Luft er en gas, men med henblik på beregning af atmosfærisk tryk kan du betragte det som en væske og beregne trykket ved havets overflade ved hjælp af udtrykket for væsketryk. Dette udtryk er:
hvor ρ er luftens tæthed, g er tyngdeacceleration og h er atmosfærens højde. Denne tilgang virker dog ikke, fordi hverken ρ eller h er konstante. Den traditionelle tilgang er at måle højden på en søjle af kviksølv i stedet. Hvis du leder efter atmosfærisk tryk i en bestemt højde, kan du bruge den barometriske formel. Dette er et forholdsvis komplekst forhold, der afhænger af flere variabler, så det er lettere at bare slå den værdi, du har brug for, op i en tabel.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
Forskere beregner det atmosfæriske tryk ved havets overflade ved at måle højden på en søjle af kviksølv og beregne det tryk, atmosfæren skal udøve for at hæve søjlen til den højde.
Kviksølvbarometeret
Nedsænk et glasrør med en lukket ende i en bakke med kviksølv, og lad al luft komme ud, og drej derefter røret lodret med åbningen nedsænket i kviksølv. Du har en søjle af kviksølv inde i røret og et vakuum mellem toppen af søjlen og enden af røret. Det tryk, der udøves af atmosfæren på kviksølv i bakken, understøtter søjlen, så søjlens højde er en måde at måle atmosfærisk tryk på. Hvis røret graderes i millimeter, vil søjlens højde være ca. 760 mm afhængigt af atmosfæriske forhold. Dette er definitionen af 1 trykatmosfære.
Kviksølv er en væske, så du kan beregne det nødvendige tryk for at understøtte søjlen ved hjælp af trykligningen. I denne ligning er ρ kviksølvens tæthed og h er søjlens højde. I SI (metriske) enheder er en atmosfære lig med 101.325 Pa (Pascal), og i britiske enheder er den lig med 14.696 psi (pounds per kvadrattomme). Torr er en anden enhed med atmosfærisk tryk, der oprindeligt var defineret til at være lig med 1 mm Hg. Dens nuværende definition er 1 torr = 133,32 Pa. En atmosfære = 760 torr.
Den barometriske formel
Selvom du ikke kan udlede atmosfæretryk ved havoverfladen fra den samlede højde af atmosfæren, kan du beregne ændringer i lufttrykket fra en højde til en anden. Sammen med andre overvejelser, herunder den ideelle gaslov, fører denne kendsgerning til et eksponentielt forhold mellem havniveauet (P0) og tryk i højden h (Ph). Dette forhold, kendt som den barometriske formel, er:
P_h = P_o e ^ {\ frac {-mgh} {kT}}
- m = massen af et luftmolekyle
- g = acceleration på grund af tyngdekraften
- k = Boltzmanns konstant (ideel gaskonstant divideret med Avogadros antal)
- T = temperatur
Selv om denne ligning forudsiger tryk i forskellige højder, adskiller dens forudsigelser sig fra observation. For eksempel forudsiger det et tryk på 25 torr i en højde på 30 km (19 mi), men det observerede tryk i denne højde er kun 9,5 torr. Uoverensstemmelsen skyldes primært, at temperaturen er koldere ved højere højder.