Luft är en gas, men för att beräkna atmosfärstrycket kan du betrakta det som en vätska och beräkna trycket vid havsnivån med hjälp av uttrycket för vätsketryck. Detta uttryck är:
där ρ är tätheten av luft, g är tyngdacceleration och h är atmosfärens höjd. Detta tillvägagångssätt fungerar dock inte eftersom varken ρ eller h är konstanta. Den traditionella metoden är att mäta höjden på en kvicksilverkolonn istället. Om du letar efter atmosfärstryck på en viss höjd kan du använda den barometriska formeln. Detta är en ganska komplex relation som beror på flera variabler, så det är lättare att bara leta upp det värde du behöver i en tabell.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Forskare beräknar atmosfärstrycket vid havsnivå genom att mäta höjden på en kvicksilverkolonn och beräkna det tryck som atmosfären måste utöva för att höja kolonnen till den höjden.
Kvicksilverbarometern
Sänk ner ett glasrör med sluten ände i en kvicksilverbricka och låt all luft komma ut, vrid sedan röret upprätt med öppningen nedsänkt i kvicksilveret. Du har en kvicksilverpelare inuti röret och ett vakuum mellan kolonnens topp och rörets ände. Trycket som utövas av atmosfären på kvicksilver i brickan stöder kolonnen, så kolonnens höjd är ett sätt att mäta atmosfärstrycket. Om röret graderas i millimeter kommer pelarens höjd att vara cirka 760 mm, beroende på atmosfärens förhållanden. Detta är definitionen av 1 atmosfär av tryck.
Kvicksilver är en vätska, så du kan beräkna det tryck som behövs för att stödja kolonnen med hjälp av tryckekvationen. I denna ekvation är ρ kvicksilverens densitet och h är kolonnens höjd. I SI (metriska) enheter är en atmosfär lika med 101 325 Pa (Pascal), och i brittiska enheter är den lika med 14,696 psi (pund per kvadrattum). Torr är en annan enhet med atmosfärstryck som ursprungligen definierades vara lika med 1 mm Hg. Dess nuvarande definition är 1 torr = 133,32 Pa. En atmosfär = 760 torr.
Den barometriska formeln
Även om du inte kan härleda atmosfärstryck vid havsnivån från atmosfärens totala höjd kan du beräkna förändringar i lufttrycket från en höjd till en annan. Detta faktum, tillsammans med andra överväganden, inklusive den ideala gaslagen, leder till ett exponentiellt förhållande mellan havsnivåtrycket (P0) och tryck i höjd h (Ph). Detta förhållande, känt som den barometriska formeln, är:
P_h = P_o e ^ {\ frac {-mgh} {kT}}
- m = massa av en luftmolekyl
- g = acceleration på grund av gravitation
- k = Boltzmanns konstant (ideal gaskonstant dividerat med Avogadros antal)
- T = temperatur
Även om denna ekvation förutsäger tryck i olika höjder skiljer sig dess förutsägelser från observation. Till exempel förutspår det ett tryck på 25 torr i en höjd av 30 km (19 mi), men det observerade trycket på den höjden är bara 9,5 torr. Avvikelsen beror främst på att temperaturen är kallare vid högre höjder.