לחץ אטמוספרי: ערך תקין, כיצד מודדים אותו, דוגמאות - גוּפָנִי - 2025

לחץ האטמוספרי נגרם על ידי המשקל של הגזים להלחין את האווירה מעל פני כדור הארץ. ההערכה היא שמסת האטמוספרה היא בערך 5X10 ¹⁸ ק"ג וכל היצורים החיים נתונים ללחץ שהמיסה הזו מפעילה.

הראשון למדוד אותו היה המדען האיטלקי אוונג'ליסטה טוריסלי (1608-1647). הוא ביצע ניסוי פשוט אך גאוני מאוד בשנת 1644: הוא מילא לחלוטין צינור זכוכית סגור בקצהו בכספית, הפך אותו ושפך אותו למיכל שהכיל גם כספית.

תרשים 1. ברומטר אנרואידי למדידת לחץ אטמוספרי, בניגוד לברומטר הכספית, הוא אינו מכיל נוזלים. מקור: Wikimedia Commons.

טוריסלי הבחין כי הצינור לא התרוקן לחלוטין, אך התמלא בכספית לגובה 76 ס"מ. מופתע, הוא ביצע בדיקות רבות עם צינורות בעלי צורה שונה, ותמיד השיג את אותה התוצאה.

בדרך זו הבין טוריסלי שלחץ אטמוספרי הרים ושומר על עמוד הכספית בתוך הצינור בגובה של 760 מ"מ. בדרך זו נקבע הערך הממוצע של לחץ אטמוספרי.

מאז הלחץ מוגדר ככוח ליחידת שטח, יחידות של לחץ אטמוספרי במערכת הבינלאומית הן ניוטון / מטר או פסקל, אשר מקוצר Pa. אז במערכת זו, P הלחץ האטמוספרי _כספומט יש ערך של :

זהו הערך הרגיל של לחץ אטמוספרי ב 0 מעלות צלזיוס ובגובה הים.

לחץ אטמוספרי בגובה פני הים ושונות אחרות

בתיאוריה, הערך המרבי של לחץ אטמוספרי הוא בדיוק בגובה הים. למרות שיש כל כך הרבה שונות ברמה זו, מומחים צריכים להגדיר מערכת הפניה כלשהי שתעזור להם לקבוע את ערכה.

להלן הגורמים העיקריים המשפיעים על ערך הלחץ האטמוספרי במקום מסוים על כדור הארץ:

-גובה : עבור כל 10 מטר גובה, הלחץ יורד ב- 1 מ"מ של Hg. אבל זה קורה גם שצפיפות הגז המרכיב את האטמוספרה אינה קבועה. באופן עקרוני, ככל שהגובה עולה, צפיפות האוויר יורדת.

איור 2. גובה מטר, מכשיר המודד גובה מעל פני הים על בסיס שינויי לחץ. מקור: Pixabay.

- טמפרטורה : ברור שככל שהטמפרטורה גבוהה יותר הצפיפות יורדת והאוויר שוקל פחות, לכן ערך הלחץ יורד.

- רוחב : הלחץ האטמוספרי נמוך יותר בקווי הרוחב המשווניים, מכיוון שכדור הארץ אינו כדור מושלם. החוף בקו המשווה רחוק יותר ממרכז כדור הארץ מהקטבים ושם צפיפות האוויר נמוכה יותר.

- Continentality : ככל שהוא נע לכיוון הפנים של היבשות, את הלחץ האטמוספרי גבוה, ואילו במקומות החוף, הלחץ הוא נמוך.

וריאציה של לחץ אטמוספרי עם גובה

למשוואה האלטימטרית המתייחסת ללחץ האטמוספרי P של מקום שגובהו z מעל פני הים, יש צורה זו:

כאן P _o הוא הלחץ הקיים בגובה ההתחלתי או בהתייחסות, אשר נלקח בדרך כלל בגובה הים, ρ _או בצפיפות האוויר בגובה הים ו- g ערך האצת הכובד. בהמשך פרק התרגילים שנפתר הוא הניכוי צעד אחר צעד.

כיצד נמדד לחץ אטמוספרי?

