หากคุณเคยดูรายงานสภาพอากาศมาตรฐานทางโทรทัศน์หรือตรวจสอบสภาพท้องถิ่นทางออนไลน์ คุณเคยเห็นสิ่งที่เรียกว่า ความกดอากาศ (มักเรียกว่า ความกดอากาศ เพราะอุปกรณ์ที่ใช้วัดเหล่านี้เรียกว่าบารอมิเตอร์) บ่อยครั้ง คุณถูกคาดหวังให้รู้ว่าปริมาณนี้คืออะไร และหน่วยเช่น mm Hg หมายถึงอะไร โดยไม่มีคำอธิบายใดๆ
แม้ว่าอุณหภูมิ ปริมาณน้ำฝน และแสงแดดมักจะเป็นดาวฤกษ์ในการพยากรณ์ แต่แรงกดดันก็มีความสำคัญเช่นกัน ความดันบรรยากาศลดลงต่ำกว่าค่าปกติประมาณ 760 มิลลิเมตรปรอท มักมีลมแรง ฝนตก หรือ มิฉะนั้น สภาพที่ไม่พึงปรารถนา ในขณะที่ความกดอากาศที่เพิ่มสูงขึ้นมักเป็นลางสังหรณ์ของท้องฟ้าแจ่มใส ที่จะมา.
แรงกดดันในฟิสิกส์คืออะไร?
ความดันคือปริมาณของแรงที่กระทำต่อหน่วยพื้นที่ แรงมีหลายรูปแบบ แต่ "ชนิด" แต่ละชนิดใช้หน่วยมวลคูณความเร่ง เนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลกเร่งมวลเข้าหาศูนย์กลางของโลก น้ำหนักจึงเป็นแรง หน่วยมาตรฐานคือนิวตัน (N)
อากาศมีมวลถึงแม้จะไม่รู้สึกเพราะร่างของสิ่งมีชีวิตในโลกได้พัฒนาให้รู้สึกถึงน้ำหนักของอากาศที่ไม่มีน้ำหนักเลย ออกซิเจน ไนโตรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ และก๊าซอื่นๆ ประสบกับแรงโน้มถ่วงเช่นเดียวกับสิ่งอื่นที่มีมวล แม้แต่อะตอมเดี่ยว
หากคุณถือว่าอากาศรอบตัวคุณมีความหนาแน่นสม่ำเสมอ ลองนึกภาพว่าจะเกิดอะไรขึ้นถ้าคุณวาดขนาด 1 ม. คูณ 1 ม. สี่เหลี่ยมบนพื้นและวัดน้ำหนักของอากาศในรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าจินตภาพยื่นออกไปด้านนอกในแนวตั้ง พื้นที่ น้ำหนักนี้หารด้วยพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส (1 m2) จะให้ความดันบรรยากาศเป็น N/m2 หรือ ปาสกาล (ปะ).
ความกดอากาศคืออะไร?
ลองนึกถึง "คอลัมน์" ของอากาศที่อยู่เหนือความสูง h ออกแรงกดบนพื้นที่ขนาด A ตารางเมตร (ม.2) ที่พื้นผิวโลก จากเรขาคณิตพื้นฐาน หากคุณเพิ่มค่า A เป็นสองเท่า ("ฐาน" ของสี่เหลี่ยมผอมที่สูงมากนี้) คุณจะเพิ่มปริมาตรของสี่เหลี่ยมผืนผ้าเป็นสองเท่าด้วย ซึ่งหมายถึงน้ำหนักที่มากเป็นสองเท่าและแรงกดเป็นสองเท่า น้ำหนักและความดันจึงทำให้ทั้ง แตกต่างกันโดยตรง กับ.
ซึ่งหมายความว่าขนาดสัมบูรณ์ของพื้นที่ที่วัดความดันนั้นไม่เกี่ยวข้อง คุณต้องการเพียงแค่รู้คุณค่าของมันและน้ำหนักของบรรยากาศด้านบนเท่านั้น ดังนั้น แม้แต่ระบบขนาดเล็กก็สามารถทำงานได้หากตั้งค่าไว้อย่างเหมาะสม การตั้งค่าเป็นจานเปิดของปรอทโลหะเหลวหนาแน่นที่เชื่อมต่อกับท่อแนวตั้งที่เปิดในระดับความลึกของปรอท แต่ปิดผนึกสูญญากาศที่ด้านบน น้ำหนักของอากาศผลักปรอทขึ้นไปตามสัดส่วนของแรงดันอากาศ ทำให้วัดค่าปรอทได้
- ปาสกาลเป็นหน่วยความดัน SI แต่กิโลปาสกาล (kPa) เป็นหน่วยที่สะดวกกว่าสำหรับความดันในช่วงของบรรยากาศของโลก
"mm Hg" หมายถึงอะไร?
อุปกรณ์ที่อธิบายข้างต้นเรียกว่าบารอมิเตอร์ปรอท โดยปกติน้ำหนักของอากาศจะสร้างความดัน 760 มม. ปรอท หน่วยเรียกอีกอย่างว่า ทอร์. ซึ่งหมายความว่าความกดอากาศปกติเพียงพอที่จะทำให้คอลัมน์ปรอทสูงประมาณ 30 นิ้ว: (760 มม.)(นิ้ว/25.4 มม.) = 29.92 นิ้ว
นึกภาพว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อความกดอากาศลดลง ด้วยน้ำหนักที่น้อยกว่าบนคอลัมน์ของปรอท ส่วนบนของคอลัมน์จะลดลงเหลือค่าที่ต่ำกว่า ในทางกลับกัน หากน้ำหนักเหนือคอลัมน์เพิ่มขึ้น (กล่าวคือ ความดันบรรยากาศเพิ่มขึ้น) แสดงว่าส่วนบนสุด ของคอลัมน์จะถูกดันขึ้นด้านบนเนื่องจากอากาศจะผลักปรอทออกจากจานเข้าไปในท่ออย่างดื้อรั้น รูรับแสง
การแปลง mm ของ Hg เป็น ปาสกาล
ในการคำนวณความดันในแทบทุกหน่วยที่เป็นไปได้ที่ได้รับแรงดันในหน่วยอื่น ๆ ให้ดูที่แหล่งข้อมูล
- โปรดทราบว่าความกดอากาศ เช่นเดียวกับปริมาณทางกายภาพหลายอย่าง ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ เมื่อโมเลกุลเคลื่อนที่เร็วขึ้นและชนกันมากขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ความดันก็จะสูงขึ้น