จะวัดความกดอากาศในปาสกาลได้อย่างไร? ความดันบรรยากาศปกติในปาสกาลคืออะไร?

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-02 17:57

บรรยากาศเป็นเมฆก๊าซที่ล้อมรอบโลก น้ำหนักของอากาศซึ่งมีความสูงเกิน 900 กม. มีผลอย่างมากต่อผู้อยู่อาศัยในโลกของเรา เราไม่ได้รู้สึกแบบนี้เลย เอาชีวิตไปอยู่ก้นทะเลอากาศเป็นเรื่องเป็นราว คนรู้สึกไม่สบายเมื่อปีนขึ้นไปบนภูเขาสูง การขาดออกซิเจนทำให้เกิดความเหนื่อยล้าอย่างรวดเร็ว ในเวลาเดียวกัน ความกดอากาศเปลี่ยนแปลงอย่างเห็นได้ชัด

ฟิสิกส์เกี่ยวข้องกับความกดอากาศ การเปลี่ยนแปลง และผลกระทบต่อพื้นผิวโลก

ในวิชาฟิสิกส์ระดับมัธยมศึกษาตอนปลายให้ความสนใจอย่างมากกับการศึกษาการกระทำของบรรยากาศ ลักษณะของคำจำกัดความ การพึ่งพาความสูง อิทธิพลต่อกระบวนการที่เกิดขึ้นในชีวิตประจำวันหรือในธรรมชาติ อธิบายโดยอาศัยความรู้เกี่ยวกับการกระทำของบรรยากาศ

คนเริ่มศึกษาความกดอากาศเมื่อไร ? ชั้นประถมศึกษาปีที่ 6 - ได้เวลาทำความคุ้นเคยกับลักษณะเฉพาะของบรรยากาศ กระบวนการนี้ดำเนินต่อไปในชั้นเรียนพิเศษระดับมัธยมปลาย

ประวัติการศึกษา

ความพยายามครั้งแรกในการสร้างความกดอากาศในบรรยากาศเกิดขึ้นในปี 1643 ตามคำแนะนำของผู้เผยแพร่ศาสนาชาวอิตาลีทอร์ริเชลลี หลอดแก้วที่ปิดสนิทที่ปลายด้านหนึ่งเต็มไปด้วยสารปรอท เมื่อปิดอีกด้านหนึ่งก็ถูกลดระดับลงเป็นปรอท ในส่วนบนของท่อ เนื่องจากมีการไหลออกของปรอทบางส่วน จึงเกิดพื้นที่ว่างซึ่งได้รับชื่อต่อไปนี้: “Torricellian void”

ถึงเวลานี้ ทฤษฎีของอริสโตเติลครอบงำในวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ ซึ่งเชื่อว่า "ธรรมชาติกลัวความว่างเปล่า" ตามความเห็นของเขา ไม่มีที่ว่างใดที่ไม่เต็มไปด้วยสสาร ดังนั้นเป็นเวลานานพวกเขาจึงพยายามอธิบายความว่างเปล่าในหลอดแก้วกับเรื่องอื่นๆ

ไม่ต้องสงสัยเลยว่านี่คือพื้นที่ว่าง มันไม่สามารถเติมอะไรลงไปได้ เพราะในตอนเริ่มต้นของการทดลอง ปรอทจะเต็มถัง และไหลออกมาไม่ยอมให้สารอื่นเข้ามาเติมในที่ว่าง แต่ทำไมปรอทไม่เทลงในภาชนะทั้งหมดเพราะไม่มีอุปสรรคในเรื่องนี้? ข้อสรุปแนะนำตัวเอง: ปรอทในหลอดเช่นเดียวกับในภาชนะที่สื่อสารจะสร้างแรงกดดันต่อปรอทในภาชนะเช่นเดียวกับบางสิ่งจากภายนอก ในระดับเดียวกัน มีเพียงชั้นบรรยากาศเท่านั้นที่สัมผัสกับพื้นผิวปรอท เป็นแรงกดดันของเธอที่ทำให้สารไม่ไหลออกมาภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง ก๊าซเป็นที่รู้จักกันในการสร้างการกระทำเดียวกันในทุกทิศทาง ส่งผลต่อพื้นผิวปรอทในภาชนะ

