С высотой атмосферное давление


2. Суточный и годовой ход атмосферного давления. Изменение давления с высотой

Суточный ход атмосферного давления

Суточное изменение атмосферного давления связано с изменением температуры воздуха и с его перемещением. При нагревании воздух увеличивается в объёме, становится менее плотным, его масса уменьшается — атмосферное давление понижается. Холодный воздух, наоборот, уменьшается в объёме, становится более плотным, масса его увеличивается — атмосферное давление повышается.

При повышении температуры воздуха атмосферное давление падает, при понижении — возрастает. При понижении температуры на \(1\) °С атмосферное давление повышается на \(0,28\) мм рт. ст.

Самое высокое атмосферное давление в течение суток наблюдается ночью, самое низкое — после полудня.

Годовой ход атмосферного давления

Над сушей максимальное атмосферное давление наблюдается зимой, а минимальное — летом. Над океанами в связи с медленным нагреванием и остыванием воды минимум атмосферного давления наблюдается зимой, а максимум — летом.

Изменение атмосферного давления с высотой

Чем больше высота столба атмосферного воздуха, тем выше атмосферное давление. Следовательно, с высотой атмосферное давление понижается.

Атмосферное давление понижается в среднем на \(1\) мм рт. ст. на каждые \(10,5\) м подъёма.

 

С помощью показаний барометра можно определить относительную высоту местности.

Как с высотой изменяется атмосферное давление. Формула, график

Не все знают, что на разной высоте давление атмосферы отличается. Существует даже специальный прибор для измерения и давления, и высоты. Называется он барометр-альтиметр. В статье мы подробно изучим, как с высотой изменяется атмосферное давление и при чем тут плотность воздуха. Рассмотрим эту зависимость на примере графика.

Давление атмосферы на разных высотах

Атмосферное давление зависит от высоты. При ее увеличении на 12 м давление уменьшается на 1 мм ртутного столба. Этот факт можно записать с помощью такого математического выражения: ∆h/∆P=12 м/мм рт. ст. ∆h — это изменение высоты, ∆P — изменение атмосферного давления при изменении высоты на ∆h. Что из этого следует?

Из формулы видно, как с высотой изменяется атмосферное давление. Значит, если мы поднимемся на 12 м, то АД уменьшится на 12 мм ртутного столба, если на 24 м — то на 2 мм ртутного столба. Таким образом, измеряя атмосферное давление, можно судить о высоте.

Миллиметры ртутного столба и гектопаскали

В некоторых задачах давление выражается не в миллиметрах ртутного столба, а в паскалях или гектопаскалях. Запишем вышеприведенное соотношение для случая, когда давление выражено в гектопаскалях. 1 мм рт. ст. =133,3 Па =1,333 гПа.

Теперь выразим соотношение высоты и атмосферного давления не через миллиметры ртутного столба, а через гектопаскали. ∆h/∆P=12 м/1,333 гПа. После вычисления получим: ∆h/∆P=9 м/гПа. Выходит, что когда мы поднимаемся на 9 метров, то давление уменьшается на один гектопаскаль. Нормальное давление — это 1013 гПа. Округлим 1013 до 1000 и примем, что на поверхности Земли именно такое АД.

Если мы поднимаемся на 90 м, как с высотой изменяется атмосферное давление? Оно уменьшается на 10 гПа, на 90 м — на 100 гПа, на 900 м — на 1000 гПа. Если на земле давление в 1000 гПа, а мы поднялись на 900 м вверх, то атмосферное давление стало нулевым. Так что, получается что атмосфера заканчивается на девятикилометровой высоте? Нет. На такой высоте есть воздух, там летают самолеты. Так в чем же дело?

Связь плотности воздуха и высоты. Особенности

Как с высотой изменяется атмосферное давление вблизи поверхности Земли? На этот вопрос уже ответила картинка выше. Чем больше высота, тем меньше плотность воздуха. Покуда мы находимся недалеко от поверхности земли, изменение плотности воздуха незаметно. Поэтому на каждую единицу высоты давление уменьшается примерно на одно и тоже значение. Два записанные нами ранее выражения нужно воспринимать как правильные, только если мы находимся недалеко от поверхности Земли, не выше 1-1,5 км.

График, показывающий как атмосферное давление изменяется с высотой

Теперь перейдем к наглядности. Построим график зависимости давления атмосферы от высоты. При нулевой высоте P0=760мм рт. ст. Из-за того, что с ростом высоты давление уменьшается, атмосферный воздух будет менее сжат, его плотность станет меньше. Поэтому на графике зависимость давления от высоты не будет описываться прямой линией. Что это значит?

Как с высотой изменяется атмосферное давление? Над поверхностью земли? На высоте 5,5 км оно уменьшается в 2 раза (Р0/2). Оказывается, что если мы поднимемся еще на такую же высоту, то есть на 11 км, давление уменьшится еще вдвое и будет равно Р0/4 и т. д.

Соединим точки, и мы увидим, что график — это не прямая, а кривая. Почему, когда мы записывали соотношение зависимости, складывалось впечатление, что на высоте 9 км атмосфера заканчивается? Мы считали, что график является прямой на любых высотах. Это было бы так, если бы атмосфера была жидкой, то есть если бы ее плотность была постоянной.

Важно понимать, что этот график является лишь фрагментом зависимости на малых высотах. Ни на какой точке этой линии давление не снижается до нуля. Даже в глубоком космосе существуют молекулы газов, которые, правда, не имеют отношение к земной атмосфере. Ни в одной точке Вселенной не существует абсолютного вакуума, пустоты.

Атмосферное давление. Урок 13

Земля путём силы гравитации притягивает к себе молекулы воздуха. Они имеют вес, а значит создают давление как внутри самой атмосферы, так и на её границе с различными телами на земной поверхности. Атмосферное давление – это сила, с которой воздух давит на земную поверхность и на все находящиеся на ней предметы.

Атмосферное давление изменяется с высотой и зависит от погодных условий: температуры воздуха и перемещения воздушных масс в вертикальном направлении (конвекции). Вблизи земной поверхности оно приблизительно равно 105 Па (в интернациональной системе (СИ) давление измеряется в Паскалях – русское Па, международное – Pa).

За нормальное атмосферное давление принято давление ртутного столба высотой 76 см сечением в 1 см2 на уровне моря на широте 45° при температуре 0°С. Оно равно 760 мм рт. ст.(101325 Па, но реально берётся 100 000 Па) – это 1 атмосфера (атм.).


<!— Реклама —>

Атмосферное давление по-традиции измеряют в миллиметрах ртутного столба, современные аналоги этой меры – миллибары и гектопаскали. Один Паскаль – это давление силой в 1 Ньютон (Н), приходящееся на площадь 1 м2.

Интересно, что среднее давление атмосферы на поверхности Марса в 160 раз меньше, чем у поверхности Земли.

Как заметить атмосферное давление?

Хотя молекулы газа не имеют запаха и цвета, они постоянно взаимодействуют с рецепторами нашей кожи, сдавливают со всех сторон все предметы, заполняют пустоты, а их быстрое перемещение в горизонтальном направлении, называемое ветром, может сбить нас с ног. Доказать, что атмосферное давление существует, можно при помощи простых опытов.

Опыт 1 – «Непроливайка»

В стакан налить воды до краёв. Прикрыть его листком плотной бумаги и, придерживая бумагу ладонью, быстро перевернуть стакан кверху дном. Убрать ладонь. Вода из стакана не выльется, так как на бумагу снизу давит атмосфера.

Объяснение: фраза «на нас давит столб атмосферного воздуха», иногда употребляемая, в том числе и в школьных учебниках, некорректна. Она произносится по ассоциации с силой давления, действующей со стороны твёрдого тела. Эта сила действует на тела, расположенные ниже, и не действует на тела сбоку или, тем более, сверху данного тела. Иное дело давление жидкости или газа.

