Ilmakehä on maapalloa ympäröivä kaasupilvi. Ilman painolla, jonka korkeus ylittää 900 km, on voimakas vaikutus planeettamme asukkaisiin. Emme tunne tätä, vaan pidämme elämää ilmameren pohjassa itsestäänselvyytenä. Ihminen tuntee epämukavuutta kiipeäessään korkealle vuorille. Hapenpuute aiheuttaa nopeaa väsymystä. Samaan aikaan ilmanpaine muuttuu merkittävästi.
Fysiikka käsittelee ilmanpainetta, sen muutoksia ja vaikutusta maan pintaan.
Lukion fysiikan aikana ilmakehän toiminnan tutkimukseen kiinnitetään paljon huomiota. Määritelmän piirteet, riippuvuus korkeudesta, vaikutus arjessa tai luonnossa tapahtuviin prosesseihin selitetään ilmakehän toimintaa koskevien tietojen perusteella.
Milloin ihmiset alkavat tutkia ilmanpainetta? Luokka 6 - aika tutustua ilmapiirin erityispiirteisiin. Tämä prosessi jatkuu lukion erikoisluokissa.
Opiskeluhistoria
Ensimmäiset yritykset ilmakehän ilmanpaineen määrittämiseksi tehtiin vuonna 1643 italialaisen evankelistan ehdotuksestaTorricelli. Toisesta päästä suljettu lasiputki täytettiin elohopealla. Suljettuaan toiselta puolelta se laskettiin elohopeaksi. Putken yläosaan elohopean osittaisen ulosvirtauksen vuoksi muodostui tyhjä tila, joka sai seuraavan nimen: "Torricellian void".
Tähän aikaan luonnontieteitä hallitsi Aristoteleen teoria, joka uskoi, että "luonto pelkää tyhjyyttä". Hänen näkemyksensä mukaan ei voi olla tyhjää tilaa, joka ei olisi täytetty aineella. Siksi lasiputkessa olevan tyhjyyden olemassaoloa yritettiin pitkään selittää muilla seikoilla.
Ei ole epäilystäkään siitä, että tämä on tyhjä tila, sitä ei voi täyttää millään, koska kokeen alussa elohopea täytti sylinterin kokonaan. Ja ulos virtaava, ei antanut muiden aineiden täyttää tyhjää paikkaa. Mutta miksi kaikki elohopea ei valunut astiaan, koska sillekään ei ole esteitä? Johtopäätös antaa ymmärtää: elohopea putkessa, kuten kommunikaatiosuonissa, luo saman paineen suonessa olevaan elohopeaan kuin jokin ulkopuolelta. Samalla tasolla vain ilmakehä koskettaa elohopean pintaa. Sen paine estää ainetta valumasta ulos painovoiman vaikutuksesta. Kaasun tiedetään saavan aikaan saman toiminnan kaikkiin suuntiin. Se vaikuttaa suonen elohopean pintaan.
Elohopeasylinterin korkeus on noin 76 cm. On huomattava, että tämä indikaattori vaihtelee ajan myötä, joten ilmanpaine muuttuu. Se voidaan mitata elohopea senttimetreinä.sarakkeessa (tai millimetreinä).
Mitä yksiköitä käyttää?
Kansainvälinen yksikköjärjestelmä on kansainvälinen, joten siinä ei käytetä elohopeamillimetrejä. Taide. painetta määritettäessä. Ilmanpaineen yksikkö asetetaan samalla tavalla kuin se tapahtuu kiinteissä ja nesteissä. Paineen mittaus pascaleina hyväksytään SI.
1 Pa:lle otetaan sellainen paine, joka syntyy 1 N:n voimalla 1 m:n aluetta kohden2.
Määritä, miten mittayksiköt liittyvät toisiinsa. Nestekolonnin paine asetetaan seuraavan kaavan mukaan: p=ρgh. Elohopean tiheys ρ=13600 kg/m3. Otetaan vertailupisteeksi elohopeapylväs, jonka pituus on 760 millimetriä. Täältä:
r=13600 kg/m3×9,83 N/kg × 0,76 m=101292,8 Pa
Jos haluat tallentaa ilmanpaineen pascaleina, ota huomioon: 1 mm Hg.=133,3 Pa.
Esimerkki ongelmanratkaisusta
Määritä voima, jolla ilmakehä vaikuttaa 10x20 m:n katon pintaan. Ilmakehän paineen oletetaan olevan 740 mm Hg. St.
p=740 mm Hg, a=10 m, b=20 m.
Analyysi
Vaikutusvoiman määrittämiseksi sinun on asetettava ilmanpaine pascaleina. Ottaen huomioon, että 1 millimetri Hg. yhtä kuin 133,3 Pa, meillä on seuraavat arvot: p=98642 Pa.
Päätös
Käytä kaavaa paineen määrittämiseen:
p=F/s, Koska katon pinta-alaa ei ole annettu, oletetaan, että se on suorakulmio. Tämän luvun pinta-ala määritetään kaavalla:
s=ab.
Korvaa alueen arvolaskentakaava:
p=F/(ab), mistä:
F=pab.
Laske: F=98642 Pa × 10 m × 20 m=19728400 N=1,97 MN.
