Torricelli Experiment Atmosferische drukmaatregelen, belang

Hij Torricelli -experiment Het werd uitgevoerd door de Italiaanse natuurkundige en wiskundige.

Dit experiment is ontstaan ​​door de noodzaak om de watervoorziening in steden te verbeteren. Evangelist Torricelli (1608-1647), die wiskundige was van het hof van de groothertog van Toscane Fernando II, had met Galileo de hydraulische fenomenen bestudeerd.

Figuur 1. Torricelli's experiment, waarin de kwikkolom 760 mm is vanwege atmosferische druk. Bron: f. Zapata.

[TOC]

Het experiment

In 1644 maakte Torricelli de volgende ervaring:

- Mercurius geïntroduceerd in een buis van 1 m lengte, geopend aan het ene uiteinde en gesloten door het andere.

- Toen de buis volledig vol was, investeerde hij deze en vernietigde het in een container die ook kwik bevatte.

- Torricelli merkte op dat de kolom daalde en stopte op ongeveer 76 cm hoog.

- Hij realiseerde zich ook dat in de ruimte die gratis was, een vacuüm was gegenereerd, hoewel niet perfect.

Torricelli herhaalde het experiment met behulp van verschillende buizen. Hij voerde zelfs een kleine variant uit: hij voegde water toe aan de emmer die, lichter, op kwik dreef. Toen verhoogde de buis die kwik naar het oppervlak van het water bevatte langzaam.

Toen daalde het kwik af en klimde het water. De verkregen leegte, zoals we al hebben gezegd, was niet perfect, omdat er altijd overblijfselen waren van kwik of waterdamp.

De maat voor atmosferische druk

De atmosfeer is een mengsel van gassen waarin stikstof en zuurstof overheersen, met sporen van andere gassen zoals argon, koolstofdioxide, waterstof, methaan, koolmonoxide, waterdamp en ozon.

Kan je van dienst zijn: Star Rain: Formation, hoe ze te observeren, kenmerken

De zwaartekrachtattractie die door de aarde wordt uitgeoefend, is verantwoordelijk voor het houden van de hele omliggende planeet.

Natuurlijk is de samenstelling niet uniform, noch de dichtheid, omdat deze afhankelijk is van de temperatuur. Nabij het oppervlak is er een goede hoeveelheid stof, zand en verontreinigende stoffen van natuurlijke gebeurtenissen en ook menselijke activiteiten. De zwaarste moleculen zijn dichter bij de grond.

Aangezien er zoveel variabiliteit is, is het noodzakelijk om een ​​referentiehoogte te kiezen voor atmosferische druk, die als zeeniveau is genomen.

Hier is geen zeeniveau, want dat presenteert ook schommelingen. Het niveau o Datum Met hulp wordt een geodetisch referentiesysteem ingesteld door gemeenschappelijke overeenkomst tussen experts gekozen.

Hoeveel is de atmosferische druk in de buurt van de grond? Torricelli vond zijn waarde toen het de hoogte van de kolom gemeten: 760 mm kwik.

De Torricelli -barometer

In het bovenste deel van de buis is de druk 0, omdat er een vacuüm is gevestigd. Ondertussen, op het oppervlak van het kuip van kwik, de druk P₁ Het is atmosferische druk.

We kiezen de oorsprong van het referentiesysteem op het vrije oppervlak van het kwik, bovenaan de buis. Vanaf daar totdat u het oppervlak van het kwik in de container bereikt, wordt het gemeten H, De hoogte van de kolom.

Figuur 2. De Torricelli -barometer. Bron: Algemene fysica voor ingenieurs. J. Leggen. USACH.

De druk op het punt gemarkeerd met rood, op diepte en₁ is:

P₁ = P_of + ρ_Hg . G.En₁

Waar ρ_Hg  Het is de dichtheid van kwik. Sinds En₁ = H En PO = 0:

P₁ = ρ_Hg . G.H

H = P₁/ ρ_Hg.G

Omdat de dichtheid van het kwik constant is en ook de zwaartekracht, blijkt dat de hoogte van de kwikkolom evenredig is met P_1, Wat is atmosferische druk. Bekende waarden vervangen:

Kan u van dienst zijn: wat is deelbaarheid in de natuurkunde?