По закону Паскаля давление передаётся не только в точки на дне сосуда, но также и в точки на стенках и крышке. Силы гидростатического и атмосферного давлений действуют перпендикулярно произвольно ориентированной поверхности тела, контактирующей со средой, и могут иметь любое направление.

Воздух, давящий на бумагу снизу наполненного стакана – это доказательство несостоятельности такой ассоциации. Интересно, что если стакан наполнить водой только наполовину, то оставшийся воздух будет давить с такой же силой, как и наружный, и бумага не удержит воду (и воздух) в стакане.

Опыт 2 – «Сухим из воды»

Положить на плоскую тарелку монету или металлическую пуговицу и налить воды. Монета окажется под водой. Наша задача – выловить монету голыми руками, не замочив их.

Зажгите внутри сухого стакана бумагу и, когда воздух нагреется, опрокиньте стакан на тарелку рядом с монетой так, чтобы монета не очутилась под стаканом. Ждать придётся недолго. Бумага в стакане сразу погаснет, и воздух начнёт остывать. По мере его остывания вода будет втягиваться стаканом и вскоре вся соберётся там, обнажив дно тарелки.

Объяснение: когда воздух в стакане нагрелся, он расширился, как и все нагретые тела, избыток его нового объёма вышел из стакана. Когда же оставшийся воздух начал остывать, его стало недостаточно, чтобы в холодном состоянии оказывать прежнее давление, уравновешивать наружное давление атмосферы. Теперь вода под стаканом испытывает на каждый сантиметр своей поверхности меньшее давление, чем в открытой части тарелки. Неудивительно, что она вгоняется под стакан, втискиваемая туда избытком давления наружного воздуха. Вода вдавливается воздухом!

По этой же теме посмотрите эксперимент программы «Галилео».

Почему мы не чувствуем атмосферное давление?

Зная, что 1 м3 воздуха при температуре 0° на уровне моря весит 1,3 кг, легко подсчитать, что на крышу дома, имеющую площадь, например 100 м², атмосфера давит с силой 107 Н, что соответствует весу тела массой 1000 т. Однако крыша дома не проваливается.

Площадь спины лежащего на пляже человека заведомо больше 0,2 м2; следовательно, атмосфера давит на спину человека с силой, большей чем 20 000 Н, что соответствует камешку массой 2 т. Однако человек вообще не ощущает никакого давления сверху.

Опыт «Сухим из воды» демонстрирует нам ещё и доказательство внутреннего давления, уравновешивающего наружное давление атмосферы.

Мы не чувствуем давления воздуха, потому что давление атмосферы равномерно распределяется со всех сторон и потому что внутри нас есть такое же давление воздуха и жидкости, а адаптационные способности организма постоянно уравновешивают внутреннее давление, подстраивая его под изменение атмосферного. Но адаптации проходят только в небольшом интервале. 

Если люди живут длительное время на большой высоте, то их организм приспосабливается как к меньшему количеству кислорода, так и к более низкому давлению. Самые высокогорные поселения мира:

  • Ла-Ринконада (Перу) – 5100 м;
  • Эль-Альто (Боливия) – 4150 м;
  • Потоси (Боливия) – 4090 м;
  • Лхаса (Т ибет) – 3650 м;
  • Намче-базар (Непал) – 3450 м;
  • в России это Куруш (Дагестан) – 2600 м.
Посёлок золотоискателей Ла Ринконада-Ананея, 5100 м.
Автор: IJISCAY

А вот рыбы, живущие на глубине океана, привыкли к более высокому давлению, и быстро перестроиться их организм не способен. Их тело адаптировалось к нему, и внутреннее давление его намного выше 1 атм. Поэтому когда их достают из глубины, они взрываются из-за высокого внутреннего давления. То же произошло бы и с человеком в безвоздушном пространстве (в космосе).

Фильм по теме «Атмосферное давление и самочувствие человека».

Из истории открытия знаний о весе, давлении воздуха и изобретении барометра

О том, как измерить атмосферное давление, догадался итальянский математик и физик, выпускник иезуитского колледжа Э. Торричелли. Вместе с В. Вивиани – юным учеником Галилея – он провёл опыты по его измерению. Торричелли тоже был одним из последних учеников Галилея, и основываясь на его догадках доказал, что воздух имеет вес и оказывает давление.

Эванжелиста Торричелли и его барометр.
Автор: Saperaud~commonswiki

Торричелли впервые открыто выступил против догм Аристотеля. Рассуждая о насосе, он заявил, что

«прежде всего вода поднимается вслед за поршнем вовсе не потому, что «природа боится пустоты», просто воду гонит в насос давление, которое оказывает воздух на поверхность реки. В трубе же насоса, под поршнем, воздуха нет, поэтому вода входит в неё до тех пор, пока вес водяного столба в трубе насоса не уравновесит наружное давление воздуха».

Но доказал он это немного позже. Предложенный им опыт был осуществлён в 1643 г. В этом опыте использовалась запаянная с одного конца стеклянная трубка длиной около 1 м. Её наполняли ртутью и, закрыв пальцем (чтобы ртуть не выливалась раньше времени), перевернув, опускали в широкую чашку со ртутью.

Часть ртути из трубки выливалась, и в её верхней части образовывался вакуум (первая настоящая пустота, обнаруженная на Земле – Торричеллиева пустота). При этом высота столба ртути в трубке оказалась равной примерно 760 мм (если отсчитывать её от уровня ртути в чашке). Воздух давил на ртуть чашки и не давал вылиться из трубки.

Учёный также догадался, что давление атмосферы связано с изменением погоды. Наблюдая за высотой ртутного столба в трубке, Торричелли заметил, что атмосферное давление непостоянно и зависит от «теплоты или холода». Столбик в трубке то опускался, то поднимался, указывая на нужное деление шкалы. Вот почему в качестве одной из единиц давления взят миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.). Тяжесть по-гречески «барос», и прибор Торричелли стали называть барометром.

Принцип действия барометра Торричелли

О давлении и весе воздуха почти одновременно с Торричелли догадался и другой известный учёный того времени – Декарт. Он объяснил, почему из продырявленного на дне флакона при закрытой крышке духи не вытекают, а при открытой вытекают, именно разностью в давлении воздуха на разные площади поверхности. Когда крышка флакона закрыта, поверхностное натяжение воды на небольшом отверстии способно удерживать жидкость во флаконе. При открытой крышке оно преодолевается силой давления воздуха и духи начинают вытекать. Декарт выдвинул гипотезу, что с высотой воздух становится реже, а значит, должно уменьшаться и его давление.

Уже после опытов Торричелли Декарт поручил талантливому французскому математику и физику Блезу Паскалю проверить его догадку – верно ли, что давление с высотой убывает. Для этого он должен был подняться в горы с трубкой Торричелли. Опустившийся вниз столбик ртути на высоте горы Пюи де Дом подтвердили гипотезы Торричелли и Декарта.

Паскаль сделал вывод:

«законы давления жидкостей, известные ещё со времён славного Архимеда и развитые голландцем Симеоном Стевином, во многом справедливы и для воздуха». 

Давление воздуха не замечается человеком, потому что по законам давления в жидкостях и газах оно направлено и в стороны, и вниз.

Как измеряют атмосферное давление?

Барометр Торричелли используют до сих пор. Этот простой прибор помогает определить примерную высоту над уровнем моря. Альпинисты берут его с собой высоко в горы. Барометр – обязательный прибор кабины каждого летательного аппарата, будь то самолёт или спутник Земли. В наши дни его «братья» спускаются и на дно морей. Из высотомеров они превратились в глубиномеры.

За три с лишним века барометры изменились: стали автоматическими, самозаписывающими, научились управлять другими механизмами.

Ртутный барометр измеряет атмосферное давление с наибольшей точностью

Старые ртутные барометры.
Автор: GianniG46

На метеорологических станциях давление атмосферного воздуха измеряют всё те же ртутные барометры, так как они обладают наибольшей точностью. Они работают по тому же принципу, что и изобретение Торричелли.

