Содержание
§ 31. Атмосферное давление | Общая география, 6 класс
🚚 🚁 Збираємо на пікап та ремонт дрона аутел
⛑ 🛡 🥾 Шоломи, форма, взуття§ 31. Атмосферное давление
Вспомните из курса природоведения, что называют атмосферным давлением.
Понятие
об атмосферном давлении. Воздух невидимое и легкое. Однако и оно, как и всякая
вещество, имеет массу и вес. Поэтому оно оказывает давление на земную поверхность и на все
тела, на ней находятся. Это давление определяется весом столба воздуха
высотой с всю атмосферу — от земной поверхности до самой ее верхней границы.
Установлено, что такой столб воздуха давит на каждый 1 см2 поверхности с
силой в 1 кг 33 г (соответственно на 1 м2 — Более 10 т!) Итак, атмосферное давление — Это сила, с которой
воздух давит на земную поверхность и на все предметы на ней.
Поверхность тела человека составляет в среднем 1,5 м2. Согласно воздуха давить на нее весом в 15 т. Такое давление способно раздавить все живое. Почему же мы его не ощущаем? Это связано с тем, что внутри человеческого организма также существует давление — внутренний, и он равно атмосферному. Если это равновесие нарушается, человек чувствует себя плохо.
Измерение атмосферного давления. Атмосферное давление измеряют с помощью специального прибора — барометра. В переводе с греческого это слово означает »Измеритель тяжести».
На метеостанциях используют ртутный барометр. Основная его часть — стеклянная трубка длиной 1
м, запаянная с одного конца. В нее налито ртуть — тяжелый жидкий металл. Открытым
концом трубка погружена в широкую чашу, также заполненную ртутью. При переворачивании
ртуть из трубки вылилась только до определенного уровня и остановилась. Почему же она
остановилась, а не вылилась вся? Потому что воздух оказывает давление на ртуть в чаше и не
выпускает ее всю из трубки.
Если атмосферное давление уменьшается, то ртуть в трубке
опускается и наоборот. По высоте столба ртути в трубке, на которую нанесена шкала,
определяют величину атмосферного давления в миллиметрах.
На параллели 450 на уровне моря при температуре воздуха 0 0С под давлением воздуха столбик ртути поднимается в трубке на высоту 760 мм. Такое давление воздуха считается нормальным атмосферным давлением. Если столб ртути в трубке поднимается выше 760 мм, то давление повышенный, Ниже — снижен. Следовательно, давление столба воздуха всей атмосферы уравновешивается весом столба ртути высотой 760 мм.
В походах и экспедициях пользуются более удобным
прибором — барометром-анероид.
»Анероид» в переводе с греческого означает «безридинний»:
в нем нет ртути. Главной его частью является металлическая упругая коробочка, из которой
скачали воздуха. Это делает ее очень чувствительной к изменениям давления извне.
При
повышенные давления она сжимается, при снижении — расширяется. Эти колебания
через особый механизм передаются стрелке, которая указывает на шкале величину
атмосферного давления в миллиметрах ртутного столба.
Зависимость давления от высоты местности и температуры воздуха. Атмосферное давление зависит от высоты местности. Чем выше уровня моря, тем давление воздуха меньше. Он снижается, так как с поднятием уменьшается высота столба воздуха, который давит на земную поверхность. Кроме того, с высотой давление падает еще и потому, что уменьшается плотность самого воздуха. На высоте 5 км атмосферное давление снижается наполовину по сравнению с нормальным давлением на уровне моря. В тропосфере с подъемом на каждые 100 м давление уменьшается примерно на 10 мм рт. ст.
Зная, как изменяется давление, можно вычислить и
абсолютное и относительное высоту места. Существует и особый барометр — высотомер, В котором наряду со шкалой
атмосферного давления, есть и шкала высот.
Итак, для каждой местности будет
характерен свой нормальное давление: на уровне моря — 760 мм рт.