H = 760 mm = 760 x 10 ^-3 M

G = 9.8 m/s²

ρ_Hg = 13.6 g /cc = 13.6 x 10 ³ kg/m³

P₁ = 13.6 x 10 ³ kg/m³ x 9.8 m/s² x 760 x 10 ^-3 M = 101.293 N/M²= 101.3 kN/m²

De eenheid voor druk in het internationale systeem is de Pascal, afgekort PA. Volgens het experiment van Torricelli is de atmosferische druk 101.3 kPa.

Het belang van atmosferische druk voor het klimaat

Torricelli merkte op dat het kwikniveau in de buis elke dag kleine variaties ervoer, dus leidde hij af dat de atmosferische druk ook zou moeten veranderen.

Atmosferische druk is verantwoordelijk voor een groot deel van het weer, maar de dagelijkse variaties blijven onopgemerkt. Het is omdat ze bijvoorbeeld niet zo opmerkelijk zijn als stormen of koude.

Deze variaties in de atmosferische druk zijn echter verantwoordelijk voor wind, die op hun beurt de regen, temperatuur en relatieve vochtigheid beïnvloeden. Wanneer de grond opwarmt, groeit de lucht uit en heeft de neiging om te stijgen, waardoor de druk afneemt.

Wanneer de barometer een hoge druk aangeeft, kunt u goed weer verwachten, terwijl er met een lage druk een kans op stormen is. Om kernklimaatvoorspellingen te doen, is het echter noodzakelijk om meer informatie te hebben over andere factoren.

Hij Torr en andere eenheden voor druk

Hoewel het vreemd klinkt, omdat de druk wordt gedefinieerd als kracht per eenheid van het gebied, is het in meteorologie geldig om de atmosferische druk uit te drukken in millimeters van kwik, zoals Torricelli het heeft opgericht.

Het is omdat de kwikbarometer vandaag nog steeds wordt gebruikt met weinig variaties sinds die tijd, zodat ter ere van Torricelli, 760 mm Hg gelijk is. Met andere woorden:

1 Torr = 760 mm Hg = 30 inch Hg = 1 drukatmosfeer = 101.3 kPa

Als Torricelli water had gebruikt in plaats van kwik, zou de kolomhoogte 10 zijn.3 m. Mercury Barometer is praktischer om compacter te zijn.

Het kan u van dienst zijn: theorie van de oerknal: kenmerken, fasen, bewijs, problemen

Andere eenheden van uitgebreid gebruik zijn bars en Millibars. Een Millibar is gelijk aan een hectopascal of 10² Pascales.

Hoogtemeters

Een hoogtemeter is een instrument dat de hoogte van een plaats aangeeft, waarbij de atmosferische druk op die hoogte wordt vergeleken waarmee er op de grond is of een andere referentieplaats.

Als de hoogte niet erg groot is, kunnen we in principe aannemen dat de luchtdichtheid constant blijft. Maar dit is een aanpak, omdat we weten dat de dichtheid van de atmosfeer afneemt met de hoogte.

Door de hierboven gebruikte vergelijking wordt luchtdichtheid gebruikt in plaats van kwik:

P₁ = P_of + ρ_lucht . G.H

In deze uitdrukking P_of Het wordt beschouwd als atmosferische druk op bodemniveau en P1 Het is de plaats waarvan de hoogte zal worden bepaald:

H = (p₁ - P_of) / ρ_lucht . G

De variatie van de druk met de hoogte is betere benaderingen van de realiteit met een exponentieel model, waardoor de altimetrische vergelijking, Dat relateert de atmosferische druk van een plaats met zijn hoogte:Waar P_of Het is de referentiedruk, normaal gesproken op zeeniveau, P₁ is de druk van de betreffende plaats, H zijn hoogte ten opzichte van zeeniveau, ρ de dichtheid van de lucht op zeeniveau en G De waarde van de zwaartekracht.

De altimetrische vergelijking toont aan dat de druk exponentieel afneemt met de hoogte: tot H = 0, p₁= P_of en als H → ∞, Dus P₁=0.

Referenties

1. Figueroa, D. 2005. Serie: Physics for Science and Engineering. Deel 5. Vloeistoffen en thermodynamica. Uitgegeven door Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, l. 2007. Natuurkunde: een blik op de wereld. 6e afgekort editie. Cengage leren.
3. Lay, j. 2004. Algemene fysica voor ingenieurs. USACH.
4. Mott, r. 2006. Vloeistofmechanica. 4e. Editie. Pearson Education. 
5. Strangeways, ik. 2003. Het meten van de natuurlijke omgeving. 2e. Editie. Cambridge University Press.