ความสูงของถังปรอทอยู่ที่ประมาณ 76 ซม. สังเกตได้ว่าตัวบ่งชี้นี้จะแปรผันไปตามกาลเวลา ดังนั้น ความดันบรรยากาศจึงเปลี่ยนไป สามารถวัดเป็นหน่วยเซนติเมตรของปรอทได้คอลัมน์ (หรือหน่วยมิลลิเมตร)

ใช้ยูนิตไหนดี

ระบบสากลของหน่วยเป็นสากล ดังนั้นจึงไม่เกี่ยวข้องกับการใช้ปรอทมิลลิเมตร ศิลปะ. เมื่อกำหนดความดัน หน่วยของความดันบรรยากาศถูกกำหนดในลักษณะเดียวกับที่เกิดขึ้นในของแข็งและของเหลว การวัดความดันในปาสกาลเป็นที่ยอมรับใน SI

สำหรับ 1 Pa แรงกดดันดังกล่าวเกิดขึ้นจากแรง 1 N ต่อพื้นที่ 1 m2.

กำหนดว่าหน่วยวัดสัมพันธ์กันอย่างไร ความดันของคอลัมน์ของเหลวถูกกำหนดตามสูตรต่อไปนี้: p=ρgh ความหนาแน่นของปรอท ρ=13600 kg/m3 ลองหาคอลัมน์ปรอทยาว 760 มม. เป็นจุดอ้างอิงกัน จากที่นี่:

r=13600 กก./ม.3×9.83 N/กก×0.76 ม.=101292.8 Pa

หากต้องการบันทึกความกดอากาศเป็นปาสกาล ให้พิจารณา: 1 มม. ปรอท=133.3 Pa.

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

กำหนดแรงที่บรรยากาศกระทำต่อพื้นผิวหลังคาขนาด 10x20 ม. ความดันบรรยากาศจะเท่ากับ 740 mm Hg. St.

p=740 mm Hg, a=10 m, b=20 m.

วิเคราะห์

เพื่อกำหนดแรงกระทำ คุณต้องตั้งค่าความดันบรรยากาศเป็นปาสกาล โดยคำนึงถึงความจริงที่ว่า 1 มิลลิเมตรปรอท เท่ากับ 133.3 Pa เรามี p=98642 Pa.

การตัดสินใจ

ใช้สูตรกำหนดความดัน:

p=F/s, เนื่องจากไม่ได้กำหนดพื้นที่หลังคา ให้ถือว่า เป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า พื้นที่ของรูปนี้กำหนดโดยสูตร:

s=ab.

แทนค่าพื้นที่ในสูตรการคำนวณ:

p=F/(ab) จากที่:

F=ปะ

คำนวณ: F=98642 Pa×10 m×20 m=19728400 N=1.97 MN

คำตอบ: แรงดันบรรยากาศบนหลังคาบ้าน 1.97 MN.

วิธีวัด

การทดลองหาความดันบรรยากาศสามารถทำได้โดยใช้คอลัมน์ของปรอท หากคุณแก้ไขมาตราส่วนข้างๆ ก็จะสามารถแก้ไขการเปลี่ยนแปลงได้ นี่คือบารอมิเตอร์ปรอทที่ง่ายที่สุด

อีวานเกลิสต้า ทอร์ริเชลลีที่ประหลาดใจที่เห็นการเปลี่ยนแปลงของบรรยากาศ เชื่อมโยงกระบวนการนี้กับความร้อนและความเย็น

ความกดอากาศที่ระดับผิวน้ำทะเลที่ 0 องศาเซลเซียสเรียกว่าเหมาะสมที่สุด ค่านี้คือ 760 mmHg ความกดอากาศปกติในปาสกาลถือว่าเท่ากับ 105 Pa.

เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าปรอทค่อนข้างเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์ เป็นผลให้ไม่สามารถใช้บารอมิเตอร์ปรอทแบบเปิดได้ ของเหลวอื่นๆ มีความหนาแน่นน้อยกว่ามาก ดังนั้นหลอดที่เติมของเหลวจะต้องยาวเพียงพอ

ตัวอย่างเช่น เสาน้ำที่สร้างโดย Blaise Pascal ควรสูงประมาณ 10 เมตร ความไม่สะดวกนั้นชัดเจน

บารอมิเตอร์ไร้ของเหลว

การก้าวไปข้างหน้าที่โดดเด่นคือแนวคิดของการเคลื่อนตัวออกจากของเหลวเมื่อทำบารอมิเตอร์ ความสามารถในการผลิตอุปกรณ์สำหรับกำหนดความดันของบรรยากาศนั้นถูกนำมาใช้ในบารอมิเตอร์แอนรอยด์