века, в горах в зависимости от высоты — ниже. Например, для Киева, лежащей
на высотах 140-200 м над уровнем моря, нормальным будет среднее давление 746 мм рт. ст.
Атмосферное давление зависит и от температуры воздуха.
При нагревании объем воздуха увеличивается, оно становится менее плотным и легким.
За этого уменьшается и атмосферное давление. При охлаждении происходят обратные
явления. Следовательно, с изменением температуры воздуха непрерывно меняется и давление.
В течение суток он дважды повышается (утром и вечером) и дважды снижается
(После полудня и после полуночи). Зимой, когда воздух холодный и тяжелое, давление
выше, чем летом, когда оно более теплое
и легкое. Итак, за изменением давления можно предсказать изменения погоды. Снижение давления
указывает на осадки, повышение — на сухую погоду. Изменение атмосферного давления влияет
и на самочувствие людей.
Распределение атмосферного давления на Земле. Атмосферное давление, как и температура воздуха, распределяется на Земле полосами: различают пояса низкого и высокого давления. Их образование связано с нагревом и перемещением воздуха.
Над экватором воздух хорошо прогревается. От этого
оно расширяется, становится менее плотным, а потому легче. Легче воздуха поднимается
вверх — происходит восходящее движение воздуха. Поэтому там у поверхности Земли
течение года устанавливается пояс низкого давления. Над полюсами, где в течение года температуры низкие, воздух
охлаждается, становится более плотным и тяжелым. Поэтому оно опускается -
происходит нисходящее движение воздух — и увеличивается давление. Поэтому у
полюсов образовались пояса высокого
давления. Воздух, поднявшееся над экватором, растекается
к полюсам. Но, не доходя до них, на высоте оно охлаждается, становится тяжелее
и опускается на параллелях 30-350 в обоих полушариях.
Как следствие — там
образуются пояса
высокого давления. В умеренных широтах, на параллелях 60-650обоих полушарий образуются пояса низкого давления.
Таким образом, наблюдается тесная зависимость атмосферного давления от распределения тепла и температур воздуха на Земле, когда восходящие и нисходящие движения воздуха обуславливают неравномерное нагревание земной поверхности.
Вопросы и задания
1. Определите, сколько весит воздух, находящийся в классе, если его длина 8 м, ширина 6 м, высота 3 м.
2. Почему атмосферное давление уменьшается с высотой?
3. Почему изменяется давление в одном и том же месте? Как влияет на это изменение температуры воздуха?
4. Определите, примерно относительная высота горной вершины, если у подошвы горы барометр показывает 720 мм, а на вершине — 420 мм.
5. Как распределяется атмосферное давление на Земле?
6. Вспомните, какая абсолютная высота вашей
местности.
Вычислите, который атмосферное давление можно считать нормальным для вашего
местности.
- ← § 30. Распределение солнечного света и тепла на Земле
- § 32. Ветры →
Изменение давления с высотой. Движение. Теплота
Изменение давления с высотой
С изменением высоты давление падает. Впервые это было выяснено французом Перье по поручению Паскаля в 1648 г. Гора Пью де Дом, около которой жил Перье, была высотой 975 м. Измерения показали, что ртуть в торричеллиевой трубке падает при подъеме на гору на 8 мм. Вполне естественно падение давления воздуха с увеличением высоты. Ведь наверху на прибор уже давит меньший столб воздуха.
Если вы летали в самолете, то знаете, что на передней стенке кабины помещен прибор, показывающий с точностью до десятков метров высоту, на которую поднялся самолет. Прибор называется альтиметром. Это обычный барометр, но проградуированный на значения высот над уровнем моря.
Давление падает с возрастанием высоты; найдем формулу этой зависимости.
