Воздух - это газ, но для целей расчета атмосферного давления его можно рассматривать как жидкость и вычислять давление на уровне моря, используя выражение для давления жидкости. Это выражение:
где ρ - плотность воздуха, g - ускорение свободного падения, h - высота атмосферы. Однако этот подход не работает, потому что ни ρ, ни h не являются постоянными. Традиционный подход состоит в том, чтобы вместо этого измерить высоту столбика ртути. Если вы ищете атмосферное давление на определенной высоте, вы можете использовать барометрическую формулу. Это довольно сложная взаимосвязь, которая зависит от нескольких переменных, поэтому проще просто найти нужное значение в таблице.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
Ученые рассчитывают атмосферное давление на уровне моря, измеряя высоту столба ртути и вычисляя давление, которое должна оказать атмосфера, чтобы поднять столб на эту высоту.
Барометр ртути
Погрузите стеклянную трубку с закрытым концом в поддон с ртутью и позвольте всему воздуху выйти, затем поверните трубку вертикально так, чтобы отверстие было погружено в ртуть. У вас будет столбик ртути внутри трубки и вакуум между верхом столбца и концом трубки. Давление, оказываемое атмосферой на ртуть в тарелке, поддерживает колонну, поэтому высота колонки позволяет измерить атмосферное давление. Если трубка градуирована в миллиметрах, высота колонки будет примерно 760 мм, в зависимости от атмосферных условий. Это определение давления в 1 атмосферу.
Ртуть - это жидкость, поэтому вы можете рассчитать давление, необходимое для поддержки колонны, используя уравнение давления. В этом уравнении ρ - плотность ртути, а h - высота столба. В единицах СИ (метрическая) одна атмосфера равна 101,325 Па (Паскали), а в британских единицах - 14,696 фунтов на квадратный дюйм (фунтов на квадратный дюйм). Торр - это еще одна единица атмосферного давления, первоначально определенная как 1 мм рт. Его текущее определение - 1 торр = 133,32 Па. Одна атмосфера = 760 торр.
Барометрическая формула
Хотя вы не можете получить атмосферное давление на уровне моря из общей высоты атмосферы, вы можете рассчитать изменения давления воздуха с одной высоты на другую. Этот факт, наряду с другими соображениями, включая закон идеального газа, приводит к экспоненциальной зависимости между давлением на уровне моря (P0) и давление на высоте h (Pчас). Это соотношение, известное как барометрическая формула, таково:
P_h = P_o e ^ {\ frac {-mgh} {kT}}
- m = масса одной молекулы воздуха
- g = ускорение свободного падения
- k = постоянная Больцмана (постоянная идеального газа, деленная на число Авогадро)
- T = температура
Хотя это уравнение предсказывает давления на разной высоте, его предсказания отличаются от наблюдений. Например, он предсказывает давление 25 торр на высоте 30 км (19 миль), но наблюдаемое давление на этой высоте составляет всего 9,5 торр. Несоответствие в первую очередь связано с более низкими температурами на возвышенностях.