При измерении величины давления вводят поправки на температуру, так как при повышении температур, ртуть и шкала барометра расширяются. На практике пользуются готовой таблицей поправок, которая сразу же даёт нужную величину.

Мембранные барометры

Для измерения атмосферного давления применяют также мембранные манометры. Простейший мембранный манометр показан схематически на рис 1.

Рис. 1. Мембранный барометр

Тонкая упругая пластинка-мембрана 1 герметически закрывает коробку 2, из которой откачана часть воздуха. С мембраной соединён указатель 3, поворачивающийся около О на угол, зависящий от степени прогиба мембраны, которая в свою очередь зависит от разности измеряемой силы давления воздуха вне коробки и внутри коробки.

Такие манометры называют барометрами-анероидами. Их градуируют и выверяют по ртутному барометру. Они менее точны, зато более удобны в обращении, поскольку не содержат ртути. При определении давления анероидом вносятся три поправки (на шкалу, на температуру и дополнительная на прибор), указанные в сертификате прибора. Анероид может давать надежные показания только в том случае, если он время от времени подвергается тщательной проверке.

Барометр-анероид.
Изображение Wolfgang Eckert с сайта Pixabay

Анероид может быть градуирован непосредственно на высоту атмосферы. Такие анероиды называют альтиметрами; или высотомерами, они используются в авиалайнерах и позволяют пилоту контролировать высоту полёта.

Высотомер Булова Б-11, с самолёта-истребителя.
Автор: Дозиметр

Для непрерывной регистрации изменения атмосферного давления применяется самопишущий прибор — барограф . Приёмной частью барографа является несколько соединённых между собой малых анероидных коробок.

Другие приборы

Гипсотермометр (гипсометртермобарометрбаротермометр) — прибор для измерения атмосферного давления по температуре кипящей жидкости (обычно воды). Он более точен, чем анероид.

Состоит из кипятильника и термометра со шкалой, разделённой на 0°,01. Этот прибор обычно применяется в экспедиционных условиях для барометрического нивелирования.

Штормгласс – это химический или кристаллический барометр, состоящий из стеклянной колбы или ампулы, заполненных спиртовым раствором, в котором в определённых пропорциях растворены камфора, нашатырь и калийная селитра.
<!— Реклама —>

Этим химическим барометром активно пользовался во время своих морских путешествий английский гидрограф и метеоролог, вице-адмирал Роберт Фицрой, который тщательно описал поведение барометра, это описание используется до сих пор. Поэтому штормгласс также называют «Барометром Фицроя». В 1831–1836 гг. Фицрой возглавлял океанографическую экспедицию на корабле «Бигль», в которой участвовал Чарльз Дарвин.

Весной и осенью резкое падение показателей барометра предвещает ветреную погоду. Летом, в сильную жару, оно предупреждает о грозе. Зимой, особенно после продолжительных морозов, быстрое падение ртутного столба говорит о предстоящей перемене направления ветра, сопровождающейся оттепелью и дождём. Напротив, повышение ртутного столба во время продолжительных морозов предвещает снегопад.

Закономерности в изменении атмосферного давления и способ использования этих знаний

Почти вся масса атмосферы Земли сосредоточена в слое высотой примерно до 50 км. По достижении высоты 50 км ускорение свободного падения уменьшается всего лишь на 1,5% по сравнению с ускорением на уровне моря; поэтому можно принять, что в пределах всего 50-километрового слоя атмосферы ускорение свободного падения остается равным g = 9,8 м/с2.

Представляя атмосферный воздух в виде сплошной среды, мы, конечно, не должны забывать, что в действительности это газ. Давление — статистическая величина, выражаемая через усреднённый по многим молекулам квадрат скорости их хаотического движения. Сила давления на любую реальную или мысленно выделенную площадку в газе обусловлена хаотической бомбардировкой этой площадки множеством молекул.

Давление понижается с высотой и повышается при спуске в глубокие шахты. Причина – в разрежении  воздуха (уменьшении плотности) с подъёмом и уплотнении со спуском, ведь он притягивается землёй и около неё сосредоточена основная его масса. В нижней тропосфере давление с высотой уменьшается примерно на 1 мм на каждые 10,5 м. Это позволяет с помощью барометра-высотомера определять высоту места.

Как изменяется атмосферное давление с высотой?

На самом деле эта закономерность соблюдается только до высоты  в 1 км. Расстояние в метрах, на которое надо подняться или опуститься, чтобы атмосферное давление изменилось на 1 мб, называется барической ступенью. Барическая ступень на высоте от 0 до 1 км составляет 10,5 м, от 1 до 2 км – 11,9 м, на высоте 2-3 км барическая ступень равна 13,5 км. Величина барической ступени зависит от температуры. В тёплом воздухе она больше. Более точно барометрическая формула описана тут: https://ru.wikipedia.org/wiki/

На практике же часто пользуются особыми таблицами, которые позволяют более или менее приблизительно получать данные о высотах. Но для решения задач, не требующих высокой точности, можно пользоваться и средним значением. Можно оценить давление по разности высот, высчитать высоту по разности давления.

Задача 1

Альпинисты поднимаются на гору, высота которой 5100 м. У подножия горы давление составляет 720 мм рт. ст. Какое давление будет на вершине?

Решение:

При подъёме на 10,5 м давление снижается на 1 мм рт. ст.

1) Узнаем, на сколько мм. рт. ст. снизится давление при подъёме на эту гору. 5100:10,5=486 (на 486 мм рт. ст.)

2) Узнаем, каким будет давление на вершине. 720-486=234 (мм рт. ст.)

Ответ: На вершине будет давление в 234 мм рт. ст.

Задача 2

Определите, на какой высоте летит самолёт, если за бортом давление 450 мм рт. ст., а у поверхности Земли 750 мм рт. ст.

1) Определяем разность в давлении. 750-450=300 мм рт. ст. – столько раз по 10,5 метров поднялся самолёт.

2) Узнаем, на сколько метров поднялся самолёт. 10,5  Х  300 = 3150 (м)

Ответ: самолёт на высоте 3150 м.

Задача 3

У подножия холма барометр показывает давление – 761 мм рт. ст., а на вершине – 761 мм рт. ст. Чему равна высота холма?

Задача решается по тому же принципу, что и предыдущая.

1) 761-750=11 (мм рт. ст.)

2) 11 Х 10,5 = 115,5 (м)

Ответ: высота холма равна 115,5 м.

Атмосферное давление постоянно изменяется

Плотность воздуха зависит от температуры, температура же и является главной причиной изменения давления воздуха. Давление тёплого воздуха меньше, чем холодного. Это объясняется тем, что при нагревании воздух, как и все предметы, расширяется, его объём увеличивается и он перетекает в верхние слои на место менее нагретого воздуха, что приводит к уменьшению давления около земной поверхности.

На климатических и синоптических картах точки с одинаковыми показателями давления, приведённые к уровню моря, соединяют изолиниями, называемыми изобарами. Изобары бывают замкнутыми и незамкнутыми. Система замкнутых изобар с пониженным давлением в центре (Н) называется барическим минимумом, или циклоном. Система замкнутых изобар с повышенным давлением в центре (В) называется барическим максимумом, или антициклоном. Незамкнутые системы изобар – барический гребень, ложбина и седловина.

Все барические области делят на две группы: постоянные и сезонные (сохраняют характерные особенности давлений в течение определенного периода года).

Пояса давления на Земле

Давление на Земле распределяется зонально. В обобщённом виде эту зональность представляют в виде поясов:

  • на экваторе расположен пояс низкого давления – экваториальная депрессия;
  • к югу и северу от экватора до 30-40° широты – пояс повышенного давления;
  • на 60-70° с. и ю. ш. – пояса пониженного давления;
  • приполярные районы – пониженное давление.
Пояса атмосферного давления на Земле

На самом деле реальная картина распределения давления на поверхности земли гораздо сложнее.