Выделим небольшой слой воздуха площадью в 1 см2, расположенный между высотами h1 и h2. В не очень большом слое изменение плотности с высотой мало заметно. Поэтому вес выделенного объема (это цилиндрик высотой h2 ? h1 и площадью 1 см2) воздуха будет mg = ?(h2 ? h1)g. Этот вес и дает падение давления при подъеме с высоты h1 на высоту h2. То есть
Но по закону Бойля – Мариотта плотность газа пропорциональна давлению. Поэтому
Слева стоит доля, на которую возросло давление при снижении с h2 до h1. Значит, одинаковым снижениям h2 ? h1 будет соответствовать прирост давления на один и тот же процент.
Измерения и расчет показывают в полном согласии, что при подъеме над уровнем моря на каждый километр давление будет падать на 0,1 долю.
То же самое относится и к спуску в глубокие шахты под уровень моря – при опускании на один километр давление будет возрастать на 0,1 долю своего значения.
Речь идет об изменении на 0,1 долю от значения на предыдущей высоте. Это значит, что при подъеме на один километр давление уменьшается до 0,9 от давления на уровне моря, при подъеме на следующий километр оно становится равным 0,9 от 0,9 давления на уровне моря; на высоте в 3 километра давление будет равно 0,9 от 0,9 от 0,9, т.е. (0,9)3 давления на уровне моря. Нетрудно продлить это рассуждение и далее.
Обозначая давление на уровне моря через p0, можем записать давление на высоте h (выраженной в километрах):
p = p0(0,87)h = p0·10?0,06h.
В скобках записано более точное число: 0,9 – это округленное значение. Формула предполагает температуру одинаковой на всех высотах. На самом же деле температура атмосферы меняется с высотой и притом по довольно сложному закону.
Тем не менее формула дает неплохие результаты, и на высотах до сотни километров ею можно пользоваться.
Нетрудно определить при помощи этой формулы, что на высоте Эльбруса – около 5,6 км – давление упадет примерно вдвое, а на высоте 22 км (рекордная высота подъема стратостата с людьми) давление упадет до 50 мм Hg.
Когда мы говорим про давление 760 мм Hg – нормальное, не нужно забывать добавить: «на уровне моря». На высоте 5,6 км нормальным давлением будет не 760, а 380 мм Hg.
Вместе с давлением по тому же закону падает с возрастанием высоты и плотность воздуха. На высоте 160 км воздуха останется маловато.
Действительно,
(0,87)160 = 10?10.
У земной поверхности плотность воздуха равна примерно 1000 г/м3, значит, на высоте 160 км на один, кубический метр должно приходиться по нашей формуле 10?7 г воздуха. На самом же деле, как показывают измерения, произведенные при помощи ракет, плотность воздуха на этой высоте раз в десять больше.
Еще большее занижение против истины дает наша формула для высот в несколько сот километров. В том, что формула становится непригодной на больших высотах, виновато изменение температуры с высотой, а также особое явление – распад молекул воздуха под действием солнечного излучения. Здесь мы не станем на этом останавливаться.
Зависимость температуры кипения от давления
Зависимость температуры кипения от давления
Температура кипения воды равна 100 °C; можно подумать, что это неотъемлемое свойство воды, что вода, где бы и в каких условиях она ни находилась, всегда будет кипеть при 100 °C.Но это не так, и об этом прекрасно осведомлены жители
Влияние давления на температуру плавления
Влияние давления на температуру плавления
Если изменить давление, то изменится и температура плавления.
С такой же закономерностью мы встречались, когда говорили о кипении. Чем больше давление, тем выше температура кипения. Как правило, это верно и для плавления. Однако
Атмосферное давление на высоте Калькулятор
Расчет высоты
из Атмосферное давление
Давление на уровне моря PapsiatmПо умолчанию
Температура °C°F°KПо умолчанию
Атмосферное давление на высоте Papsiatm
Высота = mft.
Расчет атмосферного давления
на высоте
Давление на уровне моря PapsiatmПо умолчанию
Температура °C°F°KПо умолчанию
Высота mft.
Атмосферное давление на высоте = Папсиатм
Хотите знать, какое атмосферное давление на Юпитере или Марсе? Ознакомьтесь с нашим Калькулятором межпланетного давления воздуха на высоте
Связь между высотой и давлением
Следующая таблица и график иллюстрируют взаимосвязь между высотой и давлением с использованием значений по умолчанию для давления и температуры на уровне моря.
