Khí quyển là một đám mây khí bao quanh Trái đất. Trọng lượng của không khí, độ cao vượt quá 900 km, có tác động mạnh mẽ đến các cư dân trên hành tinh của chúng ta. Chúng tôi không cảm thấy điều này, coi sự sống dưới đáy đại dương như một lẽ tất nhiên. Một người cảm thấy khó chịu khi leo núi cao. Thiếu oxy sẽ nhanh chóng dẫn đến tình trạng mệt mỏi. Đồng thời, áp suất khí quyển thay đổi đáng kể.
Vật lý liên quan đến áp suất khí quyển, những thay đổi của nó và tác động lên bề mặt Trái đất.
Trong quá trình vật lý trung học phổ thông, việc nghiên cứu hoạt động của khí quyển được chú ý đáng kể. Các đặc điểm của định nghĩa, sự phụ thuộc vào độ cao, ảnh hưởng đến các quá trình xảy ra trong cuộc sống hàng ngày hoặc trong tự nhiên, được giải thích trên cơ sở kiến thức về hoạt động của khí quyển.
Khi nào người ta bắt đầu nghiên cứu về áp suất khí quyển? Lớp 6 - thời gian để làm quen với những đặc thù của bầu không khí. Quá trình này tiếp tục diễn ra trong các lớp trung học chuyên biệt.
Học lịch sử
Những nỗ lực đầu tiên để thiết lập áp suất không khí trong khí quyển được thực hiện vào năm 1643 theo gợi ý của Nhà truyền giáo người ÝTorricelli. Một ống thuỷ tinh bịt kín một đầu chứa đầy thuỷ ngân. Sau khi đóng lại ở phía bên kia, nó được hạ xuống thành thủy ngân. Ở phần trên của ống, do một phần thủy ngân chảy ra ngoài, một không gian trống hình thành, có tên như sau: “Khoảng trống Torricellian”.
Vào thời điểm này, lý thuyết của Aristotle thống trị trong khoa học tự nhiên, người tin rằng "tự nhiên sợ trống rỗng." Theo quan điểm của ông, không thể có không gian trống không chứa đầy vật chất. Do đó, trong một thời gian dài, họ đã cố gắng giải thích sự hiện diện của sự trống rỗng trong ống thủy tinh bằng những vấn đề khác.
Không nghi ngờ gì nữa, đây là một khoảng trống, nó không thể được lấp đầy bởi bất cứ thứ gì, bởi vì khi bắt đầu thí nghiệm, thủy ngân đã lấp đầy hoàn toàn hình trụ. Và, chảy ra ngoài, không cho các chất khác lấp đầy chỗ trống. Nhưng tại sao tất cả thủy ngân không đổ vào bình, vì không có chướng ngại vật nào cả? Bản thân kết luận cho thấy: thủy ngân trong ống, cũng như trong các bình thông nhau, tạo ra cùng một áp suất lên thủy ngân trong bình như một thứ từ bên ngoài. Ở cùng một mức, chỉ có bầu khí quyển tiếp xúc với bề mặt thủy ngân. Chính áp suất của cô ấy đã giữ cho chất không bị tràn ra ngoài dưới tác dụng của trọng lực. Khí được biết là tạo ra cùng một hành động theo mọi hướng. Nó ảnh hưởng đến bề mặt thủy ngân trong bình.
Chiều cao của một hình trụ thủy ngân xấp xỉ 76 cm. Người ta nhận thấy rằng chỉ số này thay đổi theo thời gian, do đó, áp suất khí quyển thay đổi. Nó có thể được đo bằng cm thủy ngân.cột (hoặc tính bằng milimét).
Sử dụng đơn vị nào?
Hệ thống đơn vị quốc tế là quốc tế, vì vậy nó không liên quan đến việc sử dụng milimét thủy ngân. Mỹ thuật. khi xác định áp suất. Đơn vị của áp suất khí quyển được thiết lập giống như cách nó xảy ra trong chất rắn và chất lỏng. Phép đo áp suất bằng pascal được chấp nhận trong SI.
Đối với 1 Pa, áp suất như vậy được tạo bởi lực 1 N trên diện tích 1 m2.
Xác định các đơn vị đo lường có liên quan như thế nào. Áp suất của cột chất lỏng được thiết lập theo công thức sau: p=ρgh. Mật độ thủy ngân ρ=13600 kg / m3. Hãy lấy một cột thủy ngân dài 760 mm làm điểm chuẩn. Từ đây:
r=13600 kg / m3× 9,83 N / kg × 0,76 m=101292,8 Pa
Để ghi áp suất khí quyển bằng pascal, hãy coi: 1 mm Hg.=133,3 Pa.
Ví dụ về giải quyết vấn đề
Xác định lực mà bầu khí quyển tác dụng lên bề mặt của một mái nhà có kích thước 10x20 m. Áp suất của khí quyển được giả định là 740 mm Hg. St.
p=740 mm Hg, a=10 m, b=20 m.
Phân tích
Để xác định lực tác dụng, bạn phải đặt áp suất khí quyển bằng pascal. Có tính đến thực tế rằng 1 milimét Hg. bằng 133,3 Pa, ta có giá trị sau: p=98642 Pa.
Quyết
Sử dụng công thức xác định áp suất:
p=F / s, Vì diện tích của mái nhà không được cho trước, hãy giả sử nó là một hình chữ nhật. Diện tích của hình này được xác định theo công thức:
s=ab.
Thay thế giá trị của khu vực trongcông thức tính:
p=F / (ab), từ đó:
F=pab.
Tính: F=98642 Pa × 10 m × 20 m=19728400 N=1,97 MN.