לחץ אטמוספרי נמדד באמצעות הברומטר. הפשוטה ביותר היא כמו טוריקלי שנבנה, מבוסס על כספית. הטיה של הצינור או הקוטר לא משנה את גובה עמוד הכספית, אלא אם כן גורמי האקלים אחראים לכך.

לדוגמא, עננים נוצרים באזורים של לחץ נמוך. אז כשקריאת הברומטר צונחת, זה סימן שמגיע מזג אוויר גרוע.

למעשה, ניתן להשתמש בנוזלים אחרים במקום בכספית, למשל ניתן ליצור ברומטר מים. הבעיה היא שגודל העמוד הוא 10.33 מ ', מאוד לא מעשי להובלה.

ישנם גם מכשירים המודדים לחץ באופן מכני - דפורמציות דרך צינורות או ספירלות -: ברומטרים אנדרואידים ומנומטרים. הם יכולים למדוד את הפרש הלחץ בין שתי נקודות או גם למדוד לחץ הנוטל לחץ אטמוספרי כאסמכתא.

יחידות לחץ

ערך הלחץ הרגיל משמש להגדרת יחידת לחץ חדשה: האטמוספרה, כספומט מקוצר. הלחץ האטמוספרי הוא 1 אטמוספרה; בדרך זו ניתן לבטא לחצים אחרים במונחים של לחץ אטמוספרי, שהוא ערך מוכר מאוד לכולם:

הטבלה שלהלן מציגה את היחידות המשמשות ביותר במדע והנדסה למדידת לחץ, ואת המקבילה המקבילה לפסלים:

יחידה	שקילות בפסקל
N / m 2	אחד
כַּספּוֹמָט	101,355
מ"מ ג"ג	133.3
lb / ב 2	6894.76
פָּאבּ	1x 10 5

לחץ הידרוסטטי, מוחלט ומד

על פני השטח החופש של נוזל בשיווי משקל סטטי ופתוח לאטמוספירה, פועל לחץ אטמוספרי. אבל בנקודות הפנים של הנוזל, כמובן שמשקל עמוד הנוזל פועל.

משקל העמוד תלוי בגובהו ובצפיפות הנוזל, שאנו נניח קבועים, וכך גם הטמפרטורה. במקרה זה הלחץ P הוא:

זהו הלחץ ההידרוסטטי בכל נקודה בתוך נוזל בעל צפיפות קבועה ויחס ישר לעומק z הנוזל.

ובאשר ללחץ P מוחלט _ABS בתוך נוזל במנוחה, הוא מוגדר כסכום של P הלחץ האטמוספרי _ATM ו- P הלחץ ההידרוסטטי:

לבסוף, לחץ P מד _האדם בנוזל במנוחה הוא ההבדל בין הלחץ המוחלט לאטמוספרי ובמקרה זה הוא שווה למדידת הלחץ ההידרוסטטי:

דוגמאות

הכוח שהאווירה מפעילה על הגוף

ניתן להעריך את גודל הכוח הכולל שמפעילה האטמוספרה על גוף האדם. נניח שלגוף שטח פנים של כ -2 מ ' ² , מכיוון שלחץ מוגדר כוח לכל שטח יחידה, אנו יכולים לפתור ולחשב את הכוח:

לצורך חישוב זה נשתמש בערך הרגיל של לחץ אטמוספרי שנקבע בתחילת הדרך:

תוצאה זו שווה ערך ל פחות או יותר 20 טון כוח, אך היא אינה מייצגת בעיה עבור יצורים חיים המאכלסים את פני כדור הארץ, המותאמים לכך, ממש כמו הדגים בים.

למרות שזה כוח די גדול. איך זה שאנחנו לא קורסים לפני זה?

ובכן, הלחץ בתוך הגוף שווה ללחץ שבחוץ. אנחנו לא קורסים כי הכוח הפנימי מאוזן על ידי כוח אחר כלפי חוץ. אך יש אנשים שמושפעים מגובהם ויכולים לדמם מהאף כאשר מטפסים על הרים גבוהים מאוד. הסיבה לכך היא שהאיזון בין לחץ הדם ללחץ האטמוספרי הופרע.

