиск в паскалях. З урахуванням того, що 1 міліметр рт.ст. дорівнює 133,3 Па, маємо наступне: р = 98642 Па.

Рішення

Скористаємося формулою визначення тиску:

Відео: Питання №2 § 46. Атмосферний тиск на різних висотах - Фізика 7 клас (Перишкін)

p = F / s,

Оскільки площа даху не дана, припустимо, що вона має форму прямокутника. Площа цієї фігури визначимо за формулою:

s = ab.

Підставами значення площі в розрахункову формулу:

p = F / (ab), звідки:

F = pab.

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

відповідь: сила тиску атмосфери на дах будинку дорівнює 1,97 МН.

способи вимірювання

Експериментальне визначення тиску атмосфери можна виконувати, використовуючи стовп ртуті. Якщо поруч з ним закріпити шкалу, то з`являється можливість фіксувати зміни. Це найпростіший ртутний барометр.

З подивом відзначив зміни дії атмосфери саме Еванджеліста Торрічеллі, зв`язавши цей процес з теплом і холодом.

Оптимальним було названо тиск атмосфери на рівні поверхні моря при 0 градусів за Цельсієм. Це значення становить 760 мм рт.ст. Нормальний атмосферний тиск в паскалях прийнято вважати рівним 10⁵ Па.

Відомо, що ртуть досить шкідлива для людського здоров`я. Внаслідок цього відкриті ртутні барометри використовувати не можна. Інші рідини мають щільність значно менше, тому трубка, заповнена рідиною, повинна бути досить довгою.

Наприклад, водний стовп, створений Блез Паскаль, повинен бути близько 10 м у висоту. Незручність очевидно.

Безжідкостний барометр

Чудовим кроком вперед можна назвати ідею відійти від рідини при створенні барометрів. Можливість виготовити прилад для визначення тиску атмосфери реалізована в барометрах-анероїдах.

Основна деталь цього вимірювача - плоска коробочка, з якої відкачано повітря. Щоб її не здавило атмосферою, поверхня роблять гофрованої. Системою пружин коробочка з`єднана зі стрілкою, що вказує значення тиску на шкалі. Останню можна переписати в будь-яких одиницях. Вимірювати атмосферний тиск в паскалях можна при відповідній вимірювальної шкалою.

Відео: Маріанської западини І ЇЇ МЕШКАНЦІ (Mariana Trench)

Висота підйому і тиск атмосфери

Зміна щільності атмосфери в міру підйому вгору призводить до зменшення тиску. Неоднорідність газової оболонки не дозволяє ввести лінійний закон зміни, оскільки зі збільшенням висоти ступінь зниження тиску зменшується. У поверхні Землі в міру підйому на кожні 12 метрів дію атмосфери падає на 1 мм рт. ст. У тропосфері аналогічне зміна відбувається на кожних 10,5 м.

Поблизу поверхні Землі, на висоті польоту літака, анероїд, забезпечений спеціальною шкалою, може визначати висоту по атмосферному тиску. Цей прилад називається альтиметром.

Відео: Закони ідеального газу й рівняння стану. Урок 45. Завдання 421

Спеціальний пристрій на поверхні Землі дозволяє встановити показання висотоміра на нулі, щоб в подальшому використовувати його для визначення висоти підйому.

Приклад рішення задачі

У підніжжя гори барометр показав атмосферний тиск в 756 мм рт.ст. Яке значення буде на висоті 2500 метрів над рівнем моря? Потрібно записати атмосферний тиск в паскалях.

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

Рішення

Щоб визначити показання барометра на висоті Н, врахуємо, що тиск падає на 1 міліметр рт.ст. кожні 12 метрів. отже:

(р₁ - р₂) 12 м = Н 1 мм рт.ст., звідки:

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.

Щоб записати отримане атмосферний тиск в паскалях, слід виконати такі дії:

р₂ = 546 133,3 Па = 72619 Па

Відповідь: 72619 Па.

Атмосферний тиск і погода

Рух повітряних атмосферних шарів поблизу поверхні Землі і неоднорідний прогрів повітря на різних ділянках призводять до зміни погодних умов на всіх ділянках планети.

Тиск може варіюватися на 20-35 мм рт.ст. в тривалому періоді і на 2-4 міліметра рт.ст. на протязі дня. Здорова людина не сприймає зміни цього показника.

Атмосферний тиск, значення якого нижче нормального і часто змінюється, вказує на циклон, що накрив певний. Часто це явище супроводжується хмарністю і опадами.

Невисокий тиск не завжди є ознакою дощової погоди. Негода більше залежить від поступового зниження даного показника.

Різке зниження тиску до 74 сантиметрів рт.ст. і нижче загрожує бурею, зливами, які продовжаться навіть тоді, коли показник вже починає підніматися.

Відео: вакуумна діагностика

Зміна погоди на краще можна визначити за такими ознаками:

• після довгого періоду негоди спостерігається поступовий і неухильний ріст атмосферного тиску;
• в туманну сльотаву погоду підвищується тиск;
• в період південних вітрів розглянутий показник піднімається кілька днів поспіль;
• зростання атмосферного тиску при вітряну погоду - ознака встановлення комфортної погоди.