Powietrze jest gazem, ale do celów obliczenia ciśnienia atmosferycznego można uznać je za płyn i obliczyć ciśnienie na poziomie morza, używając wyrażenia na ciśnienie płynu. To wyrażenie to:
gdzie ρ to gęstość powietrza, g to przyspieszenie ziemskie, a h to wysokość atmosfery. To podejście jednak nie działa, ponieważ ani ρ, ani h nie są stałe. Tradycyjne podejście polega na pomiarze wysokości słupa rtęci. Jeśli szukasz ciśnienia atmosferycznego na określonej wysokości, możesz użyć wzoru barometrycznego. Jest to dość złożona relacja, która zależy od kilku zmiennych, więc łatwiej jest po prostu wyszukać potrzebną wartość w tabeli.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Naukowcy obliczają ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza, mierząc wysokość kolumny rtęci i obliczając ciśnienie, jakie musi wywierać atmosfera, aby podnieść kolumnę na tę wysokość.
Barometr rtęciowy
Zanurz szklaną rurkę z zamkniętym końcem w tacce z rtęcią i pozwól, aby całe powietrze uciekło, a następnie obróć rurkę pionowo z otworem zanurzonym w rtęci. Wewnątrz rurki będzie kolumna rtęci i próżnia między szczytem kolumny a końcem rurki. Ciśnienie wywierane przez atmosferę na rtęć w tacy podtrzymuje kolumnę, więc wysokość kolumny jest sposobem pomiaru ciśnienia atmosferycznego. Jeśli rurka jest wyskalowana w milimetrach, wysokość kolumny będzie wynosić około 760 mm, w zależności od warunków atmosferycznych. To jest definicja 1 atmosfery ciśnienia.
Rtęć jest płynem, więc za pomocą równania ciśnienia można obliczyć ciśnienie potrzebne do podparcia kolumny. W tym równaniu ρ to gęstość rtęci, a h to wysokość kolumny. W jednostkach SI (metrycznych) jedna atmosfera jest równa 101 325 Pa (Paskali), a w jednostkach brytyjskich jest równa 14,696 psi (funty na cal kwadratowy). Torr to kolejna jednostka ciśnienia atmosferycznego pierwotnie określona jako równa 1 mm Hg. Jego obecna definicja to 1 torr = 133,32 Pa. Jedna atmosfera = 760 torów.
Formuła barometryczna
Chociaż nie można obliczyć ciśnienia atmosferycznego na poziomie morza z całkowitej wysokości atmosfery, można obliczyć zmiany ciśnienia powietrza z jednej wysokości na drugą. Fakt ten, wraz z innymi rozważaniami, w tym prawem gazu doskonałego, prowadzi do wykładniczego związku między ciśnieniem na poziomie morza (P0) i ciśnienie na wysokości h (Ph). Ta zależność, znana jako formuła barometryczna, to:
P_h=P_o e^{\frac{-mgh}{kT}}
- m = masa jednej cząsteczki powietrza
- g = przyspieszenie ziemskie
- k = stała Boltzmanna (idealna stała gazu podzielona przez liczbę Avogadro)
- T = temperatura
Chociaż to równanie przewiduje ciśnienia na różnych wysokościach, jego przewidywania różnią się od obserwacji. Na przykład przewiduje ciśnienie 25 tor na wysokości 30 km (19 mil), ale obserwowane ciśnienie na tej wysokości wynosi tylko 9,5 tor. Rozbieżność wynika przede wszystkim z faktu, że na wyższych wysokościach temperatury są niższe.