อากาศเป็นก๊าซ แต่สำหรับวัตถุประสงค์ในการคำนวณความดันบรรยากาศ คุณอาจมองว่ามันเป็นของไหล และคำนวณความดันที่ระดับน้ำทะเลโดยใช้นิพจน์สำหรับความดันของไหล นิพจน์นี้คือ:
โดยที่ ρ คือความหนาแน่นของอากาศ g คือความเร่งของแรงโน้มถ่วง และ h คือความสูงของบรรยากาศ วิธีนี้ใช้ไม่ได้ผล เนื่องจาก ρ และ h ไม่เป็นค่าคงที่ วิธีดั้งเดิมคือการวัดความสูงของคอลัมน์ปรอทแทน หากคุณกำลังมองหาความกดอากาศที่ระดับความสูงใดระดับหนึ่ง คุณสามารถใช้สูตรความกดอากาศได้ นี่เป็นความสัมพันธ์ที่ค่อนข้างซับซ้อนซึ่งขึ้นอยู่กับตัวแปรหลายตัว ดังนั้นจึงง่ายกว่าที่จะค้นหาค่าที่คุณต้องการในตาราง
ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)
นักวิทยาศาสตร์คำนวณความดันบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเลโดยการวัดความสูงของคอลัมน์ปรอทและคำนวณความดันที่บรรยากาศต้องใช้เพื่อเพิ่มคอลัมน์ให้สูงนั้น
บารอมิเตอร์ปรอท
จุ่มหลอดแก้วที่มีปลายปิดลงในถาดปรอทและปล่อยให้อากาศทั้งหมดไหลออก จากนั้นหมุนหลอดให้ตั้งตรงโดยให้ช่องเปิดจุ่มลงในปรอท คุณจะมีคอลัมน์ปรอทอยู่ภายในหลอดและมีสุญญากาศระหว่างส่วนบนของคอลัมน์กับปลายท่อ ความดันที่กระทำโดยบรรยากาศบนปรอทในถาดรองรับคอลัมน์ ดังนั้นความสูงของคอลัมน์จึงเป็นวิธีการวัดความดันบรรยากาศ หากท่อวัดเป็นมิลลิเมตร ความสูงของเสาจะอยู่ที่ประมาณ 760 มม. ขึ้นอยู่กับสภาพบรรยากาศ นี่คือนิยามของ 1 บรรยากาศของความดัน
ปรอทเป็นของเหลว คุณจึงสามารถคำนวณแรงดันที่จำเป็นในการรองรับคอลัมน์โดยใช้สมการความดัน ในสมการนี้ ρ คือความหนาแน่นของปรอท และ h คือความสูงของคอลัมน์ ในหน่วย SI (เมตริก) หนึ่งบรรยากาศเท่ากับ 101,325 Pa (ปาสกาล) และในหน่วยอังกฤษ จะเท่ากับ 14.696 psi (ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) ทอร์เป็นหน่วยความดันบรรยากาศอีกหน่วยหนึ่งซึ่งเดิมกำหนดให้มีค่าเท่ากับ 1 มิลลิเมตรปรอท คำจำกัดความปัจจุบันของมันคือ 1 torr = 133.32 Pa หนึ่งบรรยากาศ = 760 torr
สูตรความกดอากาศ
แม้ว่าคุณจะไม่สามารถหาค่าความดันบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเลจากความสูงรวมของบรรยากาศได้ แต่คุณสามารถคำนวณการเปลี่ยนแปลงของความกดอากาศจากความสูงหนึ่งไปอีกความสูงหนึ่งได้ ข้อเท็จจริงนี้ร่วมกับข้อพิจารณาอื่นๆ รวมถึงกฎของแก๊สในอุดมคติ นำไปสู่ความสัมพันธ์แบบทวีคูณระหว่างความดันระดับน้ำทะเล (P0) และความดันที่ความสูง h (Pห่า). ความสัมพันธ์นี้เรียกว่าสูตรความกดอากาศคือ:
P_h=P_o e^{\frac{-mgh}{kT}}
- m = มวลของโมเลกุลอากาศหนึ่งโมเลกุล
- g = ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง
- k = ค่าคงที่ของ Boltzmann (ค่าคงที่ของแก๊สในอุดมคติหารด้วยจำนวน Avogadro)
- T = อุณหภูมิ
แม้ว่าสมการนี้จะทำนายแรงกดดันที่ระดับความสูงต่างๆ แต่การทำนายนั้นแตกต่างจากการสังเกต ตัวอย่างเช่น มันคาดการณ์ความดัน 25 ทอร์ที่ความสูง 30 กม. (19 ไมล์) แต่ความดันที่สังเกตได้ที่ความสูงนั้นเพียง 9.5 ทอร์ ความคลาดเคลื่อนมีสาเหตุหลักมาจากความจริงที่ว่าอุณหภูมิจะเย็นกว่าที่ระดับความสูงที่สูงขึ้น