Постоянные барические области

Постоянным остаётся экваториальный пояс пониженного давления, только смещая ось вслед за Солнцем. В июле она перемещается в Северное полушарие на 15-20° с. ш., в декабре – в Южное, на 5° ю. ш. Зимой над океаном и над сушей возникает сплошной пояс повышенного давления. Летом повышенное давление сохраняется над океанами, а над сушей образуется термическая депрессия и понижение давления. Постоянны и барические максимумы Антарктиды и Гренландии.

Над незамерзающими океанами и тёплыми течениями умеренной зоны и зимой и летом ярко выражены барические минимумы:

  • Исландский;
  • Алеутский.
Сезонные барические области

30-40° широты

Только зимой тут действительно наблюдается пояс высокого давления. Летом над материком оно становится низким, а над океанами, прогревающимися медленно, давление остаётся высоким и даже повышается. Другими словами барические максимумы в течение всего года здесь сохраняются только над океанами:

  • Северо-Атлантический;
  • Северо-Тихоокеанский;
  • Южно-Атлантический;
  • Южно-тихоокеанский;
  • Южно-Индийский.

Умеренные и субполярные

В умеренных и субполярных широтах северного полушария, где чередуются океаны и материки, давление над сушей и водой различное, особенно зимой. Над сушей летом – минимум, а зимой – максимум. Летом же во всём поясе давление пониженное. Зимой над охлаждёнными материками давление высокое, здесь возникают сезонные барические максимумы:

  • Азиатский, с центром над Монголией;
  • Северо-Американский (Канадский).

Суточное колебание давления атмосферы

Наблюдается и суточное колебание давления. Ночью наблюдается один максимум, а днём – один минимум. Дважды за сутки, утром и вечером, оно повышается и столько же раз понижается, после полуночи и после полудня.

Изменение давления в течение суток связано с температурой воздуха и зависит от её изменений. Годовые изменения зависят от нагревания материков и океанов в летний период и их охлаждения в зимнее время. Летом область пониженного давления создается на суше, а область повышенного давления над океаном.

Минимальная величина атмосферного давления – 641,3 мм рт.ст или 854 мб  – была зарегистрирована над Тихим океаном в урагане «Ненси», а максимальная – 815,85 мм рт.ст. или 1087 мб – в Туруханске зимой. Максимальное давление в России зарегистрировано в Красноярском крае в 1968 г – 870 мм рт. ст.

Все барические системы оказывают большое влияние на воздушные течения, погоду и климат на значительных территориях. О вызываемых ими ветрах мы поговорим в следующий раз.

Тест для закрепления изученного материала

Источники:

  1. Томилин А. Н., Теребинская Н. В. Для чего ничего? Очерки. /Л., «Дет. лит.», 1975.
  2. Я. И. Перельман. Занимательные задачи и опыты. — М.: «Детская литература», 1972.
  3. Физическая география: Справ. пособие для подгот. отд. вузов/Г. В. Володина, И. В. Душина, С. Г. Любушкина и др.; Под ред. К. В. Пашканга — М.: Высш. шк., 1991.
  4. Тарасов Л. В. Атмосфера нашей планеты. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2012.
  5. Савцов Т. М. Общее землеведение: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений — М.: Издательский центр «Академия», 2003
  6. Дронов В. П. Землеведение. 5-6 кл.: Учебник/В. П. Дронов, Л. Е. Савельева. 5-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2015.
  7. География 5-6 классы: учеб. для общеобразоват. учреждений / А. И. Алексеев, Е. К. Липкина, В. В. Николина и др.; Под ред А. И. Алексеева. — М.: Просвещение, 2012.

Вам будет интересно

Зависимость давления от высоты над уровнем моря

Сегодня разбираем еще один запрос пользователя — Атмосферное давление, в котором нас просят вычислить атмосферное давление. В виду отсутствия дополнительной информации в запросе, я предположил, что нужно рассчитывать атмосферное давление в зависимости от высоты над уровнем моря.

Зависимость давления газа от высоты определяется так называемой барометрической формулой
,
где
— разность высот, м
— молярная масса воздуха, 29 г/моль (в расчете используется 0.029 кг/моль)
— универсальная газовая постоянная, 8.31 Дж/(мольК)
— ускорение силы тяжести, 9.81 м/(с
с)
— температура воздуха (К)

Кстати, еще тема атмосферного давления развивается здесь Барометрическое нивелирование и здесь Зависимость температуры кипения воды от высоты над уровнем моря.

Ниже калькулятор — вводим давление на высоте уровня моря (можно оставить по умолчанию; 760 миллиметров ртутного столба — это нормальное атмосферное давление), температуру и высоту, получаем результат.

Зависимость давления от высоты над уровнем моря

Давление на уровне моря (мм.рт.ст.)

Температура воздуха (градусы Цельсия)

Высота над уровнем моря (метры)

Давление на заданной высоте (мм.рт.ст.)

 

content_copy Ссылка save Сохранить extension Виджет

Зависимость давления от высоты: барометрическая формула

Многие люди знают, что с увеличением высоты уменьшается давление воздуха. Рассмотрим вопрос, почему давление воздуха уменьшается с высотой, приведем формулу зависимости давления от высоты, а также рассмотрим пример решения задачи с использованием полученной формулы.

Что такое воздух?

Воздух - это бесцветная смесь газов, которая составляет атмосферу нашей планеты. В его состав входят множество различных газов, основными из которых являются азот (78 %), кислород (21 %), аргон (0,9 %), углекислый газ (0,03 %) и другие.

С точки зрения физики поведение воздуха при существующих условиях на Земле подчиняется законам идеального газа - модели, согласно которой молекулы и атомы газа не взаимодействуют друг с другом, расстояния между ними огромные по сравнению с их размерами, а скорости движения при комнатной температуре составляют порядка 1000 м/с.

Давление воздуха

Рассматривая вопрос зависимости давления от высоты, следует разобраться, что представляет собой концепция "давление" с физической точки зрения. Под давлением воздуха понимают силу, с которой воздушный столб давит на поверхность. В физике она измеряется в паскалях (Па). 1 Па означает, что сила в 1 ньютон (Н) перпендикулярно приложена к поверхности площадью 1 м2. Таким образом, давление 1 Па - это очень маленькое давление.

На уровне моря давление воздуха составляет 101 325 Па. Или, округляя, 0,1 МПа. Это значение принято называть давлением 1 атмосферы. Приведенная цифра говорит, что на площадку 1 м2 воздух давит с силой 100 кН! Это большая сила, однако человек ее не ощущает, так как внутри него кровь создает аналогичное давление. Кроме того, воздух относится к текучим веществам (к ним также относятся жидкости). А это значит, что он оказывает по всем направлениям одинаковое давление. Последний факт говорит о том, что давление атмосферы с разных сторон на человека взаимно компенсируется.

Зависимость давления от высоты

Атмосферу около нашей планеты держит земная гравитация. Гравитационные силы также являются виновником падения давления воздуха с увеличением высоты. Справедливости ради следует отметить, что не только земное притяжение приводит к уменьшению давления. А также снижение температуры тоже вносит свой вклад.

Поскольку воздух является текучим веществом, тогда для него можно использовать гидростатическую формулу зависимости давления от глубины (высоты), то есть ΔP = ρ*g*Δh, где: ΔP - величина изменения давления при изменении высоты на Δh, ρ - плотность воздуха, g - ускорение свободного падения.

Учитывая, что воздух является идеальным газом, из уравнения состояния идеального газа следует, что ρ = P*m/(k*T), где m - масса 1 молекулы, T - его температура, k - постоянная Больцмана.

Объединяя две приведенные выше формулы и решая полученное уравнение относительно давления и высоты, можно получить следующую формулу: Ph = P0*e-m*g*h/(k*T), где Ph и P0 - давление на высоте h и на высоте уровня моря, соответственно. Полученное выражение называется барометрической формулой. Она может использоваться для расчетов зависимости атмосферного давления от высоты.