ส่วนหลักของมิเตอร์นี้แบนกล่องที่อากาศถูกสูบออก เพื่อไม่ให้ถูกบรรยากาศบีบตัวทำให้พื้นผิวเป็นลูกฟูก กล่องเชื่อมต่อด้วยระบบสปริงกับลูกศรที่ระบุค่าความดันบนมาตราส่วน หลังสามารถสำเร็จการศึกษาในหน่วยใดก็ได้ สามารถวัดความดันบรรยากาศเป็นปาสกาลได้ด้วยมาตราส่วนการวัดที่เหมาะสม

ยกความสูงและความกดอากาศ

การเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่นของบรรยากาศเมื่อคุณลุกขึ้นทำให้ความดันลดลง ความไม่เท่ากันของซองก๊าซไม่อนุญาตให้มีการแนะนำกฎการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้น เนื่องจากระดับของความดันลดลงลดลงตามความสูงที่เพิ่มขึ้น ที่พื้นผิวโลก เมื่อโลกสูงขึ้น ทุกๆ 12 เมตร ผลกระทบของชั้นบรรยากาศจะลดลง 1 มม. ปรอท ศิลปะ. ในชั้นโทรโพสเฟียร์ จะมีการเปลี่ยนแปลงที่คล้ายกันทุกๆ 10.5 เมตร

ใกล้พื้นผิวโลก ที่ระดับความสูงของเครื่องบิน แอนรอยด์ที่ติดตั้งสเกลพิเศษสามารถกำหนดระดับความสูงได้ด้วยความดันบรรยากาศ อุปกรณ์นี้เรียกว่าเครื่องวัดระยะสูง

อุปกรณ์พิเศษบนพื้นผิวโลกทำให้คุณสามารถตั้งค่าเครื่องวัดระยะสูงเป็นศูนย์ เพื่อใช้กำหนดความสูงของทางขึ้นได้ในภายหลัง

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ที่เชิงเขา บารอมิเตอร์แสดงความกดอากาศที่ 756 มิลลิเมตรปรอท ค่าที่ระดับความสูง 2500 เมตรเหนือระดับน้ำทะเลจะเป็นอย่างไร? จำเป็นต้องบันทึกความดันบรรยากาศเป็นปาสกาล

r₁ =756 mm Hg, H=2500 m, r_{2 - ?}

การตัดสินใจ

ในการหาค่าบารอมิเตอร์ที่อ่านได้ที่ความสูง H เราคำนึงถึงสิ่งนั้นความดันลดลง 1 มม. ปรอท ทุกๆ 12 เมตร ดังนั้น:

(p₁ – p_{2)×12 m=H×1 mmHg จาก:}

p₂=p_{1 - H×1 mmHg/12m=756 mmHg - 2500 m×1 mmHg/12 m=546 mmHg}

ในการบันทึกความกดอากาศที่ได้รับเป็นปาสกาล ให้ทำดังต่อไปนี้:

p_{2=546×133, 3 Pa=72619 Pa}

คำตอบ: 72619 ป.

ความกดอากาศและสภาพอากาศ

การเคลื่อนที่ของชั้นบรรยากาศของอากาศใกล้พื้นผิวโลกและความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอของอากาศในพื้นที่ต่างๆ นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศในทุกส่วนของโลก

ความดันอาจแตกต่างกันไป 20-35mmHg ในระยะยาวและโดยปรอท 2-4 มิลลิเมตร ระหว่างวัน. คนที่มีสุขภาพดีจะไม่รับรู้ถึงการเปลี่ยนแปลงในตัวบ่งชี้นี้

ความกดอากาศซึ่งต่ำกว่าค่าปกติและมักจะเปลี่ยนแปลง แสดงว่ามีพายุไซโคลนที่พัดเข้าปกคลุมพายุลูกหนึ่ง บ่อยครั้งที่ปรากฏการณ์นี้มาพร้อมกับเมฆมากและการตกตะกอน

ความกดอากาศต่ำไม่ได้แปลว่าฝนตกเสมอไป สภาพอากาศเลวร้ายขึ้นอยู่กับการลดลงทีละน้อยในตัวบ่งชี้ที่เป็นปัญหา