จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อมีการกระจายความกดอากาศไม่สม่ำเสมอ? ค่าความดันบรรยากาศ

สารบัญ:

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อมีการกระจายความกดอากาศไม่สม่ำเสมอ? ค่าความดันบรรยากาศ
จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อมีการกระจายความกดอากาศไม่สม่ำเสมอ? ค่าความดันบรรยากาศ
Anonim

ความกดอากาศคือแรงที่เราได้รับผลกระทบจากอากาศรอบข้าง กล่าวคือ ชั้นบรรยากาศ บทความนี้จะนำเสนอการทดลองซึ่งเราจะตรวจสอบให้แน่ใจว่าความดันอากาศมีอยู่จริง เราจะหาว่าใครเป็นผู้ตรวจวัดเป็นครั้งแรก จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อความกดอากาศกระจายอย่างไม่เท่ากัน และอีกมากมาย

การแสดงความกดอากาศ

ถ้าอากาศไปกดทับของรอบตัว แสดงว่ามีน้ำหนัก จริงหรือไม่ ทำไมเราจึงดูไร้น้ำหนัก? ลองทำการทดลองที่แสดงว่าความกดอากาศมีอยู่จริง

เข็มฉีดยาไม่มีเข็ม
เข็มฉีดยาไม่มีเข็ม

เติมน้ำให้หลอดฉีดยาตรงกลางแล้วดึงลูกสูบขึ้น น้ำจะไหลตามลูกสูบ สาเหตุของสิ่งนี้คือความกดอากาศ แต่เมื่อผู้คนยังไม่รู้เกี่ยวกับการมีอยู่ของมัน พวกเขากล่าวว่าธรรมชาติไม่ทนต่อความว่างเปล่า ตอนนี้เรารู้แล้วว่าเมื่อลูกสูบสูงขึ้น พื้นที่จะถูกสร้างขึ้นแรงดันลดลงและบรรยากาศก็บีบน้ำเข้าไปในกระบอกฉีดยา

ประสบการณ์กับบัตรพลาสติกและโถ

ประสบการณ์กับภาชนะแก้ว
ประสบการณ์กับภาชนะแก้ว

เติมน้ำในขวดโหล ปิดฝาด้วยพลาสติก เช่น การ์ด พลิกโถกลับดูว่าการ์ดถือไม่ตก แรงดันน้ำถูกชดเชยด้วยแรงดันของบรรยากาศ ไม่มีอะไรกดน้ำจากด้านบน แต่บรรยากาศกดจากด้านล่างเป็นผลให้บัตรถูกถือ หากอากาศเข้าไประหว่างพลาสติกกับโถ การ์ดก็จะหลุดออกมาและน้ำก็จะไหลออกมา

เครื่องทอร์ริเชลลี

ประสบการณ์ Torricelli
ประสบการณ์ Torricelli

นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี Torricelli วัดความดันบรรยากาศเป็นครั้งแรก เขาทำเช่นนี้กับบารอมิเตอร์ที่เรียกว่าปรอท อย่างแรก Torricelli เติมหลอดแก้วที่มีสารปรอทไว้ด้านบน หยิบชามปรอทขนาดใหญ่ พลิกหลอด จุ่มลงในชามแล้วเปิดปลายด้านล่างออก ดาวพุธเริ่มโคจรลงมาแต่ไม่หมด แต่ลงมาที่ความสูงระดับหนึ่ง

ปรากฎว่าระดับนี้ 760 mm. ดังนั้นความดันของบรรยากาศจึงสามารถเก็บคอลัมน์ปรอทได้ 760 มม. หากความดันเพิ่มขึ้นก็สามารถถือเสาที่มีความสูงได้มากกว่าหากลดลงให้น้อยลง ถ้าเป็นเช่นนั้น ขนาดของเสาสามารถตัดสินได้จากความสูงของเสา ดังนั้นในทางปฏิบัติ ความดันของบรรยากาศและก๊าซจึงมักจะวัดได้อย่างแม่นยำในหน่วยมิลลิเมตรของปรอท มาสร้างความสัมพันธ์ระหว่างมิลลิเมตรของปรอทกับหน่วยปาสกาลปกติกัน