לוגמים משקאות עם קש או קש

לחץ אטמוספרי מאפשר לשתות סודה עם קש או קש. השומרים ותרבויות קדומות אחרות גילו שהם יכולים לשתות בירה בעזרת גבעולי צמח חלולים או קנים כמו קש.

הרבה אחר כך, בסוף המאה ה -19 ותחילת המאה העשרים, נרשמו פטנטים בארצות הברית על דגמים שונים של קש, כולל אלה עם מרפק בצורת אקורדיון, הנמצאים בשימוש נרחב כיום.

איור 3. לחץ אטמוספרי מאפשר ללגום בקש. מקור: Pixabay.

כך הם עובדים: כאשר הנוזל נספג דרך הקש, הלחץ מעל הנוזל בקש מופחת, וגורם ללחץ שמתחת, שהוא גבוה יותר, לדחוף את הנוזל כלפי מעלה לצורך שתייה קלה.

מסיבה זו, לאחר מיצוי או ניתוח שיניים, לא רצוי ללגום נוזלים בדרך זו, מכיוון שירידת הלחץ יכולה לגרום לפתיחת הפצע ולהתחיל לדמם.

תרגילים

- תרגיל 1

נגזר את המשוואה האלטימטרית P (z):

-פו הוא הלחץ בגובה ההתייחסות (מפלס הים)

-Z זה הגובה

-ρ _o הוא צפיפות הנוזל בגובה פני הים

-G הוא ערך האצת הכובד

פִּתָרוֹן

ראשית, בואו dp להיות לחץ דיפרנציאלי, שעל פי המשוואה הבסיסית של הידרוסטטיקה מתבטא כ:

סימן המינוס לוקח בחשבון את העובדה שהלחץ יורד עם הגדלת ה- z. האוויר יניח גם כגז אידיאלי, ולכן לחץ וצפיפות קשורים על ידי:

הצפיפות מוחלפת מייד לקבלת:

כעת, כתיבת לחץ בדרך זו מניחה שהאווירה מחולקת לשכבות של גובה dz, משהו כמו ערימה של פנקייקים, שלכל אחד מהם לחץ dp. בדרך זו מתקבלת משוואה דיפרנציאלית שנפתרת על ידי הפרדת המשתנים p ו- z:

לאחר מכן הוא משולב משני הצדדים, וזה שווה ערך לתוספת תרומות הלחץ שמספקת כל שכבה. באינטגרל משמאל הוא עשוי מלחץ P _או ראשוני ללחץ סופי P. באותו אופן, האינטגרל מימין מעריך מ- z _o ל- z:

להלן פתרון עבור P באמצעות האקספוננציאלי:

לבסוף, אם T וגם g נשמרים קבועים, ρ _o = (M / RT) P _o , אז M / RT = ρ _o / P _o, ואנחנו יכולים גם ליצור z _o = 0. לחבר את כל זה יחד:

- תרגיל 2

מה הערך של הלחץ האטמוספרי בלה פאס, בוליביה הממוקם בגובה 3640 מ 'מעל פני הים? קח את צפיפות האוויר רשע כמו 1225 ק"ג / מ ³ בגובה פני הים.

פִּתָרוֹן

כל שעליך לעשות הוא להחליף את הערכים המספריים שניתנו במשוואה האלטימטרית:

לסיכום, מדובר בכ -66% מהלחץ הרגיל.

הפניות

1. Figueroa, D. (2005). סדרה: פיזיקה למדע והנדסה. נפח 5. נוזלים ותרמודינמיקה. נערך על ידי דאגלס פיגארואה (USB).
2. Kirkpatrick, L. 2007. פיזיקה: מבט על העולם. המהדורה המקוצר השישי. לימוד Cengage.
3. האווירה הסטנדרטית. התאושש מ: av8n.com
4. אוניברסיטת סביליה. וריאציה של לחץ אטמוספרי. התאושש מ: laplace.us.es.
5. ויקיפדיה. משוואה היפומטרית. התאושש מ: es.wikipedia.org.
6. ויקיפדיה. לחץ אטמוספרי. התאושש מ: es.wikipedia.org.