L'air est un gaz, mais pour calculer la pression atmosphérique, vous pouvez le considérer comme un fluide et calculer la pression au niveau de la mer en utilisant l'expression de la pression du fluide. Cette expression est :
où est la densité de l'air, g est l'accélération de la gravité et h est la hauteur de l'atmosphère. Cette approche ne fonctionne pas, cependant, car ni ni h ne sont constants. L'approche traditionnelle consiste à mesurer la hauteur d'une colonne de mercure à la place. Si vous recherchez la pression atmosphérique à une altitude particulière, vous pouvez utiliser la formule barométrique. Il s'agit d'une relation assez complexe qui dépend de plusieurs variables, il est donc plus facile de rechercher simplement la valeur dont vous avez besoin dans un tableau.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
Les scientifiques calculent la pression atmosphérique au niveau de la mer en mesurant la hauteur d'une colonne de mercure et en calculant la pression que l'atmosphère doit exercer pour élever la colonne à cette hauteur.
Le baromètre à mercure
Plongez un tube de verre avec une extrémité fermée dans un plateau de mercure et laissez tout l'air s'échapper, puis tournez le tube à la verticale avec l'ouverture immergée dans le mercure. Vous aurez une colonne de mercure à l'intérieur du tube et un vide entre le haut de la colonne et l'extrémité du tube. La pression exercée par l'atmosphère sur le mercure dans le plateau soutient la colonne, la hauteur de la colonne est donc un moyen de mesurer la pression atmosphérique. Si le tube est gradué en millimètres, la hauteur de la colonne sera d'environ 760 mm, selon les conditions atmosphériques. C'est la définition de 1 atmosphère de pression.
Le mercure est un fluide, vous pouvez donc calculer la pression nécessaire pour supporter la colonne en utilisant l'équation de pression. Dans cette équation, est la densité du mercure et h est la hauteur de la colonne. En unités SI (métriques), une atmosphère est égale à 101 325 Pa (Pascals) et en unités britanniques, elle est égale à 14,696 psi (livres par pouce carré). Le torr est une autre unité de pression atmosphérique définie à l'origine comme étant égale à 1 mm Hg. Sa définition actuelle est 1 torr = 133,32 Pa. Une atmosphère = 760 torr.
La formule barométrique
Bien que vous ne puissiez pas dériver la pression atmosphérique au niveau de la mer à partir de la hauteur totale de l'atmosphère, vous pouvez calculer les changements de pression atmosphérique d'une hauteur à une autre. Ce fait, ainsi que d'autres considérations, y compris la loi des gaz parfaits, conduisent à une relation exponentielle entre la pression au niveau de la mer (P0) et la pression à la hauteur h (Ph). Cette relation, connue sous le nom de formule barométrique, est :
P_h=P_o e^{\frac{-mgh}{kT}}
- m = masse d'une molécule d'air
- g = accélération due à la pesanteur
- k = constante de Boltzmann (constante du gaz idéal divisée par le nombre d'Avogadro)
- T = température
Bien que cette équation prédise des pressions à différentes hauteurs, ses prédictions diffèrent de l'observation. Par exemple, il prédit une pression de 25 torr à une hauteur de 30 km (19 mi), mais la pression observée à cette hauteur n'est que de 9,5 torr. L'écart est principalement dû au fait que les températures sont plus froides à des altitudes plus élevées.