ปรอทและปาสกาลมีความสัมพันธ์กันกี่มิลลิเมตร

ความกดอากาศเพิ่มปรอท 760 มม. หมายความว่าคอลัมน์ปรอทอัดสูง 760 มม. ด้วยแรงเท่ากับระดับความดันบรรยากาศปกติ 1 มม. ปรอท คือความดันที่เกิดจากคอลัมน์ปรอทสูง 1 มม. ลองนึกภาพว่าความสูงของคอลัมน์ปรอทเท่ากับ 1 มม. คำนวณแรงดันไฮโดรสแตติกที่สอดคล้องกับระดับความสูงนี้

P=1 mmHg ความดันอุทกสถิตคำนวณโดยสูตร: ρgh ρ คือความหนาแน่นของปรอท g คือความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง h คือความสูงของคอลัมน์ของเหลว ρ=13, 6103 kg/m3, g=9, 8 N/kg, h=110 -3 m. แทนที่ข้อมูลเหล่านี้ลงในสูตร หลังการแปลง 13.69.8=133.3 N/m2 จะยังคงอยู่ N/m2 - นี่คือ Pascal (Pa) หากเราแปลงความดันบรรยากาศเป็นเฮกโตปาสคาล จะได้ 1 มม. ปรอท ศิลปะ. สอดคล้องกับ 1.333 hPa.

ปรอทและสภาพอากาศ

Torricelli ดูการอ่านค่าปรอทบารอมิเตอร์เป็นเวลานาน เขาสังเกตเห็นสิ่งที่น่าสนใจ เมื่อคอลัมน์ปรอทลดลง นั่นคือเมื่อความกดอากาศต่ำ หลังจากนั้นครู่หนึ่งสภาพอากาศเลวร้ายจะเข้ามา เมื่อคอลัมน์ปรอทขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปสภาพอากาศเลวร้ายจะถูกแทนที่ด้วยสภาพอากาศที่ดี นั่นคือ การวัดความดันบรรยากาศทำให้คุณสามารถพยากรณ์อากาศได้

บริการอุตุนิยมวิทยาตลอดเวลา ทุก 3 ชั่วโมง วัดความดันบรรยากาศ หนังสือของ Jules Verne กัปตันอายุ 15 ปี บรรยายการสังเกตบารอมิเตอร์และสภาพอากาศ ตัวเอกของหนังสือพบว่าถ้าปรอทลดลงอย่างรวดเร็วอากาศก็เสื่อมลงอย่างรวดเร็ว แต่ไม่นานหากระดับปรอทลดลงอย่างช้าๆเป็นเวลาหลายวันอากาศจะค่อยๆเสื่อมลงแต่คงอยู่นาน

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อความกดอากาศกระจายไม่เท่ากัน

ลองพิจารณาแผนที่แบบย่อกัน มีค่าความดันบรรยากาศในพื้นที่ต่างๆ เมือง ประเทศ ทวีปต่างๆ ทิศทางการเคลื่อนที่ของมวลอากาศแสดงด้วยลูกศร ทำไมลมถึงพัด? ความกดอากาศมีมากขึ้นในบางสถานที่และน้อยกว่าในบางแห่ง จากที่ใหญ่กว่าลมพัดไปยังที่ที่เล็กกว่า เราเห็นมันในทิศทางของลูกศรบนแผนที่

ดูดาวทั้งดวงจะเห็นว่าในส่วนต่างๆ บริเวณที่มีความกดอากาศสูงจะเป็นสีม่วง โดยที่ลูกศรลมจะหมุนและเคลื่อนที่ตามเข็มนาฬิกา บริเวณที่มีความกดอากาศสูงนี้เรียกว่าแอนติไซโคลน ปกติอากาศแจ่มใส

บริเวณที่มีความกดอากาศสูง
บริเวณที่มีความกดอากาศสูง

แต่สเปนกับโปรตุเกส ที่นี่เราสังเกตแอนติไซโคลนที่ทรงพลังที่สุดสองตัว การบิดตัวของกระแสอากาศเชื่อมโยงกับการหมุนของโลก

และนี่คือพื้นที่อันทรงพลังสองแห่งที่มีความกดอากาศต่ำ - เพียง 965 เฮกโตปาสกาล นี่คือพายุไซโคลน อากาศในนั้นหมุนทวนเข็มนาฬิกา