Vastaus: Ilmakehän painevoima talon katolle on 1,97 MN.
Mittausmenetelmät
Ilmanpaineen kokeellinen määritys voidaan suorittaa käyttämällä elohopeakolonnia. Jos korjaat asteikon sen viereen, muutokset on mahdollista korjata. Tämä on yksinkertaisin elohopeabarometri.
Evangelista Torricelli oli yllättynyt huomatessaan muutokset ilmakehän toiminnassa, joka yhdistää tämän prosessin kuumuuteen ja kylmyyteen.
Ilmakehän painetta merenpinnan tasolla 0 celsiusasteessa kutsuttiin optimaaliseksi. Tämä arvo on 760 mmHg. Normaalin ilmanpaineen pascaleina katsotaan olevan 105 Pa.
Elohopean tiedetään olevan varsin haitallista ihmisten terveydelle. Tämän seurauksena avoimia elohopeabarometrejä ei voida käyttää. Muut nesteet ovat paljon vähemmän tiheitä, joten nesteellä täytetyn putken on oltava riittävän pitkä.
Esimerkiksi Blaise Pascalin luoman vesipatsaan tulisi olla noin 10 metriä korkea. Haitat ovat ilmeisiä.
Nestetön barometri
Merkittävä askel eteenpäin on ajatus siirtyä pois nesteestä barometreja valmistettaessa. Mahdollisuus valmistaa laite ilmakehän paineen mittaamiseen on toteutettu aneroidibarometreissä.
Tämän mittarin suurin osa on litteälaatikko, josta ilma pumpataan ulos. Jotta ilmakehä ei purista sitä, pinta tehdään aallotettuna. Laatikko on yhdistetty jousijärjestelmällä nuoleen, joka osoittaa paineen arvon asteikolla. Jälkimmäinen voidaan suorittaa missä tahansa yksikössä. Ilmanpaine voidaan mitata pascaleina sopivalla mitta-asteikolla.
Nostokorkeus ja ilmanpaine
Ilmakehän tiheyden muutos noustessa ylös johtaa paineen laskuun. Kaasun vaipan epähomogeenisuus ei salli lineaarisen muutoslain käyttöönottoa, koska paineen laskun aste pienenee korkeuden kasvaessa. Maan pinnalla sen noustessa ilmakehän vaikutus laskee 1 mm Hg jokaista 12 metriä kohden. Taide. Troposfäärissä samanlainen muutos tapahtuu 10,5 metrin välein.
Maan pinnan lähellä, lentokoneen korkeudella, erityisellä asteikolla varustettu aneroidi voi määrittää korkeuden ilmanpaineen perusteella. Tätä laitetta kutsutaan korkeusmittariksi.
Maan pinnalla olevan erikoislaitteen avulla voit asettaa korkeusmittarin nollaan, jotta voit myöhemmin määrittää sen nousun korkeuden.
Esimerkki ongelmanratkaisusta
Vuoren juurella barometri osoitti 756 elohopeamillimetrin ilmanpainetta. Mikä on arvo 2500 metrin korkeudessa merenpinnan yläpuolella? Ilmanpaine on tallennettava pascaleina.
r1 =756 mm Hg, H=2500 m, r2 - ?
Päätös
Määrittääksemme barometrin lukeman korkeudella H, otamme tämän huomioonpaine laskee 1 mm Hg. 12 metrin välein. Siksi:
(p1 – p2)×12 m=K×1 mmHg, alkaen:
p2=p1 - K×1 mmHg/12m=756 mmHg - 2500 m × 1 mmHg/12 m=546 mmHg
Jos haluat tallentaa saadun ilmanpaineen pascaleina, toimi seuraavasti:
p2=546×133, 3 Pa=72619 Pa
Vastaus: 72619 Pa.
Ilmakehän paine ja sää
Ilman ilmakerrosten liikkuminen lähellä maan pintaa ja ilman epätasainen lämpeneminen eri alueilla johtavat sääolosuhteiden muutoksiin kaikkialla planeetalla.
Paine voi vaihdella 20-35 mmHg. pitkällä aikavälillä ja 2-4 elohopeamillimetrillä. päivän aikana. Terve ihminen ei huomaa muutoksia tässä indikaattorissa.
Ilmakehän paine, jonka arvo on alle normaalin ja muuttuu usein, viittaa sykloniin, joka on peittänyt tietyn. Usein tähän ilmiöön liittyy pilvisyyttä ja sateita.
Matala paine ei aina ole merkki sateisesta säästä. Huono sää riippuu enemmän kyseisen indikaattorin asteittaisesta laskusta.
Jyrkkä paineen lasku 74 senttimetriin Hg. ja sen alla uhkaa myrsky, sateet, jotka jatkuvat, vaikka indikaattori alkaa jo nousta.
Sään muutos parempaan voidaan tunnistaa seuraavista merkeistä:
- pitkän huonon sään jälkeen ilmakehän paine nousee asteittain ja tasaisesti;
- paine nousee sumuisella sohjoisella säällä;
- etelätuulien aikana kyseinen indikaattori nousee useita päiviä peräkkäin;
- ilmanpaineen nousu tuulisella säällä on merkki mukavasta säästä.