В соответствии со стандартами ISA значения по умолчанию для давления и температуры на уровне моря составляют 101 325 Па и 288 К.
| Высота над уровнем моря | Абсолютное атмосферное давление | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| футов | миль | метров | кПа | атм | фунтов на квадратный дюйм |
| -5000 | -0,95 | -1524 | 121,0 | 1,19 | 17,55 |
| -4000 | -0,76 | -1219 | 116,9 | 1,15 | 16,95 |
| -3000 | -0,57 | -914 | 112,8 | 1.11 | 16,36 |
| -2000 | -0,38 | -610 | 108,9 | 1,07 | 15,79 |
| -1000 | -0,19 | -305 | 105,0 | 1,04 | 15,24 |
| -500 | -0,09 | -152 | 103,2 | 1,02 | 14,96 |
| 0 | 0,00 | 0 | 101,3 | 1,00 | 14,70 |
| 500 | 0,09 | 152 | 99,5 | 0,98 | 14,43 |
| 1000 | 0,19 | 305 | 97,7 | 0,96 | 14. 17 |
| 1500 | 0,28 | 457 | 96,0 | 0,95 | 13,92 |
| 2000 | 0,38 | 610 | 94,2 | 0,93 | 13,66 |
| 2500 | 0,47 | 762 | 92,5 | 0,91 | 13,42 |
| 3000 | 0,57 | 914 | 90,8 | 0,90 | 13.17 |
| 3500 | 0,66 | 1067 | 89,1 | 0,88 | 12,93 |
| 4000 | 0,76 | 1219 | 87,5 | 0,86 | 12,69 |
| 4500 | 0,85 | 1372 | 85,9 | 0,85 | 12,46 |
| 5000 | 0,95 | 1524 | 84,3 | 0,83 | 12.23 |
| 6000 | 1,14 | 1829 | 81,2 | 0,80 | 11,78 |
| 7000 | 1,33 | 2134 | 78,2 | 0,77 | 11,34 |
| 8000 | 1,52 | 2438 | 75,3 | 0,74 | 10,92 |
| 9000 | 1,70 | 2743 | 72,4 | 0,71 | 10,51 |
| 10000 | 1,89 | 3048 | 69,7 | 0,69 | 10. 11 |
| 15000 | 2,84 | 4572 | 57,2 | 0,56 | 8,29 |
| 20000 | 3,79 | 6096 | 46,6 | 0,46 | 6,75 |
| 25000 | 4,73 | 7620 | 37,6 | 0,37 | 5,45 |
| 30000 | 5,68 | 9144 | 30,1 | 0,30 | 4,36 |
| 35000 | 6,63 | 10668 | 23,8 | 0,24 | 3,46 |
| 40000 | 7,58 | 12192 | 18,8 | 0,19 | 2,72 |
| 45000 | 8,52 | 13716 | 14,7 | 0,15 | 2,14 |
| 50000 | 9,47 | 15240 | 11,6 | 0,11 | 1,68 |
| 55000 | 10,42 | 16764 | 9.1 | 0,09 | 1,32 |
| 60000 | 11,36 | 18288 | 7,2 | 0,07 | 1,04 |
| 65000 | 12. 31 | 19812 | 5,6 | 0,06 | 0,82 |
Погодные условия
Поскольку погодные условия влияют на расчеты давления и высоты, необходимо знать давление и температуру на уровне моря. Высота при заданном атмосферном давлении может быть рассчитана с использованием уравнения 1 для высоты до 11 км (36 090 футов). Это уравнение можно использовать для расчета давления воздуха на заданной высоте, как показано на рис. 9.0003 Уравнение 2 .