พื้นที่ความกดอากาศต่ำ
พื้นที่ความกดอากาศต่ำ

ดังนั้น คุณสามารถสังเกตการกระจายของความดันบรรยากาศในสถานที่ต่างๆ บนโลกของเรา ทุกวันนี้ นักอุตุนิยมวิทยาทำนายการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศที่เกิดขึ้นเมื่อความกดอากาศกระจายอย่างไม่เท่ากันได้อย่างแม่นยำ

ความดันที่และเหนือระดับน้ำทะเล

สมมติว่าบารอมิเตอร์แสดงความดัน 1006 hPa แต่ถ้าดูแผนที่โดยย่อของพื้นที่ที่กำหนด เมือง อาจปรากฏว่าความดันบรรยากาศที่นั่นแตกต่างกัน ทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้น? ความจริงก็คือแผนที่สรุปแสดงค่าความดันบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเล เราสามารถอยู่ที่ความสูงระดับหนึ่งจากระดับน้ำทะเลได้ ดังนั้นความดันที่บารอมิเตอร์แสดงในห้องจึงน้อยกว่าที่ระดับน้ำทะเล

เครื่องวัดระยะสูง

เครื่องวัดระยะสูง-เครื่องวัดระยะสูง
เครื่องวัดระยะสูง-เครื่องวัดระยะสูง

วัดความสูงของสถานที่ของคุณอย่างไร? มีเครื่องมือพิเศษที่คล้ายกับบารอมิเตอร์ แต่มาตราส่วนไม่ได้วัดในหน่วยความดัน แต่เป็นหน่วยความสูง นักท่องเที่ยวและนักบินมีอุปกรณ์ดังกล่าว เรียกว่าเครื่องวัดระยะสูงหรือเครื่องวัดระยะสูงแบบพาราเมตริก เมื่อนักบินอยู่บนพื้นดิน เขาตั้งค่าเครื่องวัดระยะสูงไว้ที่ศูนย์ เพราะความสูงของเขาเหนือพื้นดินเป็นศูนย์ หากจำเป็น เขาจะตั้งลูกศรให้สูงเหนือระดับน้ำทะเล ขึ้นอยู่กับว่าสิ่งสำคัญสำหรับเขาที่จะรู้ว่าสนามบินอยู่สูงระดับใดเหนือระดับน้ำทะเลหรือไม่ ในกรณีของเที่ยวบินระยะไกล สิ่งนี้มีประโยชน์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากสนามบินอยู่ในภูเขา จากนั้นเมื่อมองไปที่เข็มมาตรความสูง นักบินก็จะกำหนดระดับความสูง

ทำไมความกดอากาศจึงเพิ่มขึ้นตามระดับความสูง

หลังจากที่เราได้เรียนรู้ว่าเมื่อความกดอากาศกระจายอย่างไม่เท่ากัน ลมก็เกิดขึ้น มาดูกันว่าทำไมความกดอากาศจึงลดลงตามระดับความสูงที่เพิ่มขึ้น อากาศมีน้ำหนักจึงถูกดึงดูดลงสู่พื้นโลกและออกแรงกดทับ ถ้าเราวางบารอมิเตอร์ในชั้นบรรยากาศใดชั้นหนึ่งแล้วชั้นบรรยากาศนั้นก็จะถูกกดทับซึ่งอยู่ด้านบน ควรสังเกตว่าบรรยากาศไม่มีขอบเขตที่ชัดเจน

ถ้าเราวางบารอมิเตอร์ที่ระดับน้ำทะเล ความดันจะเท่ากับผลรวมของความดันในอากาศชั้นนี้และความดันในชั้นบรรยากาศที่อยู่เหนือชั้น นั่นคือเมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น ความดันจะลดลง คำถามเกิดขึ้น: เป็นไปได้ไหมที่จะคำนวณความดันบรรยากาศตามสูตร Р=ρgh? ไม่ เพราะค่าความหนาแน่นของอากาศในชั้นบรรยากาศต่างๆ ไม่คงที่ ที่ด้านล่าง อากาศอยู่ภายใต้ความกดดันมากกว่า จึงมีความหนาแน่นมากขึ้น และด้านบนมีความหนาแน่นน้อยกว่า