Повітря - це газ, але для розрахунку атмосферного тиску ви можете розглядати його як рідину і обчислювати тиск на рівні моря, використовуючи вираз для тиску рідини. Цей вираз:
де ρ - щільність повітря, g - прискорення сили тяжіння, h - висота атмосфери. Однак цей підхід не працює, оскільки ні ρ, ні h не є постійними. Традиційний підхід полягає у вимірюванні висоти стовпчика ртуті. Якщо ви шукаєте атмосферний тиск на певній висоті, ви можете скористатися барометричною формулою. Це досить складний зв’язок, який залежить від кількох змінних, тому простіше просто шукати потрібне значення в таблиці.
TL; ДР (занадто довгий; Не читав)
Вчені обчислюють атмосферний тиск на рівні моря, вимірюючи висоту стовпа ртуті та обчислюючи тиск, який атмосфера повинна чинити, щоб підняти колону на цю висоту.
Барометр ртуті
Занурте скляну трубку із закритим кінцем у лоток з ртуттю і дайте можливість повітрю вийти, а потім поверніть трубку у вертикальному положенні, зануривши отвір у ртуть. У вас буде колонка ртуті всередині трубки і вакуум між верхньою частиною колонки і кінцем трубки. Тиск, який чинить атмосфера на ртуть у лотку, підтримує колону, тому висота колони є способом вимірювання атмосферного тиску. Якщо трубка градуйована в міліметрах, висота колони становитиме приблизно 760 мм, залежно від атмосферних умов. Це визначення 1 атмосфери тиску.
Ртуть є рідиною, тому ви можете розрахувати тиск, необхідний для підтримки колони, використовуючи рівняння тиску. У цьому рівнянні ρ - щільність ртуті, h - висота стовпа. У одиницях СІ (метричні) одна атмосфера дорівнює 101 325 Па (Паскалів), а в британських одиницях - 14,696 фунта на квадратний дюйм. Торр - це ще одна одиниця атмосферного тиску, спочатку визначена рівною 1 мм рт. Його поточне визначення становить 1 торр = 133,32 Па. Одна атмосфера = 760 торр.
Барометрична формула
Хоча ви не можете визначити атмосферний тиск на рівні моря із загальної висоти атмосфери, ви можете обчислити зміни тиску повітря з однієї висоти на іншу. Цей факт, поряд з іншими міркуваннями, включаючи закон ідеального газу, призводить до експоненціальної залежності між тиском на рівні моря (P0) і тиску на висоті h (Ph). Цей взаємозв'язок, відомий як барометрична формула, є:
P_h = P_o e ^ {\ frac {-mgh} {kT}}
- m = маса однієї молекули повітря
- g = прискорення під дією сили тяжіння
- k = постійна Больцмана (постійна ідеального газу, поділена на число Авогадро)
- Т = температура
Хоча це рівняння передбачає тиск на різній висоті, його передбачення відрізняються від спостереження. Наприклад, він передбачає тиск 25 торр на висоті 30 км (19 миль), але спостережуваний тиск на цій висоті становить лише 9,5 торр. Невідповідність пов’язана, в першу чергу, з тим, що при більш високих температурах температури холодніші.