Иногда для практическим целей необходимо решать обратную задачу, то есть находить высоту, зная давление. Из барометрической формулы легко можно получить зависимость высоты от уровня давления: h = k*T*ln(P0/Ph)/(m*g).

Пример решения задачи

Боливийский город Ла-Пас является самой "высокой" столицей в мире. Из разных источников следует, что город расположен на высоте от 3250 метров до 3700 метров над уровнем моря. Задача состоит в расчете давления воздуха на высоте Ла-Пас.

Для решения задачи воспользуемся формулой зависимости давления от высоты: Ph = P0*e-m*g*h/(k*T), где: P0 = 101 325 Па, g = 9,8 м/с2, k = 1,38*10-23 Дж/К, T = 293 K (20 oC), h = 3475 м (среднее между 3250 м и 3700 м), m = 4,817*10-26 кг (с учетом молярной массы воздуха 29 г/моль). Подставляя цифры, получаем: Ph = 67 534 Па.

Таким образом, давление воздуха в столице Боливии составляет 67 % от давления на уровне моря. Низкое давление воздуха является причиной головокружений и общей слабости организма, когда человек поднимается в горные районы.

Атмосферное давление - Atmospheric pressure

Статическое давление, создаваемое массой атмосферы

«Давление воздуха» перенаправляется сюда. Для давления воздуха в других системах см. Давление .

Атмосферное давление , также известное как барометрическое давление (после барометра ), - это давление в атмосфере Земли . Стандартная атмосфера (символ: атм) является единицей давления определяется как 101,325  Па (1,013.25  гПа ; 1,013.25  мбар ), что эквивалентно 760 мм ртутного столба , 29.9212 дюймов ртутного столба , или 14.696 фунтов на квадратный дюйм . Атм примерно эквивалентен среднему атмосферному давлению на уровне моря на Земле, то есть атмосферное давление Земли на уровне моря составляет примерно 1 атм.     

В большинстве случаев, атмосферное давление близко приближаются к гидростатическому давлению , вызванным весомы в воздухе над измерительной точкой. По мере увеличения высоты над уровнем моря уменьшается масса вышележащей атмосферы, поэтому атмосферное давление уменьшается с увеличением высоты. Давление мера сила на единицу площади, с единицами СИ в паскалях (1 паскаль = 1 ньютон на квадратный метр , 1  Н / м 2 ). В среднем столб воздуха с площадью поперечного сечения в 1 квадратный сантиметр (см 2 ), измеренный от среднего (среднего) уровня моря до верхней границы атмосферы Земли, имеет массу около 1,03 килограмма и оказывает силу или " вес »около 10,1 ньютона , что дает давление 10,1 Н / см 2 или 101 кН / м 2 (101 килопаскаль, кПа). Колонна воздуха с площадью поперечного сечения 1 в 2 будет иметь вес около 14,7 фунтов F , в результате чего давление 14,7 фунтов е / в 2 .     

Механизм

Атмосферное давление вызывается гравитационным притяжением планеты к атмосферным газам над поверхностью и является функцией массы планеты, радиуса поверхности, количества и состава газов и их вертикального распределения в пространстве. Атмосфера. Он изменяется из-за вращения планет и местных эффектов, таких как скорость ветра, изменения плотности из-за температуры и изменения состава.

Среднее давление на уровне моря

Карта, показывающая атмосферное давление в мбар или гПа Среднее за 15 лет давление на уровне моря для июня, июля и августа (вверху) и декабря, января и февраля (внизу). Повторный анализ ERA-15 . Барометрический авиационный альтиметр типа Коллсмана (используемый в Северной Америке), показывающий высоту 80 футов (24 м), откалиброванный для давления на уровне моря 29,87 дюйма ртутного столба.

Среднее давление на уровне моря (MSLP) является атмосферным давлением на среднем уровне моря (PMSL). Это атмосферное давление, которое обычно указывается в сводках погоды по радио, телевидению, в газетах или в Интернете . Когда барометры в доме настроены на соответствие местным сводкам погоды, они измеряют давление, настроенное на уровень моря, а не фактическое местное атмосферное давление.

Настройка высотомера в авиации - это регулировка атмосферного давления.

Среднее давление на уровне моря составляет 1013,25 мбар (101,325 кПа; 29,921 дюйма рт. Ст.; 760,00 мм рт. Ст.). В авиационных сводках погоды ( METAR ) QNH передается по всему миру в миллибарах или гектопаскалях (1 гектопаскаль = 1 миллибар), за исключением США , Канады и Колумбии, где он передается в дюймах ртутного столба (с точностью до двух знаков после запятой). ). Соединенные Штаты и Канада также сообщают SLP давления на уровне моря , которое скорректировано с учетом уровня моря другим методом, в разделе примечаний, а не в международной части кода, в гектопаскалях или миллибарах. Однако в государственных сводках погоды в Канаде давление на уровне моря указывается в килопаскалях.

В примечаниях к коду погоды в США передаются все три цифры; десятичные точки и одна или две старшие цифры опускаются: 1013,2 мбар (101,32 кПа) передается как 132; 1000,0 мбар (100,00 кПа) передается как 000; 998,7  мбар передается как 987; и т. д. Самое высокое давление на уровне моря на Земле наблюдается в Сибири , где Сибирский антициклон часто достигает давления на уровне моря выше 1050 мбар (105 кПа; 31 дюйм рт. ст.) с рекордными максимумами, близкими к 1085 мбар (108,5 кПа; 32,0 дюйма рт. ст.). . Самое низкое измеряемое давление на уровне моря наблюдается в центрах тропических циклонов и торнадо с рекордно низким значением 870 мбар (87 кПа; 26 дюймов рт. Ст.).

Поверхностное давление

Давление атмосферное давление в месте на земной поверхности «(ы местности и океанов ). Это прямо пропорционально массе воздуха над этим местом.

По численным причинам атмосферные модели, такие как модели общей циркуляции (МОЦ), обычно предсказывают безразмерный логарифм приземного давления .

Среднее значение приземного давления на Земле 985 гПа. Это контрастирует со средним давлением на уровне моря, которое включает экстраполяцию давления на уровень моря для мест выше или ниже уровня моря. Среднее давление на среднем уровне моря ( MSL ) в Международной стандартной атмосфере ( ISA ) составляет 1013,25 гПа, или 1 атмосферу (атм), или 29,92 дюйма ртутного столба.

Давление (p), масса (м) и ускорение свободного падения (g) связаны соотношением P = F / A = (m * g) / A, где A - площадь поверхности. Таким образом, атмосферное давление пропорционально весу на единицу площади атмосферной массы над этим местом.

Изменение высоты

Изменение атмосферного давления с высотой, рассчитанное для 15 ° C и относительной влажности 0%. Эта пластиковая бутылка была запечатана на высоте примерно 14000 футов (4300 м) и была раздавлена ​​повышением атмосферного давления, зафиксированным на высоте 9000 футов (2700 м) и 1000 футов (300 м), когда она была сбита с уровня моря.

Давление на Земле зависит от высоты поверхности; поэтому давление воздуха в горах обычно ниже, чем давление на уровне моря. Давление плавно меняется от поверхности Земли до верха мезосферы . Хотя давление меняется в зависимости от погоды, НАСА усреднило условия для всех частей Земли круглый год. С увеличением высоты атмосферное давление снижается. Можно рассчитать атмосферное давление на заданной высоте. Температура и влажность также влияют на атмосферное давление, и необходимо знать их, чтобы рассчитать точное значение. График справанад был разработан для температуры 15 ° C и относительной влажности 0%.

