Jeśli kiedykolwiek oglądałeś w telewizji standardowy raport o pogodzie lub sprawdzałeś lokalne warunki online, widziałeś coś, co nazywa się ciśnienie atmosferyczne (często nazywany ciśnienie barometryczne ponieważ urządzenie używane do wykonywania tych pomiarów nazywa się barometrem). Często oczekuje się, że będziesz wiedzieć, co to jest ta wielkość i co oznaczają jednostki, takie jak mm Hg, bez żadnego wyjaśnienia.
Podczas gdy temperatura, opady i nasłonecznienie są zwykle gwiazdami prognozy, ważna jest również rola ciśnienia. Spadki ciśnienia atmosferycznego poniżej zwykłej wartości około 760 mm Hg często zwiastują wietrzny, deszczowy lub skądinąd nieprzyjemne warunki, podczas gdy rosnące ciśnienie atmosferyczne jest zazwyczaj zwiastunem jasnego nieba przyjść.
Czym jest ciśnienie w fizyce?
Ciśnienie to siła wywierana na jednostkę powierzchni. Siły występują w wielu formach, ale każdy „rodzaj” przyjmuje jednostki masy razy przyspieszenie. Ponieważ grawitacja Ziemi przyspiesza masy w kierunku środka Ziemi, ciężar jest siłą, której standardową jednostką jest niuton (N).
Powietrze ma masę, nawet jeśli nie ma na to ochoty, ponieważ ciała ziemskich stworzeń wyewoluowały, by odczuwać ciężar powietrza jako zupełnie bez ciężaru. Tlen, azot, dwutlenek węgla i inne gazy doświadczają grawitacji, tak jak wszystko inne z masą, nawet pojedyncze atomy.
Jeśli założysz, że powietrze wokół ciebie ma jednolitą gęstość, wyobraź sobie, co by się stało, gdybyś mógł narysować 1m na 1m kwadrat na ziemi i zmierz wagę powietrza w wyimaginowanym prostokącie rozciągającym się pionowo na zewnątrz przestrzeń. Ta waga podzielona przez powierzchnię kwadratu (1 m2) dałoby ciśnienie atmosferyczne w N/m2 lub Pascal (Rocznie).
Co to jest ciśnienie atmosferyczne?
Pomyśl o „kolumnie” powietrza powyżej wysokości h, wywierającej nacisk na obszar o powierzchni A metrów kwadratowych (m2) na powierzchni Ziemi. Z podstawowej geometrii, jeśli podwoisz wartość A ("podstawę" tego bardzo wysokiego, chudego prostokąta), podwoisz również objętość prostokąta. Oznacza to dwa razy większą wagę i dwa razy większe ciśnienie; waga i ciśnienie, a zatem zarówno różnią się bezpośrednio z A.
Oznacza to, że bezwzględna wielkość obszaru, na którym mierzone jest ciśnienie, nie ma znaczenia; wystarczy znać jego wartość i wagę otaczającej go atmosfery. W ten sposób nawet niewielki system może wykonać zadanie, jeśli zostanie odpowiednio skonfigurowany. Układ jest otwartym naczyniem z gęstej ciekłej rtęci metalowej połączonym z pionową rurą otwartą w głębi rtęci, ale uszczelnioną próżniowo u góry. Ciężar powietrza wypycha rtęć w górę proporcjonalnie do ciśnienia powietrza, umożliwiając jego pomiar.
- Paskal jest jednostką ciśnienia w układzie SI, ale kilopaskal (kPa) jest wygodniejszą jednostką dla ciśnień w zakresie atmosfery ziemskiej.
Co oznacza „mm Hg”?
Opisane powyżej urządzenie nazywa się barometrem rtęciowym. Zwykle ciężar powietrza wytwarza ciśnienie 760 mm Hg, jednostka nazywana również also Torr. Oznacza to, że normalne ciśnienie powietrza jest wystarczające do utrzymania słupa rtęci o wysokości około 30 cali: (760 mm) (cale/25,4 mm) = 29,92 cala.
Wyobraź sobie, co się dzieje, gdy ciśnienie powietrza spada. Przy mniejszej wadze kolumny rtęci górna część kolumny spadnie do niższej wartości; odwrotnie, jeśli masa nad kolumną wzrasta (tj. rośnie ciśnienie atmosferyczne), to górna część kolumna zostanie wypchnięta w górę, gdy powietrze uparcie wypiera rtęć z naczynia do rurki otwór.
Zamiana mm Hg na Pascal
Aby obliczyć ciśnienie w praktycznie każdej wyobrażalnej jednostce, biorąc pod uwagę ciśnienie w dowolnej innej jednostce, zobacz Zasoby.
- Zauważ, że ciśnienie powietrza, podobnie jak wiele wielkości fizycznych, jest zależne od temperatury; gdy cząsteczki poruszają się szybciej i zderzają się ze wzrostem temperatury, ciśnienie wzrasta.