Ο αέρας είναι ένα αέριο, αλλά για σκοπούς υπολογισμού της ατμοσφαιρικής πίεσης, θα μπορούσατε να το θεωρήσετε υγρό και να υπολογίσετε την πίεση στο επίπεδο της θάλασσας χρησιμοποιώντας την έκφραση για την πίεση του ρευστού. Αυτή η έκφραση είναι:
όπου ρ είναι η πυκνότητα του αέρα, το g είναι η επιτάχυνση της βαρύτητας και το h είναι το ύψος της ατμόσφαιρας. Αυτή η προσέγγιση δεν λειτουργεί, ωστόσο, επειδή ούτε το ρ ούτε το h είναι σταθερό. Η παραδοσιακή προσέγγιση είναι να μετρηθεί το ύψος μιας στήλης υδραργύρου. Αν ψάχνετε για ατμοσφαιρική πίεση σε συγκεκριμένο υψόμετρο, θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε τη βαρομετρική φόρμουλα. Πρόκειται για μια αρκετά περίπλοκη σχέση που εξαρτάται από πολλές μεταβλητές, οπότε είναι πιο εύκολο να αναζητήσετε την τιμή που χρειάζεστε σε έναν πίνακα.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Οι επιστήμονες υπολογίζουν την ατμοσφαιρική πίεση στο επίπεδο της θάλασσας μετρώντας το ύψος μιας στήλης υδραργύρου και υπολογίζοντας την πίεση που πρέπει να ασκήσει η ατμόσφαιρα για να ανυψώσει τη στήλη σε αυτό το ύψος.
Το βαρόμετρο υδραργύρου
Βυθίστε έναν γυάλινο σωλήνα με κλειστό άκρο σε ένα δίσκο υδραργύρου και αφήστε τον αέρα να διαφύγει και, στη συνέχεια, γυρίστε τον σωλήνα σε όρθια θέση με το άνοιγμα βυθισμένο στον υδράργυρο. Θα έχετε μια στήλη υδραργύρου μέσα στο σωλήνα και ένα κενό μεταξύ της κορυφής της στήλης και του άκρου του σωλήνα. Η πίεση που ασκείται από την ατμόσφαιρα στον υδράργυρο στον δίσκο υποστηρίζει τη στήλη, έτσι το ύψος της στήλης είναι ένας τρόπος μέτρησης της ατμοσφαιρικής πίεσης. Εάν ο σωλήνας βαθμολογηθεί σε χιλιοστά, το ύψος της στήλης θα είναι περίπου 760 mm, ανάλογα με τις ατμοσφαιρικές συνθήκες. Αυτός είναι ο ορισμός της 1 ατμόσφαιρας πίεσης.
Ο υδράργυρος είναι ένα υγρό, οπότε μπορείτε να υπολογίσετε την πίεση που απαιτείται για να στηρίξετε τη στήλη χρησιμοποιώντας την εξίσωση πίεσης. Σε αυτήν την εξίσωση, ρ είναι η πυκνότητα του υδραργύρου και το h είναι το ύψος της στήλης. Σε μονάδες SI (μετρικό), μία ατμόσφαιρα είναι ίση με 101.325 Pa (Pascals), και στις βρετανικές μονάδες, είναι ίση με 14.696 psi (λίβρες ανά τετραγωνική ίντσα). Το torr είναι μια άλλη μονάδα ατμοσφαιρικής πίεσης που αρχικά ορίστηκε να ισούται με 1 mm Hg. Ο τρέχων ορισμός του είναι 1 torr = 133,32 Pa. Μια ατμόσφαιρα = 760 torr.
Ο βαρομετρικός τύπος
Αν και δεν μπορείτε να αντλήσετε ατμοσφαιρική πίεση στο επίπεδο της θάλασσας από το συνολικό ύψος της ατμόσφαιρας, μπορείτε να υπολογίσετε τις αλλαγές στην πίεση του αέρα από το ένα ύψος στο άλλο. Αυτό το γεγονός, μαζί με άλλες εκτιμήσεις, συμπεριλαμβανομένου του ιδανικού νόμου για το φυσικό αέριο, οδηγεί σε εκθετική σχέση μεταξύ της πίεσης της στάθμης της θάλασσας (P0) και πίεση στο ύψος h (Pη). Αυτή η σχέση, γνωστή ως βαρομετρική φόρμουλα, είναι:
P_h = P_o e ^ {\ frac {-mgh} {kT}}
- m = μάζα ενός μορίου αέρα
- g = επιτάχυνση λόγω βαρύτητας
- k = Σταθερά Boltzmann (ιδανική σταθερά αερίου διαιρούμενη με τον αριθμό του Avogadro)
- T = θερμοκρασία
Αν και αυτή η εξίσωση προβλέπει πιέσεις σε διάφορα ύψη, οι προβλέψεις της διαφέρουν από την παρατήρηση. Για παράδειγμα, προβλέπει πίεση 25 torr σε ύψος 30 km (19 mi), αλλά η παρατηρούμενη πίεση σε αυτό το ύψος είναι μόνο 9,5 torr. Η ασυμφωνία οφείλεται κυρίως στο γεγονός ότι οι θερμοκρασίες είναι πιο κρύες σε υψηλότερα επίπεδα.