На малых высотах над уровнем моря давление снижается примерно на 1,2 кПа (12 гПа) на каждые 100 метров. Для больших высот в тропосфере следующее уравнение ( барометрическая формула ) связывает атмосферное давление p с высотой h : пзнак равноп0⋅(1-L⋅часТ0)грамм⋅Mр0⋅Lзнак равноп0⋅(1-грамм⋅часcп⋅Т0)cп⋅Mр0≈п0⋅exp⁡(-грамм⋅час⋅MТ0⋅р0){\ displaystyle {\ begin {align} p & = p_ {0} \ cdot \ left (1 - {\ frac {L \ cdot h} {T_ {0}}} \ right) ^ {\ frac {g \ cdot M } {R_ {0} \ cdot L}} \\ & = p_ {0} \ cdot \ left (1 - {\ frac {g \ cdot h} {c _ {\ text {p}} \ cdot T_ {0}) }} \ right) ^ {\ frac {c _ {\ text {p}} \ cdot M} {R_ {0}}} \ приблизительно p_ {0} \ cdot \ exp \ left (- {\ frac {g \ cdot h \ cdot M} {T_ {0} \ cdot R_ {0}}} \ right) \ end {align}}}

где постоянные параметры описаны ниже:

Параметр Описание Значение
p 0 Стандартное атмосферное давление на уровне моря 101325  Па
L Температурный градиент температуры, = г / с р для сухого воздуха ~ 0,00976  К / м
c p Удельная теплоемкость при постоянном давлении 1004,68506  Дж / (кг · К)
Т 0 Стандартная температура на уровне моря 288,16  К
грамм Ускорение силы тяжести на поверхности земли 9.80665  м / с 2
M Молярная масса сухого воздуха 0,02896968  кг / моль
R 0 Универсальная газовая постоянная 8,314462618  Дж / (моль · К)

Местная вариация

Атмосферное давление на Земле сильно различается, и эти изменения важны для изучения погоды и климата . См. « Система давления», чтобы узнать о влиянии колебаний давления воздуха на погоду.

Атмосферное давление показывает суточный или полусуточный (дважды в день) цикл, вызванный глобальными атмосферными приливами . Этот эффект наиболее силен в тропических зонах с амплитудой в несколько миллибар и почти нулевой в полярных областях. Эти вариации имеют два наложенных друг на друга цикла, циркадный (24 часа) цикл и полусиркадный (12 часов) цикл.

Записи

Самое высокое барометрическое давление, приведенное к уровню моря, когда-либо зарегистрированное на Земле (выше 750 метров), составило 1084,8 гПа (32,03 дюйма ртутного столба), измеренное в Тосонценгеле, Монголия, 19 декабря 2001 г. Самое высокое барометрическое давление, приведенное к уровню моря, когда-либо зарегистрированное (ниже 750 метров) было в Агате в Эвенкийском автономном округе , Россия (66 ° 53 '  с.ш., 93 ° 28'  в.д., высота: 261 м, 856 футов) 31 декабря 1968 г. при 1083,8 гПа (32,005 дюйма рт. Дискриминация происходит из-за проблемных допущений (предполагая стандартную частоту отклонений), связанных с понижением уровня моря с большой высоты.

Мертвое море , самое низкое место на Земле в 430 м (1410 футов) ниже уровня моря, имеет соответственно высокое типичное атмосферное давление 1065  гПа. Рекорд приземного давления ниже уровня моря в 1081,8 гПа (31,95 дюйма ртутного столба) был установлен 21 февраля 1961 года.

Самое низкое атмосферное давление, не связанное с торнадом, когда-либо измерялось, было 870 гПа (0,858 атм; 25,69 дюйма ртутного столба), установленное 12 октября 1979 года во время окончания тайфуна в западной части Тихого океана. Измерения основывались на инструментальных наблюдениях с самолета-разведчика.

Измерение на основе глубины воды

Одна атмосфера (101,325 кПа или 14,7 фунта на квадратный дюйм) - это также давление, вызванное весом столба пресной воды приблизительно 10,3 м (33,8 фута). Таким образом, ныряльщик на глубине 10,3 м под водой испытывает давление около 2 атмосфер (1 атм воздуха плюс 1 атм воды). И наоборот, 10,3 м - это максимальная высота, на которую можно поднять воду с помощью всасывания при стандартных атмосферных условиях.

Низкое давление, такое как трубопроводы природного газа , иногда указывается в дюймах водяного столба , обычно записываемых как wc (водяной столб) или wg (дюймы водяного столба). Типичный газовый бытовой прибор в США рассчитан на максимальное давление 1/2 фунта на квадратный дюйм, что составляет примерно 14 вод. Ст. (3487 Па или 34,9 мбар). Подобные метрические единицы с большим разнообразием названий и обозначений, основанных на миллиметрах , сантиметрах или метрах, теперь используются реже.

Температура кипения воды

Чистая вода кипит при 100 ° C (212 ° F) при нормальном атмосферном давлении. Точка кипения - это температура, при которой давление пара равно атмосферному давлению вокруг воды. Из-за этого температура кипения воды ниже при более низком давлении и выше при более высоком давлении. Поэтому приготовление пищи на большой высоте требует корректировки рецептов или приготовления под давлением . Грубую оценку высоты можно получить, измерив температуру, при которой вода закипает; в середине 19 века этим методом воспользовались исследователи.

Измерение и карты

Важным применением знания о том, что атмосферное давление напрямую зависит от высоты, стало определение высоты холмов и гор благодаря наличию надежных устройств измерения давления. В 1774 году, Маскелин был подтвердив теорию тяготения Ньютона на и на Schiehallion горе в Шотландии, и ему нужно было точно измерить высоты по бокам горы. Уильям Рой , используя атмосферное давление, смог подтвердить определение роста Маскелайна с точностью до одного метра (3,28 фута). Этот метод стал и остается полезным для геодезических работ и составления карт.

Смотрите также

  • Атмосфера (единица)
  • Плотность атмосферы
  • Атмосфера Земли  - газовый слой, окружающий Землю: в основном азот, исключительно с высоким содержанием кислорода, со следовыми количествами других молекул.
  • Барометрическая формула  - формула, используемая для моделирования изменения давления воздуха с высотой.
  • Баротравма  - травма, вызванная давлением - физическое повреждение тканей тела, вызванное разницей в давлении между воздушным пространством внутри или рядом с телом и окружающим газом или жидкостью.
  • Герметизация кабины
  • Кавитация  - образование заполненных паром пустот низкого давления в жидкости.
  • Воздействие большой высоты на человека  - научный феномен
  • Зона высокого давления  - область, где атмосферное давление на поверхности планеты выше, чем в окружающей среде.
  • Международная стандартная атмосфера  - модель атмосферы, таблица типичных изменений основных термодинамических переменных атмосферы (давления, плотности, температуры и т. Д.) С высотой в средних широтах.
  • Зона низкого давления
  • Метеорология
  • NRLMSISE-00
  • Камера статического давления
  • Давление  - сила, непрерывно распределяемая по площади
  • Измерение давления
  • Субтропический хребет

Ссылки

внешние ссылки

Эксперименты

Зависимость атмосферного давления от высоты над уровнем моря

Давление воздуха над уровнем моря можно рассчитать как

p = 101325 (1 - 2,25577 10 -5 ч) 5.25588 (1)

где

101325 = нормальная температура и давление на уровне моря (Па)

p = давление воздуха (Па)

h = высота над уровнем моря (м)

Пример - Давление воздуха на высоте 10000 м

Давление воздуха на высоте 10000 м можно рассчитать как

p = 101325 (1-2.25577 10 -5 (10000 м)) 5.25588

= 26436 Па

= 26,4 кПа

В таблице ниже указано давление воздуха на высоте ниже и выше уровня моря.

