Atmosferische druk normale waarde, hoe het wordt gemeten, voorbeelden

De luchtdruk Het wordt veroorzaakt door het gewicht van de gassen die de atmosfeer vormen op het aardoppervlak. Naar schatting is de massa van de atmosfeer ongeveer 5 x 10¹⁸ kg en alle levende wezens zijn onderworpen aan de druk die massa uitoefent.

De eerste die haar meten was de Italiaanse evangelistische wetenschapper Torricelli (1608-1647). Hij voerde in 1644 een eenvoudig maar zeer ingenieus experiment uit: hij vulde een glazen buis volledig gesloten door het ene uiteinde met kwik, investeerde het en vernietigde het in een container die ook kwik bevatte.

Figuur 1. Aneroïde barometer om de atmosferische druk te meten, in tegenstelling tot de kwikbarometer, bevat het geen vloeistof. Bron: Wikimedia Commons.

Torricelli merkte op dat de buis niet volledig werd geleegd, maar vol was met kwik tot een hoogte van 76 cm. Verbaasd deed hij veel tests met buizen op een andere manier, en kreeg altijd hetzelfde resultaat.

Op deze manier besefte Torricelli dat de atmosferische druk de kwikkolom in de buis op de buis stak en handhaafde op een hoogte van 760 mm. Op deze manier wordt de gemiddelde waarde van atmosferische druk vastgesteld.

Aangezien de druk wordt gedefinieerd als kracht per eenheid van het gebied, zijn de eenheden van atmosferische druk in het internationale systeem Newton/Metro of Pascal, die wordt afgekort PA. Dus in dit systeem, atmosferische druk p_Geldautomaat Het heeft een waarde van:

P_Geldautomaat = 101.354.8 PA

Dit is de normale waarde van atmosferische druk op 0 ºC en op zeeniveau.

[TOC]

Atmosferische druk op zeeniveau en andere variaties

In theorie is de maximale waarde van atmosferische druk net op zeeniveau. Hoewel, aangezien er op dit niveau zoveel variabiliteit is, experts moeten een referentiesysteem instellen dat hen helpt hun waarde te bepalen.

Vervolgens de belangrijkste factoren die de waarde van atmosferische druk op een bepaalde plaats op aarde beïnvloeden:

-Hoogte: Voor elke 10 meter hoog daalt de druk met 1 mm Hg. Maar het gebeurt ook dat de dichtheid van het gas dat de atmosfeer componeert niet constant is. Naarmate de hoogte toeneemt, neemt de luchtdichtheid af.

Figuur 2. Altimeter, een instrument dat de hoogte over zeespiegel meet op basis van drukveranderingen. Bron: Pixabay.

-Temperatuur: Uiteraard neemt de dichtheid bij een hogere temperatuur af en weegt de lucht minder, daarom neemt de drukwaarde af.

-Breedtegraad: Atmosferische druk is lager op equatoriale breedtegraden, omdat de aarde geen perfecte bol is. De kust op het niveau van Ecuador ligt verder van het midden van de aarde dan de palen en daar is de dichtheid van de lucht ook lager.

Kan u van dienst zijn: Melkweg: oorsprong, kenmerken, onderdelen, componenten

-Continentiteit: Hoe meer het naar het interieur van de continenten beweegt, hoe groter de atmosferische druk, terwijl op kustplaatsen de druk lager is.

Variatie van atmosferische druk met hoogte

De altimetrische vergelijking Dat relateert atmosferische druk P van een plaats met zijn hoogte Z Op zeeniveau heeft het deze vorm:

Hier P_of Het is de druk die bestaat op de initiële of referentiehoogte, die normaal op zeespiegel wordt genomen, ρ_of De dichtheid van de lucht op zeeniveau en G De waarde van de versnelling van de zwaartekracht. Later is de stapsgewijze aftrek in het oefeningsgedeelte stap voor stap.

Hoe wordt de atmosferische druk gemeten?

Atmosferische druk wordt gemeten met de barometer. De eenvoudigste is zoals Torricelli gebouwd, gebaseerd op kwik. De buisclinatie of diameter verandert niet de hoogte van de kwikkolom, tenzij de weerfactoren verantwoordelijk zijn voor dit.

