Luft er en gass, men for å beregne atmosfæretrykk, kan du betrakte det som en væske, og beregne trykket på havnivå ved å bruke uttrykket for væsketrykk. Dette uttrykket er:
hvor ρ er tettheten av luft, g er tyngdekraftens akselerasjon, og h er høyden på atmosfæren. Denne tilnærmingen fungerer ikke, skjønt, fordi verken ρ eller h er konstante. Den tradisjonelle tilnærmingen er å måle høyden på en kvikksølvkolonne i stedet. Hvis du leter etter atmosfærisk trykk i en bestemt høyde, kan du bruke den barometriske formelen. Dette er et ganske komplekst forhold som avhenger av flere variabler, så det er lettere å bare slå opp verdien du trenger i en tabell.
TL; DR (for lang; Leste ikke)
Forskere beregner atmosfæretrykket ved havnivå ved å måle høyden på en kvikksølvkolonne og beregne trykket atmosfæren må utøve for å heve kolonnen til den høyden.
Kvikksølvbarometeret
Senk et glassrør med lukket ende i et kvikksølvbrett, og la all luft slippe ut, og vri deretter røret oppreist med åpningen nedsenket i kvikksølv. Du har en kvikksølvkolonne inne i røret og et vakuum mellom toppen av kolonnen og enden av røret. Trykket som utøves av atmosfæren på kvikksølv i skuffen støtter kolonnen, så høyden på kolonnen er en måte å måle atmosfæretrykk på. Hvis røret er gradert i millimeter, vil kolonnens høyde være omtrent 760 mm, avhengig av atmosfæriske forhold. Dette er definisjonen av 1 atmosfære av trykk.
Kvikksølv er en væske, slik at du kan beregne trykket som trengs for å støtte kolonnen ved å bruke trykkligningen. I denne ligningen er ρ tettheten av kvikksølv og h er høyden på kolonnen. I SI (metriske) enheter er en atmosfære lik 101,325 Pa (Pascal), og i britiske enheter er den lik 14,696 psi (pounds per kvadrattomme). Torr er en annen enhet med atmosfærisk trykk som opprinnelig ble definert til å være lik 1 mm Hg. Den nåværende definisjonen er 1 torr = 133,32 Pa. En atmosfære = 760 torr.
Den barometriske formelen
Selv om du ikke kan utlede atmosfæretrykk på havnivå fra atmosfærens totale høyde, kan du beregne endringer i lufttrykket fra en høyde til en annen. Dette faktum, sammen med andre hensyn, inkludert den ideelle gassloven, fører til et eksponentielt forhold mellom havnivåtrykket (P0) og trykk i høyden h (Ph). Dette forholdet, kjent som den barometriske formelen, er:
P_h = P_o e ^ {\ frac {-mgh} {kT}}
- m = masse av ett luftmolekyl
- g = akselerasjon på grunn av tyngdekraften
- k = Boltzmanns konstant (ideell gasskonstant delt på Avogadros antall)
- T = temperatur
Selv om denne ligningen forutsier trykk i forskjellige høyder, er dens spådommer forskjellige fra observasjon. For eksempel forutsier det et trykk på 25 torr i en høyde på 30 km (19 mi), men det observerte trykket i den høyden er bare 9,5 torr. Avviket skyldes først og fremst at temperaturen er kaldere ved høyere høyder.