900
Высота над уровнем моря Абсолютный барометр Абсолютное атмосферное давление
футов метр дюймов рт. Ст. мм рт. Ст. psia кг / см 2 кПа
-5000 -1524 35.7 908 17,5 1,23 121
-4500
прибл. самая глубокая точка под уровнем моря Согне-фьорд, Норвегия
-1372 35,1 892 17,2 1,21 119
-4000 -1219 34,5 876 16,9 1,19 117
-3500 -1067 33.9 861 16,6 1,17 115
-3000 -914 33,3 846 16,4 1,15 113
-2500 -762 32,7 831 16,1 1,13 111
-2000 -610 32,1 816 15,8 1,11 109
-1500
берег Мертвого моря , Палестина, Израиль и Иордания (-1371 фут)
-457 31.6 802 15,5 1,09 107
-1000 -305 31,0 788 15,2 1,07 105
-500 -152 30,5 774 15,0 1,05 103
0 1) 0 29,9 760 14,7 1.03 101
500
прибл. Мёллехой, Дания
152 29,4 746 14,4 1,01 99,5
1000 305 28,9 733 14,2 0,997 97,7
457 28,3 720 13,9 0,979 96,0
2000 610 27.8 707 13,7 0,961 94,2
2500 762 27,3 694 13,4 0,943 92,5
3000 914 26,8 3000 914 26,8 13,2 0,926 90,8
3500 1067 26,3 669 12,9 0,909 89.1
4000 1219 25,8 656 12,7 0,893 87,5
4500
прибл. Бен-Невис, Шотландия, Великобритания
1372 25,4 644 12,5 0,876 85,9
5000 1524 24,9 632 12,2 0,860 84,3
6000 1829 24.0 609 11,8 0,828 81,2
7000 2134 23,1 586 11,3 0,797 78,2
8000 2438 22,295 10,9 0,768 75,3
9000 2743 21,4 543 10,5 0,739 72.4
10000 3048 20,6 523 10,1 0,711 69,7
15000 4572 16,9 429 8,29 0,583 57,295
20000
ок. Гора Мак-Кинли, Аляска, США
6096 13,8 349 6,75 0,475 46,6
25000 7620 11.1 282 5,45 0,384 37,6
30000
прибл. Гора Эверест, Непал - Тибет
9144 8,89 226 4,36 0,307 30,1
35000 10668 7,04 179 3,46 0,243
0,243
40000 12192 5,52 140 2.71 0,191 18,7
45000 13716 4,28 109 2,10 0,148 14,5
50000 15240 3,27 83 1,61 0,1 11,1

1) Уровень моря

.

Как атмосферное давление меняется с высотой?

Химия
Наука
  • Анатомия и физиология
  • Астрономия
  • Астрофизика
  • Биология
  • Химия
  • науки о Земле
  • Наука об окружающей среде
  • Органическая химия
  • Физика
Математика
  • Алгебра
  • Исчисление
  • Геометрия
  • Предалгебра
  • Precalculus
  • Статистика
  • Тригонометрия
Гуманитарные науки
  • Английская грамматика
  • U.С. История
.

Атмосферное давление с высоты над уровнем моря

[1] 2020/11/20 11:04 Мужчина / 60 лет и старше / Пенсионер / Полезно /

Цель использования
Проверить точность датчика давления мобильного телефона

[2] 2020/07/15 12:31 Мужской / 50-летний уровень / Самозанятые лица / Очень /

Цель использования
Поиск исходных данных для уравнений атмосферной рефракции - атмосферная рефракция у горизонта функция градиента скорости в непосредственной близости от наблюдателя, преимущественно.
Комментарий / запрос
Просто и полезно, полезно, что уравнение и его имя даны!

[3] 2020/05/04 22:11 Мужчина / 50 лет / Другие / Полезные /

Цель использования
Наблюдение за «Голой наукой - ядро ​​Земли». Расчет базовых давлений даже на краю корки. Например. Самая глубокая скважина составляет 7,5 миль, глубина 12000 метров. Попробуйте -12000м .... откройте для себя науку о нашей земле!

[4] 2020/03/26 12:52 Мужчина / Уровень 40 лет / Самостоятельно занятые лица / Полезно /

Цель использования
Изучение термодинамики...
Комментарий / запрос
В большинстве случаев, держу пари, это идеально. было бы здорово, если бы я мог сделать следующее:
1. Разрешите мне выбрать единицы. (да, я могу преобразовать себя ... просто ленив :))
2. Покажите мне формулу с переменными, прежде чем добавлять к ним значения. Еще лучше было бы одностраничное пошаговое руководство по решению проблемы на бумаге (для тех из нас, у кого нет формального образования)

[5] 2020/01/01 17:03 Мужской / Уровень 30 / Офисный работник / Государственный служащий / Полезно /

Цель использования
Расчетный насос NPSH

[6] 2019/11/24 22:46 Мужской / До 20 лет / Средняя школа / ВУЗ / Аспирант / Очень /

Цель использования
Попытка отправить на большой высоте метеозонд.

[7] 2019/09/25 03:30 Мужчина / Уровень 40 лет / Другое / Очень /

Цель использования
Строительный инспектор и я использую его несколько раз в день.

[8] 2019/09/13 17:49 Мужчина / 60 лет и старше / Пенсионер / Полезный /

Цель использования
Давление воздуха в глубоких марсианских пещерах

[9] 2019/09/08 04:41 Мужской / Уровень 30 лет / Средняя школа / Университет / Аспирант / Очень /

Цель использования
Расчет атмосферного давления Каспийского моря (-92 фута) для понимания таблиц погружений

[10] 2018/08/24 11:13 Мужской / До 20 лет / Высшая школа / Университет / Аспирант / Очень /

Цель использования
Создание системы высотомера
Комментарий / Запрос
Хорошо объяснение!
.

атмосферное давление | Определение и вариации

Атмосферное давление , также называемое барометрическим давлением , сила на единицу площади, действующая на столб атмосферы (то есть на всю массу воздуха над указанной областью). Атмосферное давление можно измерить с помощью ртутного барометра (отсюда обычно используется синоним барометрическое давление ), который указывает высоту столба ртути, который точно уравновешивает вес столба атмосферы над барометром.Атмосферное давление также измеряется с помощью барометра-анероида, в котором чувствительный элемент представляет собой один или несколько полых, частично вакуумированных, гофрированных металлических дисков, поддерживаемых от сжатия внутренней или внешней пружиной; изменение формы диска при изменении давления может быть записано с помощью ручки пера и вращающегося барабана с часовым приводом.

изменения атмосферного давления с высотой

У поверхности Земли атмосферное давление уменьшается почти линейно с увеличением высоты.Однако изучение данных на больших высотах показывает, что зависимость экспоненциальная.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Подробнее по этой теме

климат: атмосферное давление и ветер

Атмосферное давление и ветер являются важными факторами, влияющими на погоду и климат Земли. Хотя эти двое ...

Узнайте об атмосферном давлении, его единицах и методах измерения

Описание давления и его измерения.

© Josef Martha—sciencemanconsulting.com Посмотреть все видеоролики к этой статье

Атмосферное давление выражается в нескольких различных системах единиц: миллиметры (или дюймы) ртутного столба, фунты на квадратный дюйм (psi), дин на квадратный сантиметр, миллибар (мб), стандартные атмосферы или килопаскали. Стандартное давление на уровне моря по определению равно 760 мм (29,92 дюйма) ртутного столба, 14,70 фунта на квадратный дюйм, 1013,25 × 10 3 дин на квадратный сантиметр, 1013,25 миллибара, одной стандартной атмосфере или 101.325 килопаскалей. Вариации этих значений довольно малы; например, самые высокие и самые низкие когда-либо зарегистрированные давления на уровне моря составляют 32,01 дюйма (в центре Сибири) и 25,90 дюйма (во время тайфуна в южной части Тихого океана). Существующие небольшие колебания давления в значительной степени определяют характер ветра и шторма на Земле.

Узнайте, почему присоскам требуется внешнее атмосферное давление для давления на внутреннюю часть низкого давления.

Узнайте, почему отсутствие атмосферного давления в космическом вакууме делает присоски непригодными для использования.