Wolken worden bijvoorbeeld gevormd in regio's lage druk. Dus wanneer de barometer lezing afneemt, is dit een indicatie dat het slechte weer komt.

Eigenlijk kunnen andere vloeistoffen ook worden gebruikt in plaats van kwik, bijvoorbeeld kan een waterbarometer worden gemaakt. Het probleem is dat de grootte van de kolom 10,33 m is, heel weinig praktisch om te worden getransporteerd.

Er zijn ook de instrumenten die de druk op een mechanische manier meten -door vervormingen in buizen of spiralen -: de aneroïde barometers en de Drukmeters. Ze kunnen het drukverschil tussen twee punten meten of ook een druk van de atmosferische druk meten als referentie.

Drukeenheden

De normale drukwaarde dient om een ​​nieuwe drukeenheid te definiëren: de atmosfeer, afgekort Geldautomaat. Atmosferische druk is 1 atm waard; Op deze manier kunnen andere druk worden uitgedrukt in termen van atmosferische druk, wat een zeer bekende waarde is voor iedereen:

1 atm = 101.293 PA

De volgende tabel toont de meest gebruikte eenheden in wetenschap en engineering om druk te meten, en de overeenkomstige gelijkwaardigheid in Pascal:

Eenheid	Gelijkwaardigheid in Pascal
N/m2	1
Geldautomaat	101.355
mm Hg	133.3
LB/PLG2	6894.76
bar	1x 105

Hydrostatische, absolute en manometrische druk

Op het vrije oppervlak van een vloeistof in statisch evenwicht en open voor de atmosfeer, werkt atmosferische druk. Maar op de binnenpunten van de vloeistof werkt het gewicht van de vloeistofkolom natuurlijk.

Kan u van dienst zijn: Otto Cycle: fasen, prestaties, toepassingen, opgeloste oefeningen

Het gewicht van de kolom hangt af van de hoogte en de dichtheid van de vloeistof, die we constant zullen betekenen, evenals de temperatuur. In dit geval is de druk P:

P = ρ. G. Z

Dit is de Hydrostatische druk op elk punt in een vloeistof met constante dichtheid en is recht evenredig met diepte Z van de vloeistof.

Verwijzen naar absolute druk P_buikspieren In een rustvloeistof wordt het gedefinieerd als de som van atmosferische druk p p_Geldautomaat en de hydrostatische druk p:

P_buikspieren = P_Geldautomaat + P

Eindelijk, manometrische druk p_man In een rust is vloeistof het verschil tussen absolute en atmosferische druk en in dat geval is het equivalent aan het meten van hydrostatische druk:

P_man = P_buikspieren - P_Geldautomaat

Voorbeelden

De kracht die de atmosfeer op het lichaam uitoefent

De grootte van de totale kracht die door de atmosfeer wordt uitgeoefend, kan worden geschat op een menselijk lichaam. Stel dat het lichaam ongeveer een oppervlak van 2 m heeft², Omdat de druk wordt gedefinieerd als kracht per eenheid van het gebied, kunnen we de kracht wissen en berekenen:

P = f/a → f = p. NAAR

Voor deze berekening zullen we de normale waarde van de atmosferische druk gebruiken die in het begin is vastgesteld:

F = 101.354.8 PA X 2 m² = 202.710 n

Dit resultaat is gelijk aan ongeveer 20 ton kracht, maar vertegenwoordigt geen probleem voor levende wezens die het oppervlak van de aarde bewonen, die hieraan zijn aangepast, net als de vissen in de zee.

Hoewel het een vrij grote kracht is. Hoe kunnen we niet voor haar instorten?

Welnu, de druk in het lichaam is gelijk aan externe druk. We instorten niet omdat de kracht naar binnen in balans is met een andere kracht uit. Maar sommige mensen worden getroffen door hoogte en kunnen door de neus bloeden wanneer ze zeer hoge bergen beklimmen. Het is te wijten aan het feit dat de balans tussen bloeddruk en atmosferische druk is gewijzigd.

