Ilma on kaasu, mutta ilmanpaineen laskemista varten voit pitää sitä nesteenä ja laskea merenpinnan paine ilmaisulla nestepaine. Tämä ilmaisu on:
missä ρ on ilman tiheys, g on painovoiman kiihtyvyys ja h on ilmakehän korkeus. Tämä lähestymistapa ei kuitenkaan toimi, koska ρ ja h eivät ole vakioita. Perinteinen lähestymistapa on mitata elohopeapatsaan korkeus. Jos etsit ilmakehän painetta tietyllä korkeudella, voit käyttää barometristä kaavaa. Tämä on melko monimutkainen suhde, joka riippuu useista muuttujista, joten on helpompaa vain etsiä tarvitsemasi arvo taulukosta.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Tutkijat laskevat ilmanpaineen merenpinnalla mittaamalla elohopeapatsaan korkeuden ja laskemalla paineen, jonka ilmakehän on kohdistettava nostaakseen pylvään kyseiselle korkeudelle.
Elohopean barometri
Upota lasiputki, jonka pää on suljettu, elohopealokeroon ja anna kaiken ilman poistua, käännä sitten putki pystysuoraan aukon ollessa upotettuna elohopeaan. Putken sisällä on elohopeapatruuna ja alipaine kolonnin yläosan ja putken pään välillä. Ilmakehän aiheuttama paine alustan elohopealle tukee pylvästä, joten pylvään korkeus on tapa mitata ilmakehän paine. Jos putki on mitoitettu millimetreinä, pylvään korkeus on noin 760 mm ilmakehän olosuhteista riippuen. Tämä on yhden paine-ilmakehän määritelmä.
Elohopea on neste, joten voit laskea kolonnin tukemiseen tarvittavan paineen painoyhtälön avulla. Tässä yhtälössä ρ on elohopean tiheys ja h on pylvään korkeus. SI (metriset) yksiköissä yksi ilmakehä on yhtä suuri kuin 101 325 Pa (Pascalia) ja brittiläisissä yksiköissä se on 14,696 psi (puntaa / neliötuuma). Torr on toinen ilmakehän paineen yksikkö, jonka alun perin määriteltiin olevan 1 mm Hg. Sen nykyinen määritelmä on 1 torr = 133,32 Pa. Yksi ilmakehä = 760 torr.
Barometrinen kaava
Vaikka ilmanpainetta merenpinnasta ei voida johtaa ilmakehän kokonaiskorkeudesta, voit laskea ilmanpaineen muutokset korkeudesta toiseen. Tämä seikka yhdessä muiden näkökohtien, mukaan lukien ihanteellinen kaasulaki, kanssa johtaa eksponentiaaliseen suhteeseen merenpinnan paineen (P0) ja paine korkeudella h (Ph). Tämä suhde, joka tunnetaan nimellä barometrinen kaava, on:
P_h = P_o e ^ {\ frac {-mgh} {kT}}
- m = yhden ilmamolekyylin massa
- g = painovoimasta johtuva kiihtyvyys
- k = Boltzmannin vakio (ihanteellinen kaasuvakio jaettuna Avogadron luvulla)
- T = lämpötila
Vaikka tämä yhtälö ennustaa paineita eri korkeuksilla, sen ennusteet poikkeavat havainnoista. Esimerkiksi se ennustaa 25 torrin paineen 30 km: n korkeudessa, mutta havaittu paine tällä korkeudella on vain 9,5 torr. Ero johtuu pääasiassa siitä, että lämpötilat ovat kylmempiä korkeammissa korkeuksissa.