(1) | ||
(2) |
где,
= статическое давление (давление на уровне моря) [Па]
= стандартная температура (температура на уровне моря) [K]
= стандартная градиентная температура [K/м] = -0,0065 [ K/м]
= высота над уровнем моря [м]
= высота в нижней части атмосферного слоя [м]
= универсальная газовая постоянная = 8,31432
= постоянная гравитационного ускорения = 9,80665
= молярная масса земного воздуха = 0,0289644 [кг/моль] охлаждение через каждого из его слоев, эти уравнения помогают смоделировать это за счет использования градиента температуры, который представляет собой скорость, с которой температура изменяется при изменении высоты.
Некоторые слои, такие как стратосфера (от 11 км до 20 км), имеют постоянную температуру во всем слое. Это требует различных уравнений для определения высоты или давления. Уравнения 3 и 4 определяют расчет высоты и давления соответственно в этом слое градиента нулевой температуры.
(3) | ||
(4) |
Для этих уравнений , и соответствуют высоте, давлению и температуре в нижней части стратосферы. Давление на дне слоя определяется по введенным пользователем значениям давления и температуры на уровне моря, зная, что высота на дне слоя составляет 11 км; если предположить, что давление по умолчанию использовалось на уровне моря, давление на дне стратосферы составляет 22 632 Па. Температура на дне стратосферы определяется путем вычитания 71,5 К из температуры на уровне моря.
Таблица преобразования высоты в давление
Преобразование высоты в футах или метрах над уровнем моря в показание давления в миллибарах (мбар, мб или мбр), фунтах на квадратный дюйм (psi), миллиметрах ртутного столба при нуле градусов Цельсия (мм рт. ст. при 0 ° C) или дюймов ртутного столба при нуле градусов Цельсия (inHg @ 0 deg C).
Приборы для измерения атмосферного давления
- Внешний HVAC 900–1100 мбар абс. барометрический диапазон 4–20 мА сигнал датчика давления
- Высокоточный преобразователь давления с широким барометрическим диапазоном
- 700–1100 миллибар, шкала, выходной сигнал от 4 до 20 мА, датчик давления для измерения барометрического давления
- 10-метровый невентилируемый погружной датчик абсолютного давления и барометрического диапазона
| футов | м | мбар | фунтов на квадратный дюйм | мм рт. ст. | дюймов ртутного столба |
|---|---|---|---|---|---|
| -5000 | -1524,0 | 1210.23 | 17.553 | 907,75 | 35.738 |
| -4000 | -1219.2 | 1168,55 | 16,948 | 876,48 | 34.507 |
| -3000 | -914,40 | 1128.03 | 16.361 | 846,09 | 33.311 |
| -2000 | -609,60 | 1088,66 | 15.790 | 816,56 | 32.148 |
| -1000 | -304,80 | 1050.41 | 15.235 | 787,87 | 31.018 |
| -900 | -274,32 | 1046,64 | 15.180 | 785,05 | 30.907 |
| -800 | -243,84 | 1042,89 | 15.126 | 782,23 | 30.796 |
| -700 | -213,36 | 1039. 15 | 15.072 | 779,42 | 30.686 |
| -600 | -182,88 | 1035.41 | 15.017 | 776,62 | 30.576 |
| -500 | -152,40 | 1031,69 | 14,963 | 773,83 | 30.466 |
