Udara adalah gas, tetapi untuk tujuan menghitung tekanan atmosfer, Anda dapat menganggapnya sebagai cairan, dan menghitung tekanan di permukaan laut menggunakan ekspresi untuk tekanan fluida. Ekspresi ini adalah:
di mana adalah kerapatan udara, g adalah percepatan gravitasi, dan h adalah ketinggian atmosfer. Pendekatan ini tidak berhasil, karena baik maupun h tidak konstan. Pendekatan tradisional adalah mengukur ketinggian kolom air raksa. Jika Anda mencari tekanan atmosfer pada ketinggian tertentu, Anda bisa menggunakan rumus barometrik. Ini adalah hubungan yang cukup kompleks yang bergantung pada beberapa variabel, jadi lebih mudah untuk hanya mencari nilai yang Anda butuhkan dalam sebuah tabel.
TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)
Para ilmuwan menghitung tekanan atmosfer di permukaan laut dengan mengukur ketinggian kolom merkuri dan menghitung tekanan yang harus diberikan atmosfer untuk menaikkan kolom ke ketinggian itu.
Barometer Merkurius
Celupkan tabung gelas dengan ujung tertutup ke dalam baki berisi air raksa dan biarkan semua udara keluar, kemudian putar tabung tegak lurus dengan lubang yang terendam air raksa. Anda akan memiliki kolom merkuri di dalam tabung dan ruang hampa antara bagian atas kolom dan ujung tabung. Tekanan yang diberikan oleh atmosfer pada merkuri di dalam nampan mendukung kolom, sehingga ketinggian kolom adalah cara untuk mengukur tekanan atmosfer. Jika tabung diukur dalam milimeter, tinggi kolom akan menjadi sekitar 760 mm, tergantung pada kondisi atmosfer. Ini adalah definisi dari 1 atmosfer tekanan.
Merkuri adalah cairan, sehingga Anda dapat menghitung tekanan yang dibutuhkan untuk mendukung kolom dengan menggunakan persamaan tekanan. Dalam persamaan ini, adalah massa jenis air raksa dan h adalah tinggi kolom. Dalam satuan SI (metrik), satu atmosfer sama dengan 101.325 Pa (Pascals), dan dalam satuan Inggris, sama dengan 14,696 psi (pon per inci persegi). Torr adalah satuan lain dari tekanan atmosfer yang awalnya didefinisikan sama dengan 1 mm Hg. Definisi saat ini adalah 1 torr = 133,32 Pa. Satu atmosfer = 760 torr.
Rumus Barometrik
Meskipun Anda tidak dapat memperoleh tekanan atmosfer di permukaan laut dari ketinggian total atmosfer, Anda dapat menghitung perubahan tekanan udara dari satu ketinggian ke ketinggian lainnya. Fakta ini, bersama dengan pertimbangan lain, termasuk hukum gas ideal, mengarah pada hubungan eksponensial antara tekanan permukaan laut (P0) dan tekanan pada ketinggian h (Ph). Hubungan ini, yang dikenal sebagai rumus barometrik, adalah:
P_h=P_o e^{\frac{-mgh}{kT}}
- m = massa satu molekul udara
- g = percepatan gravitasi
- k = Konstanta Boltzmann (konstanta gas ideal dibagi bilangan Avogadro)
- T = suhu
Meskipun persamaan ini memprediksi tekanan pada berbagai ketinggian, prediksinya berbeda dari pengamatan. Misalnya, ia memprediksi tekanan 25 torr pada ketinggian 30 km (19 mi), tetapi tekanan yang diamati pada ketinggian itu hanya 9,5 torr. Perbedaan ini terutama disebabkan oleh fakta bahwa suhu lebih dingin di ketinggian yang lebih tinggi.