Encyclopædia Britannica, Inc. Посмотреть все видео к этой статье

У поверхности Земли давление уменьшается с высотой со скоростью примерно 3,5 мбар на каждые 30 метров (100 футов). Однако над холодным воздухом падение давления может быть намного сильнее, потому что его плотность больше, чем у более теплого воздуха. Давление на высоте 270 000 метров (10 −6 мбар) сравнимо с давлением в лучшем из когда-либо созданных человеком вакууме. На высотах от 1500 до 3000 метров (от 5000 до 10000 футов) давление достаточно низкое, чтобы вызвать горную болезнь и серьезные физиологические проблемы, если не будет предпринята тщательная акклиматизация.

.

ГЛАВА 2. АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ

Ответ. Тропосфера содержит всю массу атмосферы, за исключением части P (тропопауза) / P (поверхность), которая находится выше тропопаузы. Из Рисунок 2-2 мы читаем P (тропопауза) = 100 гПа, P (поверхность) = 1000 гПа. Таким образом, доля Ftrop от общей массы атмосферы в тропосфере составляет

. Тропосфера составляет 90% общей массы атмосферы на 30 ° с.ш. (85% в мире).

Доля Fstrat от общей массы атмосферы в стратосфере выражается долей над тропопаузой, P (тропопауза) / P (поверхность), минус доля над стратопаузой, P (стратопауза) / P (поверхность).Из Рисунок 2-2 мы читаем P (стратопауза) = 0,9 гПа, так что

Таким образом, стратосфера содержит почти всю массу атмосферы над тропосферой. Мезосфера содержит лишь около 0,1% общей массы атмосферы.

2,4 БАРОМЕТРИЧЕСКИЙ ЗАКОН

Мы рассмотрим факторы, управляющие вертикальным профилем температуры атмосферы в главах 4 и 7. Мы сосредоточимся здесь на объяснении вертикального профиля давления. Рассмотрим элементарный слой атмосферы (толщина dz, горизонтальная область A) на высоте z:

.

Рисунок 2-3 Вертикальные силы, действующие на элементарный слой атмосферы

Атмосфера оказывает восходящую силу давления P (z) A на нижнюю часть плиты и силу давления, направленную вниз P (z + dz) A, на верхнюю часть плиты; чистая сила, (P (z) -P (z + dz)) A, называется сила градиента давления.Поскольку P (z)> P (z + dz), сила градиента давления направлена ​​вверх. Чтобы плита находилась в равновесии, ее вес должен уравновешивать силу градиента давления:

(2.3)

Переставляем урожайность

(2,4)

Левая часть по определению равна dP / dz. Следовательно,

(2,5)

Теперь, исходя из закона идеального газа,

(2.6)

где Ma - молекулярная масса воздуха, T - температура. Подстановка (2,6) в (2,5) урожайность:

(2,7)

Сделаем упрощающее предположение, что T постоянна с высотой; как показано в Рисунок 2-2 , T изменяется только на 20% ниже 80 км. Затем мы интегрируем (2,7) чтобы получить

(2,8)

что эквивалентно

(2.9)

Уравнение (2,9) называется барометрический закон. Удобно определить шкала высоты H для атмосферы:

(2.10)

приводя к компактной форме Барометрического закона:

(2.11)

Для средней температуры атмосферы T = 250 K масштаб высоты H = 7,4 км. Барометрический закон объясняет наблюдаемую экспоненциальную зависимость P от z в Рисунок 2-2 ; из уравнения (2.11) , график зависимости z от ln P дает прямую линию с наклоном -H (проверьте, что наклон в Рисунок 2-2 действительно близко к -7,4 км). Небольшие колебания наклона Рисунок 2-2 вызваны колебаниями температуры с высотой, которые мы не учли в нашем выводе.

Аналогично можно сформулировать вертикальную зависимость плотности воздуха. Из (2,6) , ra и P связаны линейно, если T предполагается постоянным, так что

(2.12)

Аналогичное уравнение применяется к плотности воздуха na. На каждое увеличение высоты H давление и плотность воздуха падают в е = 2,7 раза; таким образом, H обеспечивает удобную меру толщины атмосферы.

При расчете высоты шкалы от (2.10) мы предположили, что воздух ведет себя как однородный газ с молекулярной массой Ma = 29 г / моль. Закон Дальтона гласит, что каждый компонент воздушной смеси должен вести себя так, как если бы он был один в атмосфере.Тогда можно было бы ожидать, что разные компоненты будут иметь разные шкала высоты определяется их молекулярной массой. В частности, учитывая разницу в молекулярной массе между N2 и O2, можно было ожидать, что соотношение смешивания O2 будет уменьшаться с высотой. Однако, гравитационное разделение воздушной смеси происходит за счет молекулярная диффузия, которая значительно медленнее, чем турбулентное вертикальное перемешивание воздуха на высотах ниже 100 км ( проблема 4. 9 ). Таким образом, турбулентное перемешивание поддерживает однородную нижнюю атмосферу.Только на высоте более 100 км начинает происходить значительное гравитационное разделение газов, причем более легкие газы обогащаются на больших высотах. Во время дебатов о вредном воздействии хлорфторуглеродов (ХФУ) на стратосферный озон некоторые не очень уважаемые ученые утверждали, что ХФУ не могут достичь стратосферы из-за их высокой молекулярной массы и, следовательно, малой высоты. В действительности турбулентное перемешивание воздуха гарантирует, что соотношения смешивания CFC в воздухе, поступающем в стратосферу, по существу такие же, как и в приземном воздухе.

.

Стандартная атмосфера США

«Стандартная атмосфера» может рассматриваться как среднее давление, температура и плотность воздуха для различных высот.

« U.S. Standard Atmosphere 1976» представляет собой атмосферную модель того, как давление, температура, плотность и вязкость земной атмосферы меняются с высотой. Он определяется как имеющий температуру 288,15 K (15 o C, 59 o F) на уровне моря 0 км геопотенциальной высоты и 101325 Па ( 1013.25 гПа, 1013,25 мбар, 760 мм рт. Ст., 29,92 дюйма рт. Ст.) .

Атмосфера разделена на

  • Тропосфера - диапазон от 0 до 11 км (36000 футов) высота
  • стратосфера - диапазон от 11 до 51 км (167000 футов) высота
  • Мезосфера - диапазон 51–71 км (232000 футов) высота
  • Ионосфера - диапазон более 71 км (более 232000 футов) высота

U.S. Стандартные свойства атмосферного воздуха - британские единицы (BG)

Стандартные свойства атмосферного воздуха США - единицы СИ

9,166
Геопотенциал Высота над уровнем моря
- ч -
(м)
Температура
- т -
( o C)
Ускорение свободного падения
- g -
(м / с 2 )
Абсолютное давление
- p -
(
10 4 Н / м 2 )
Плотность
- ρ -
(
кг / м 3 )
Динамическая вязкость
- μ -
(
10 -5 Н с / м 2 )
-1000 21.50 9,810 11,39 1,347 1,821
0 15,00 9,807 10,13 1,225 1,789
1.758
2000 2.00 9.801 7.950 1.007 1.726
3000 -4.49 9,797 7,012 0,9093 1,694
4000 -10,98 9,794 6,166 0,8194 0,8194 1,61191 1,66 0,7364 1,628
6000 -23,96 9,788 4,722 0,6601 1,595
7000 -30.45 9,785 4,111 0,5900 1,561
8000 -36,94 9,782 3,565 0,5258 1,527 4 0,4671 1,493
10000 -49,90 9,776 2,650 0,4135 1,458
15000 -56.50 9,761 1,211 0,1948 1,422
20000 -56,50 9,745 0,5529 0,08891 1,422 0,08891 1,422 0,08891 1,422 1,422 0,04008 1,448
30000 -46,64 9,715 0,1197 0,01841 1,475
40000 -22.80 9,684 0,0287 0,003996 1,601
50000 -2,5 9,654 0,007978 0,001027 0,0003097 1,584
70000 -53,57 9,594 0,00052 0,00008283 1.438
80000 -74,51 9,564 0,00011 0,00001846 1,321

Атмосфера США - температура в зависимости от высоты

.

Смотрите также