Атмосферное давление

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Эксперимент XVII века, выполненный Отто фон Герике. Он выкачал воздух из полости между двумя металлическими полушариями, сложенными вместе. Давление атмосферы так сильно прижало полушария друг к другу, что их не могли разорвать восемь пар лошадей. [1]

Атмосфе́рное давле́ние — давление атмосферы на все находящиеся в ней предметы и земную поверхность. Атмосферное давление уравновешивает вес вышележащих слоёв воздуха. Измеряется барометром. Атмосферное давление, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0 °C, называется нормальным атмосферным давлением (101 325 Па).

История[править | править вики-текст]

Наличие атмосферного давления привело людей в замешательство в 1638 году, когда не удалась затея герцога Тосканского украсить сады Флоренции фонтанами — вода не поднималась выше 10,3 метров. Поиски причин этого и опыты с более тяжёлым веществом — ртутью, предпринятые Эванджелистой Торричелли, привели к тому, что в 1643 году он доказал, что воздух имеет вес[2]. Совместно с В. Вивиани, Торричелли провёл первый опыт по измерению атмосферного давления, изобретя трубку Торричелли (первый ртутный барометр) — стеклянную трубку, в которой нет воздуха. В такой трубке ртуть поднимается на высоту около 760 мм[3].

Изменчивость и влияние на погоду[править | править вики-текст]

Изобары на синоптической карте России
1 мая 1890 года

На земной поверхности атмосферное давление изменяется от места к месту и во времени. Особенно важны определяющие погоду непериодические изменения атмосферного давления, связанные с возникновением, развитием и разрушением медленно движущихся областей высокого давления (антициклонов) и относительно быстро перемещающихся огромных вихрей (циклонов), в которых господствует пониженное давление. Отмечены колебания атмосферного давления на уровне моря в пределах 641 — 816 мм рт. ст.[4] (внутри смерча давление падает и может достигать значения 560 мм ртутного столба)[5].

Атмосферное давление уменьшается по мере увеличения высоты, поскольку оно создаётся лишь вышележащим слоем атмосферы. Зависимость давления от высоты описывается т. н. барометрической формулой.

На картах давление показывается с помощью изобар — изолиний, соединяющих точки с одинаковым приземным атмосферным давлением, обязательно приведенным к уровню моря.

Атмосферное давление — очень изменчивый метеоэлемент. Из его определения следует, что оно зависит от высоты соответствующего столба воздуха, его плотности, от ускорения силы тяжести, которая меняется от широты места и высоты над уровнем моря.

1 Па = 0.0075 мм рт. ст. Или 1 мм рт. ст. = 133.3 Па

Стандартное давление[править | править вики-текст]

В химии стандартным атмосферным давлением с 1982 года по рекомендации IUPAC считается давление, равное 100 кПа[6]. Атмосферное давление является одной из наиболее существенных характеристик состояния атмосферы. В покоящейся атмосфере давление в любой точке равно весу вышележащего столба воздуха с единичным сечением.

В системе СГС 760 мм рт. ст. эквивалентно 1,01325 бар (1013,25 мбар) или 101 325 Па в Международной системе единиц (СИ).

Уравнение статики выражает закон изменения давления с высотой: -∆p=gρ∆z, где: p — давление, g — ускорение свободного падения, ρ — плотность воздуха, ∆z — толщина слоя. Из основного уравнения статики следует, что при увеличении высоты (∆z>0) изменение давления отрицательное, то есть давление уменьшается. Строго говоря, основное уравнение статики справедливо только для очень тонкого (бесконечно тонкого) слоя воздуха ∆z. Однако на практике оно применимо, когда изменение высоты достаточно мало по отношению к приблизительной толщине атмосферы.

Барическая ступень[править | править вики-текст]

Высота, на которую надо подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1 гПа (гектопаскаль), называется барической (барометрической) ступенью. Барической ступенью удобно пользоваться при решении задач, не требующих высокой точности, например для оценки давления по известной разности высот. Из основного закона статики барическая ступень (h) равна: h=-∆z/∆p=1/gρ [м/гПа]. При температуре воздуха 0 °C и давлении 1000 гПа, барическая ступень равна 8 м/гПа. Следовательно, чтобы давление уменьшилось на 1 гПа, нужно подняться на 8 метров.

С ростом температуры и увеличением высоты над уровнем моря она возрастает (в частности, на 0,4 % на каждый градус нагревания), то есть она прямо пропорциональна температуре и обратно пропорциональна давлению. Величина, обратная барической ступени, — вертикальный барический градиент, то есть изменение давления при поднятии или опускании на 100 метров. При температуре 0° C и давлении 1000 гПа он равен 12,5 гПа.

Приведение к уровню моря[править | править вики-текст]

Многие метеостанции рассылают так называемые "синоптические телеграммы", в которых указывается давление, приведённое к уровню моря (см. КН-01, METAR). Это делается для того, чтобы давление было сравнимо на станциях, расположенных на разных высотах, а также для нужд авиации. Приведённое давление используется также и на синоптических картах.

При приведении давления к уровню моря используют сокращенную формулу Лапласа: z2-z1=18400(1+λt)lg(p1/p2). То есть, зная давление и температуру на уровне z2, можно найти давление (p1) на уровне моря (z1=0).

Вычисление давления на высоте h по давлению на уровне моря Po и температуре воздуха T:

P = Poe-Mgh/RT

где Po — давление Па на уровне моря [Па]; M — молярная масса сухого воздуха 0,029 [кг/моль]; g — ускорение свободного падения 9,81 [м/с²]; R- универсальная газовая постоянная 8,31 [Дж/моль К]; T — абсолютная температура воздуха [К], T = t + 273, где t — температура в °C; h — высота [м].

На небольших высотах каждые 12 м подъёма уменьшают атмосферное давление на 1 мм рт. ст. На больших высотах эта закономерность нарушается[2].

В прогнозах погоды и сводках, распространяемых для населения через интернет и по радио, используется неприведённое давление, то есть, фактическое давление на уровне местности.

См. также[править | править вики-текст]

Видеоурок: атмосферное давление

Примечания[править | править вики-текст]

  1. А. В Перышкин Измерение атмосферного давления. Опыт Отто Герике. / Е. Н Тихонова. — 16-е изд. — 127018 Москва: Дрофа, 2013. — С. 190. — 189 с.
  2. 1 2 Атмосферное давление
  3. Эванджелиста Торричелли / Evangelista Torricelli
  4. Метеочувствительность: что это такое и как с ней бороться. РИА Новости. Проверено 18 августа 2013. Архивировано из первоисточника 19 августа 2013.
  5. Смерч.
  6. Standard pressure (англ.). IUPAC. Проверено 18 августа 2013. Архивировано из первоисточника 19 августа 2013.

Ссылки[править | править вики-текст]