Trả lời: lực ép của khí quyển lên mái nhà là 1,97 MN.
Phương pháp đo
Thực nghiệm xác định áp suất khí quyển có thể được thực hiện bằng cách sử dụng một cột thủy ngân. Nếu bạn sửa thang đo bên cạnh nó, thì bạn có thể sửa các thay đổi. Đây là phong vũ biểu thủy ngân đơn giản nhất.
Chính Evangelista Torricelli đã rất ngạc nhiên khi ghi nhận những thay đổi trong hoạt động của bầu khí quyển, liên kết quá trình này với nhiệt và lạnh.
Áp suất khí quyển ở mực nước biển ở 0 độ C được gọi là tối ưu. Giá trị này là 760 mmHg. Áp suất khí quyển bình thường tính bằng pascal được coi là bằng 105Pa.
Được biết, thủy ngân khá có hại cho sức khỏe con người. Do đó, không thể sử dụng các khí áp kế thủy ngân mở. Các chất lỏng khác ít đặc hơn nhiều, vì vậy ống chứa đầy chất lỏng phải đủ dài.
Ví dụ, cột nước do Blaise Pascal tạo ra nên cao khoảng 10 m. Sự bất tiện là rõ ràng.
Phong vũ biểu không chất lỏng
Một bước tiến đáng chú ý là ý tưởng chuyển khỏi chất lỏng khi chế tạo phong vũ biểu. Khả năng sản xuất một thiết bị để xác định áp suất của khí quyển được thực hiện trong các phong vũ biểu của khí quyển.
Phần chính của đồng hồ này là phẳnghộp mà từ đó không khí được bơm ra ngoài. Vì vậy, nó không bị ép bởi bầu không khí, bề mặt được làm bằng sóng. Hộp được nối với nhau bằng hệ thống lò xo thành một mũi tên chỉ giá trị áp suất trên mặt cân. Sau này có thể được tốt nghiệp ở bất kỳ đơn vị nào. Áp suất khí quyển có thể được đo bằng pascal với thang đo thích hợp.
Chiều cao nâng và áp suất khí quyển
Sự thay đổi mật độ của khí quyển khi bạn tăng lên dẫn đến giảm áp suất. Tính không đồng nhất của vỏ khí không cho phép đưa ra quy luật thay đổi tuyến tính, vì mức độ giảm áp suất giảm khi chiều cao tăng. Ở bề mặt Trái đất, khi nó tăng lên, cứ sau 12 mét, ảnh hưởng của khí quyển giảm đi 1 mm Hg. Mỹ thuật. Trong tầng đối lưu, một sự thay đổi tương tự xảy ra cứ sau 10,5 mét.
Gần bề mặt Trái đất, ở độ cao của một chiếc máy bay, một máy bay không khí được trang bị một thang đo đặc biệt có thể xác định độ cao bằng áp suất khí quyển. Thiết bị này được gọi là máy đo độ cao.
Một thiết bị đặc biệt trên bề mặt Trái đất cho phép bạn đặt máy đo độ cao về 0, để sau này bạn có thể sử dụng nó để xác định độ cao của quá trình đi lên.
Ví dụ về giải quyết vấn đề
Ở chân núi, phong vũ biểu cho thấy áp suất khí quyển là 756 mm thủy ngân. Giá trị ở độ cao 2500 mét so với mực nước biển sẽ là bao nhiêu? Yêu cầu ghi lại áp suất khí quyển bằng pascal.
r1=756 mm Hg, H=2500 m, r2-?
Quyết
Để xác định số đọc phong vũ biểu ở độ cao H, chúng tôi tính đếnáp suất giảm 1 mm Hg. mỗi 12 mét. Do đó:
(p1- p2) × 12 m=H × 1 mmHg, từ:
p2=p1- H × 1 mmHg / 12m=756 mmHg - 2500 m × 1 mmHg / 12 m=546 mmHg
Để ghi lại áp suất khí quyển thu được bằng pascal, hãy làm như sau:
p2=546 × 133, 3 Pa=72619 Pa
Đáp án: 72619 Pa.
Áp suất khí quyển và thời tiết
Sự chuyển động của các lớp khí quyển gần bề mặt Trái đất và sự đốt nóng không đồng đều của không khí ở các khu vực khác nhau dẫn đến sự thay đổi điều kiện thời tiết ở tất cả các nơi trên hành tinh.
Áp suất có thể thay đổi 20-35mmHg. về lâu dài và bằng 2-4 milimét thủy ngân. trong ngày. Một người khỏe mạnh không nhận thấy những thay đổi trong chỉ số này.
Áp suất khí quyển, giá trị dưới mức bình thường và thường thay đổi, cho biết một lốc xoáy đã bao phủ một lốc xoáy nhất định. Hiện tượng này thường đi kèm với mây mù và mưa.
Áp suất thấp không phải lúc nào cũng là dấu hiệu của thời tiết mưa. Thời tiết xấu phụ thuộc nhiều hơn vào sự giảm dần của chỉ báo được đề cập.
Áp suất giảm mạnh xuống còn 74 cm Hg. và bên dưới nó có nguy cơ có bão, mưa rào sẽ tiếp tục ngay cả khi chỉ báo đã bắt đầu tăng.
Thay đổi thời tiết tốt hơn có thể nhận biết bằng các dấu hiệu sau:
- sau một thời gian dài thời tiết xấu, áp suất khí quyển tăng dần và ổn định;
- áp suất tăng trong thời tiết sương mù mịt mù;
- trong thời gian có gió đông nam, chỉ báo được đề cập sẽ tăng trong vài ngày liên tiếp;
- tăng áp suất khí quyển khi trời có gió là dấu hiệu của thời tiết thoải mái.
