science >> Wetenschap >  >> Fysica

Hoe atmosferische druk te berekenen

Lucht is een gas, maar voor het berekenen van de atmosferische druk kun je het als een vloeistof beschouwen en de druk op zeeniveau berekenen met behulp van de uitdrukking voor vloeistofdruk. Deze uitdrukking is P = ∂gh, waarbij ∂ de dichtheid van lucht is, g de versnelling van de zwaartekracht en h de hoogte van de atmosfeer. Deze benadering werkt echter niet, omdat noch ∂ noch h constant zijn. De traditionele aanpak is om de hoogte van een kolom met kwik te meten. Als u op een bepaalde hoogte op zoek bent naar atmosferische druk, kunt u de barometrische formule gebruiken. Dit is een vrij complexe relatie die afhankelijk is van verschillende variabelen, dus het is eenvoudiger om gewoon de waarde op te zoeken die u nodig hebt in een tabel.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Wetenschappers berekenen de atmosferische druk op zeeniveau door de hoogte van een kolom kwik te meten en de druk te berekenen die de atmosfeer moet uitoefenen om de kolom tot die hoogte te brengen.

De Mercuriusbarometer

Dompel een glazen buis met een gesloten uiteinde in een kwiklade en laat alle lucht ontsnappen, draai vervolgens de buis rechtop met de opening ondergedompeld in het kwik. Je hebt een kolom met kwik in de buis en een vacuüm tussen de bovenkant van de kolom en het uiteinde van de buis. De druk die wordt uitgeoefend door de atmosfeer op het kwik in de lade, ondersteunt de kolom, dus de hoogte van de kolom is een manier om de atmosferische druk te meten. Als de buis in millimeters is gegradueerd, is de hoogte van de kolom ongeveer 760 mm, afhankelijk van de atmosferische omstandigheden. Dit is de definitie van 1 drukatmosfeer.

Mercurius is een vloeistof, dus u kunt de druk berekenen die nodig is om de kolom te ondersteunen met behulp van de vergelijking P = ∂gh. In deze vergelijking is ∂ de dichtheid van kwik en h de hoogte van de kolom. In SI (metrische) eenheden is één atmosfeer gelijk aan 101.325 Pa (Pascals) en in Britse eenheden is deze gelijk aan 14.696 psi (pond per vierkante inch). De torr is een andere eenheid van atmosferische druk die oorspronkelijk is gedefinieerd als gelijk aan 1 mm Hg. De huidige definitie is 1 torr = 133,32 Pa. Eén atmosfeer = 760 torr.

De barometrische formule

Hoewel u de atmosferische druk op zeeniveau niet kunt afleiden van de totale hoogte van de atmosfeer, u kunt veranderingen in luchtdruk van de ene hoogte naar de andere berekenen. Dit feit leidt, samen met andere overwegingen, waaronder de ideale gaswet, tot een exponentiële relatie tussen de druk op zeeniveau (P 0) en druk op hoogte h (P ). Deze relatie, bekend als de barometrische formule, is:

P h = P 0e -mgh /kT