| -400 | -121,92 | 1027,98 | 14.910 | 771,05 | 30.356 |
| -300 | -91.440 | 1024.28 | 14.856 | 768,28 | 30.247 |
| -200 | -60,960 | 1020.59 | 14.802 | 765,51 | 30.138 |
| -100 | -30.480 | 1016,92 | 14.749 | 762,75 | 30.030 |
| -50 | -15.240 | 1015.08 | 14.723 | 761,37 | 29,975 |
| 0 | 0 | 1013.25 | 14. 696 | 760,00 | 29.921 |
| 50 | 15.240 | 1011.42 | 14.669 | 758,63 | 29.867 |
| 100 | 30.480 | 1009,59 | 14.643 | 757,26 | 29.813 |
| 200 | 60,960 | 1005,95 | 14.590 | 754,52 | 29.706 |
| 300 | 91.440 | 1002.31 | 14.537 | 751,80 | 29.598 |
| 400 | 121,92 | 998,689 | 14.485 | 749,08 | 29.491 |
| 500 | 152,40 | 995.075 | 14.432 | 746,37 | 29.385 |
| 600 | 182,88 | 991.472 | 14.380 | 743,67 | 29.278 |
| 700 | 213,36 | 987.880 | 14.328 | 740,97 | 29. 172 |
| 800 | 243,84 | 984,298 | 14.276 | 738,28 | 29.066 |
| 900 | 274,32 | 980.727 | 14.224 | 735,61 | 28.961 |
| 1000 | 304,80 | 977,166 | 14.173 | 732,93 | 28.856 |
| 2000 | 609,60 | 942.129 | 13.664 | 706,65 | 27.821 |
| 3000 | 914,40 | 908.117 | 13.171 | 681,14 | 26.817 |
| 4000 | 1219.2 | 875,105 | 12.692 | 656,38 | 25.842 |
| 5000 | 1524.0 | 843.073 | 12.228 | 632,36 | 24.896 |
| 6000 | 1828,8 | 811,996 | 11.777 | 609.05 | 23,978 |
| 7000 | 2133. 6 | 781,854 | 11.340 | 586,44 | 23.088 |
| 8000 | 2438,4 | 752,624 | 10,916 | 564,51 | 22.225 |
| 9000 | 2743.2 | 724,285 | 10.505 | 543,26 | 21.388 |
| 10000 | 3048.0 | 696,817 | 10.106 | 522,66 | 20.577 |
| 15000 | 4572.0 | 571.820 | 8.2935 | 428,90 | 16.886 |
| 20000 | 6096.0 | 465.633 | 6,7534 | 349,25 | 13.750 |
| 25000 | 7620.0 | 376.009 | 5.4536 | 282,03 | 11.104 |
| 30000 | 9144.0 | 300.896 | 4.3641 | 225,69 | 8.8855 |
| 35000 | 10668 | 238. 423 | 3,4580 | 178,83 | 7.0406 |
| 40000 | 12192 | 187,54 | 2.7200 | 140,67 | 5,5381 |
| 45000 | 13716 | 147,48 | 2.1390 | 110,62 | 4.3550 |
| 50000 | 15240 | 115,97 | 1,6821 | 86,987 | 3,4247 |
| 55000 | 16764 | 91.199 | 1,3227 | 68.405 | 2,6931 |
| 60000 | 18288 | 71.717 | 1.0402 | 53.792 | 2.1178 |
| 65000 | 19812 | 56.397 | 0,8180 | 42.301 | 1,6654 |
| 70000 | 21336 | 44.377 | 0,6436 | 33.286 | 1.3105 |
| 75000 | 22860 | 34,978 | 0,5073 | 26. 236 | 1.0329 |
| 80000 | 24384 | 27.615 | 0,4005 | 20.713 | 0,8155 |
| 85000 | 25908 | 21.837 | 0,3167 | 16.379 | 0,6448 |
| 27432 | 17.296 | 0,2509 | 12,973 | 0,5107 | |
| 95000 | 28956 | 13.721 | 0,1990 | 10.291 | 0,4052 |
| 100000 | 30480 | 10.902 | 0,1581 | 8.1769 | 0,3219 |
Приборы для измерения абсолютного давления с вакуумным диапазоном
- Цифровой вакуумметр с абсолютным диапазоном 760 мм рт. ст.
- Датчик абсолютного вакуума 300 мм рт. ст. с выходом 10 В
- Высокое разрешение, датчик абсолютного давления 1 бар, 0–10 В пост. используя барометрическую формулу стандартной атмосферы США 1976 года для геопотенциальной высоты со следующими значениями [1-6] на высоте от 5000 футов (1524 м) ниже до 100 000 футов (30 480 м) над средним уровнем моря.