Drink dranken met een rietje of rietje

Atmosferische druk maakt het mogelijk om frisdrank te drinken met een rietje of pitillo. De Sumeriërs en andere oude culturen hadden ontdekt dat ze bier konden drinken met stengels of riet van planten als sorbets.

Veel later, aan het einde van de 19e eeuw en het begin van de 20e eeuw, waren verschillende strapmodellen gepatenteerd in de Verenigde Staten, waaronder die die een elleboog met akkoord dragen, die tegenwoordig veel worden gebruikt.

figuur 3. Atmosferische druk maakt sipilla of stro mogelijk. Bron: Pixabay.

Ze werken op deze manier: omdat de vloeistof wordt geabsorbeerd door het rietje, wordt de druk boven de vloeistof erin gereduceerd en dit maakt de druk hieronder, die groter is, drijft de vloeistof op om hem gemakkelijk te drinken.

Het kan u van dienst zijn: wat is de balans van het deeltje? (Met voorbeelden)

Om die reden wordt het na een extractie of tandheelkundige chirurgie niet aanbevolen om vloeistoffen op deze manier te nippen, omdat de afname van de druk de wond open kan maken en begint te bloeden.

Opdrachten

- Oefening 1

Afleiden van de altimetrische vergelijking P (Z):

Waar:

-PO is de druk op referentieniveau (zeespiegel)

-Z is de hoogte

-ρ_of Het is de dichtheid van de vloeistof op zeeniveau

-G is de waarde van de zwaartekrachtversnelling

Oplossing

Ten eerste, zij het Dp Een differentiële druk, die volgens de fundamentele vergelijking van de hydrostatische wordt uitgedrukt als:

Dp = - ρ.G.Dz

Het minder teken houdt rekening met het feit dat de druk afneemt met de toename in Z. Er zal ook worden aangenomen dat lucht een ideaal gas is, dus druk en dichtheid zijn gerelateerd door:

P = ρ.R.T/m

ρ = (m/rt).P

De dichtheid wordt onmiddellijk vervangen om te verkrijgen:

Dp = - (m/rt).P.G.Dz

Nu gaat het schrijven van de druk op deze manier ervan uit dat de atmosfeer is verdeeld in hoogtelagen Dz, Zoiets als een stapel pannenkoeken, elk met druk Dp. Op deze manier wordt een differentiaalvergelijking verkregen die wordt opgelost door de variabelen te scheiden P En Z:

DP/P = -(M/RT).G.Dz

Vervolgens wordt het aan beide zijden geïntegreerd, wat gelijkwaardig is aan het toevoegen van de drukbijdragen die door elke laag zijn gedaan. In de integraal van links wordt het uit een druk gedaan P_of Eerste, tot een druk P laatste. Op dezelfde manier wordt in de integraal rechts geëvalueerd Z_of tot Z:

Na het evalueren van de integraal blijft het:

ln (p/p_of) = - (m/rt).G.(Z-Z_of))

Het volgende is om P te wissen door exponentieel:

Eindelijk zo veel T als G Ze blijven constant, ρ_of= (M/rt)P_of, dan m/rt = ρ_of / P_of,  En het kan ook worden gedaan Z_of = 0. Dit alles verzamelen:

- Oefening 2

Wat is de waarde van atmosferische druk in La Paz, Bolivia op 3640 m boven zeeniveau? Neem de waarde van 1.225 kg/m als gemiddelde luchtdichtheid³ op zeeniveau.

Oplossing

De numerieke waarden die in de altimetrische vergelijking worden gegeven, worden eenvoudig vervangen:

Concluderend resulteert het van ongeveer 66% van de normale druk.

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. De standaardatmosfeer. Hersteld van: av8n.com
4. Sevilla University.  Variatie van atmosferische druk. Hersteld van: laplace.ons.is.
5. Wikipedia. Hipsometrische vergelijking. Hersteld van: is.Wikipedia.borg.
6. Wikipedia. Luchtdruk. Hersteld van: is.Wikipedia.borg.