Nhiều người biết rằng khi độ cao tăng, áp suất không khí giảm. Hãy xem xét câu hỏi tại sao áp suất không khí giảm theo độ cao, đưa ra công thức về sự phụ thuộc của áp suất vào độ cao và cũng có thể xem xét một ví dụ về việc giải quyết vấn đề bằng cách sử dụng công thức kết quả.
Không khí là gì?
Không khí là một hỗn hợp khí không màu tạo nên bầu khí quyển của hành tinh chúng ta. Nó chứa nhiều loại khí khác nhau, những khí chính là nitơ (78%), oxy (21%), argon (0,9%), carbon dioxide (0,03%) và những loại khác.
Theo quan điểm vật lý, hoạt động của không khí trong các điều kiện hiện có trên Trái đất tuân theo các định luật của khí lý tưởng - một mô hình mà theo đó các phân tử và nguyên tử của khí không tương tác với nhau, Khoảng cách giữa chúng rất lớn so với kích thước của chúng và tốc độ di chuyển ở nhiệt độ phòng khoảng 1000 m / s.
Áp suất không khí
Xem xét câu hỏi về sự phụ thuộc của áp suất vào độ cao, bạn nên tìm ra những gì đại diện cholà khái niệm "áp suất" theo quan điểm vật lý. Khí áp được hiểu là lực mà cột khí ép lên bề mặt. Trong vật lý, nó được đo bằng pascal (Pa). 1 Pa có nghĩa là một lực của 1 newton (N) được tác dụng vuông góc lên bề mặt có diện tích 1 m22. Do đó, áp suất 1 Pa là áp suất rất nhỏ.
Ở mực nước biển, áp suất không khí là 101.325 Pa. Hoặc, làm tròn 0,1 MPa. Giá trị này được gọi là áp suất của 1 bầu khí quyển. Hình trên cho biết trên bệ có khối lượng 1 m2ép không khí với lực 100 kN! Đây là một lực lớn, nhưng một người không cảm thấy nó, vì máu bên trong anh ta tạo ra một áp lực tương tự. Ngoài ra, không khí đề cập đến các chất lỏng (chất lỏng cũng thuộc về chúng). Và điều này có nghĩa là nó tạo ra cùng một áp suất theo mọi hướng. Thực tế cuối cùng cho thấy rằng áp lực của bầu không khí từ các phía khác nhau đối với một người được bù đắp cho nhau.
Sự phụ thuộc của áp suất vào độ cao
Bầu khí quyển xung quanh hành tinh của chúng ta được giữ bởi lực hấp dẫn của trái đất. Lực hấp dẫn cũng là nguyên nhân gây ra sự giảm áp suất không khí khi độ cao tăng dần. Công bằng mà nói, cần lưu ý rằng không chỉ lực hấp dẫn của trái đất dẫn đến giảm áp suất. Và việc hạ nhiệt độ cũng góp phần vào.
Vì không khí là chất lỏng nên đối với nó, bạn có thể sử dụng công thức thủy tĩnh cho sự phụ thuộc của áp suất vào độ sâu (chiều cao), nghĩa là, ΔP=ρgΔh, trong đó: ΔP là lượng áp suất thay đổikhi thay đổi độ cao theo Δh, ρ - mật độ không khí, g - gia tốc rơi tự do.
Cho rằng không khí là khí lý tưởng, nó tuân theo phương trình trạng thái khí lý tưởng là ρ=Pm / (kT), trong đó m là khối lượng của 1 phân tử, T là nhiệt độ của nó, k là hằng số Boltzmann.
Kết hợp hai công thức trên và giải phương trình về áp suất và độ cao, ta có thể thu được công thức sau: Ph=P0e-mgh / (kT)trong đó Phvà P0- áp suất ở độ cao h và ở mực nước biển, tương ứng. Biểu thức thu được được gọi là công thức khí áp. Nó có thể được sử dụng để tính toán áp suất khí quyển như một hàm của độ cao.
Đôi khi vì những mục đích thực tế, cần giải bài toán nghịch đảo, tức là tìm độ cao, biết áp suất. Từ công thức khí áp, bạn có thể dễ dàng nhận được sự phụ thuộc của độ cao vào mức áp suất: h=kTln (P0/ Ph) / (mg).
Ví dụ về giải quyết vấn đề
Thành phố La Paz của Bolivia là thủ đô "cao nhất" trên thế giới. Từ nhiều nguồn khác nhau, thành phố nằm ở độ cao từ 3250 mét đến 3700 mét trên mực nước biển. Nhiệm vụ là tính toán áp suất không khí ở độ cao của La Paz.
Để giải quyết vấn đề, chúng ta sử dụng công thức về sự phụ thuộc của áp suất vào độ cao: Ph=P0 e -mgh / (kT), trong đó: P0=101 325 Pa, g=9,8 m / s2, k=1.3810-23J / K, T=293 K (20oC), h=3475 m (trung bình từ 3250 m đến3700 m), m=4, 81710-26kg (tính theo khối lượng mol của không khí 29 g / mol). Thay các số vào, ta được: Ph=67,534 Pa.
Như vậy, áp suất không khí ở thủ đô Bolivia bằng 67% áp suất ở mực nước biển. Áp suất không khí thấp gây chóng mặt và suy nhược chung của cơ thể khi một người leo lên các vùng núi.
