Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с барометрического давления )
Перейти к навигации Перейти к поиску
«Давление воздуха» перенаправляется сюда. Для давления воздуха в других системах см. Давление .

Атмосферное давление , также известное как барометрическое давление (после барометра ), - это давление в атмосфере Земли . Стандартная атмосфера (символ: атм) является единицей давления определяется как 101,325  Па (1,013.25  гПа ; 1,013.25  мбар ), что эквивалентно 760 мм ртутного столба , 29.9212 дюймов ртутного столба , или 14.696 фунтов на квадратный дюйм . [1] Атм примерно эквивалентен среднему атмосферному давлению на уровне моря на Земле, то есть атмосферное давление Земли на уровне моря составляет примерно 1 атм.    

В большинстве случаев, атмосферное давление близко приближаются к гидростатическому давлению , вызванным весомы в воздухе над измерительной точкой. По мере увеличения высоты над уровнем моря уменьшается масса вышележащей атмосферы, поэтому атмосферное давление уменьшается с увеличением высоты. Давление мера сила на единицу площади, с единицами СИ в паскалях (1 паскаль = 1 ньютон на квадратный метр , 1  Н / м 2 ). В среднем столб воздуха с площадью поперечного сечения 1 квадратный сантиметр (см 2 ), измеренный от среднего (среднего) уровня моря.к верхнему слою атмосферы Земли, имеет массу около 1,03 килограмма и оказывает силу или «вес» около 10,1 ньютона , что приводит к давлению 10,1 Н / см 2 или 101 кН / м 2 (101 килопаскаль, кПа). Колонна воздуха с площадью поперечного сечения 1 в 2 будет иметь вес около 14,7 фунтов F , в результате чего давление 14,7 фунтов е / в 2 .    

Механизм [ править ]

Атмосферное давление вызвано гравитационным притяжением планеты к атмосферным газам над поверхностью и является функцией массы планеты, радиуса поверхности, количества и состава газов и их вертикального распределения в атмосфере. . [2] [3] Он модифицируется вращением планеты и местными эффектами, такими как скорость ветра, изменения плотности из-за температуры и изменения состава. [4]

Среднее давление на уровне моря [ править ]

Карта, показывающая атмосферное давление в мбар или гПа
Среднее за 15 лет давление на уровне моря для июня, июля и августа (вверху) и декабря, января и февраля (внизу). Повторный анализ ERA-15 .
Барометрический авиационный альтиметр типа Коллсмана (используемый в Северной Америке), показывающий высоту 80 футов (24 м), откалиброванный для давления на уровне моря 29,87 дюйма ртутного столба.

Среднее давление на уровне моря (MSLP) является атмосферным давлением на среднем уровне моря (PMSL). Это атмосферное давление, которое обычно указывается в сводках погоды по радио, телевидению, в газетах или в Интернете . Когда барометры в доме настроены на соответствие местным сводкам погоды, они показывают давление, настроенное на уровень моря, а не фактическое местное атмосферное давление.

Настройка высотомера в авиации - это регулировка атмосферного давления.

Среднее давление на уровне моря составляет 1013,25 мбар (101,325 кПа; 29,921 дюйм рт. Ст.; 760,00 мм рт. Ст.). В авиационных сводках погоды ( METAR ) QNH передается по всему миру в миллибарах или гектопаскалях (1 гектопаскаль = 1 миллибар), за исключением США , Канады и Колумбии, где он передается в дюймах ртутного столба (с точностью до двух знаков после запятой). ). Соединенные Штаты и Канада также сообщают SLP давления на уровне моря , которое скорректировано с учетом уровня моря другим методом, в разделе примечаний, а не в международной части кода, в гектопаскалях или миллибарах. [5]Однако в публичных метеорологических сводках Канады давление на уровне моря указывается в килопаскалях. [6]

В примечаниях к коду погоды в США передаются все три цифры; десятичные точки и одна или две старшие цифры опускаются: 1013,2 мбар (101,32 кПа) передается как 132; 1000,0 мбар (100,00 кПа) передается как 000; 998,7  мбар передается как 987; и т. д. Самое высокое давление на уровне моря на Земле наблюдается в Сибири , где Сибирский антициклон часто достигает давления на уровне моря выше 1050 мбар (105 кПа; 31 дюйм рт. ст.) с рекордными максимумами, близкими к 1085 мбар (108,5 кПа; 32,0 дюйма рт. ст.). . Самое низкое измеряемое давление на уровне моря наблюдается в центрах тропических циклонов и торнадо срекордно низкий 870 мбар (87 кПа; 26 дюймов рт. ст.).

Поверхностное давление [ редактировать ]

«Поверхностное давление» перенаправляется сюда. Для поверхностного давления в физической химии см. Давление § Поверхностное давление и поверхностное натяжение .

Давление атмосферное давление в месте на земной поверхности «(ы местности и океанов ). Это прямо пропорционально массе воздуха над этим местом.

По численным причинам атмосферные модели, такие как модели общей циркуляции (МОЦ), обычно предсказывают безразмерный логарифм приземного давления .

Среднее значение приземного давления на Земле 985 гПа. [7] Это контрастирует со средним давлением на уровне моря, которое включает экстраполяцию давления на уровень моря для мест выше или ниже уровня моря. Среднее давление на среднем уровне моря ( MSL ) в Международной стандартной атмосфере ( ISA ) составляет 1013,25 гПа, или 1 атмосферу (атм), или 29,92 дюйма ртутного столба.

Давление (p), масса (м) и ускорение свободного падения (g) связаны соотношением P = F / A = (m * g) / A, где A - площадь поверхности. Таким образом, атмосферное давление пропорционально весу на единицу площади атмосферной массы над этим местом.

Изменение высоты [ править ]

Дополнительная информация: Барометрическая формула и изменение вертикального давления
Местный шторм над Снайфелльсйёкюдлем ( Исландия ), демонстрирующий облака, сформированные на горе орографическим подъемником.
Изменение атмосферного давления с высотой, рассчитанное для 15 ° C и относительной влажности 0%.
Эта пластиковая бутылка была запечатана на высоте примерно 14000 футов (4300 м) и была раздавлена ​​повышением атмосферного давления, зафиксированным на высоте 9000 футов (2700 м) и 1000 футов (300 м), когда она была сбита с уровня моря.

Давление на Земле зависит от высоты поверхности; поэтому давление воздуха в горах обычно ниже, чем давление на уровне моря. Давление плавно меняется от поверхности Земли до верха мезосферы . Хотя давление меняется в зависимости от погоды, НАСА усреднило условия для всех частей Земли круглый год. С увеличением высоты атмосферное давление снижается. Можно рассчитать атмосферное давление на заданной высоте. [8] Температура и влажность также влияют на атмосферное давление, и необходимо знать их, чтобы рассчитать точную цифру. График справанад был разработан для температуры 15 ° C и относительной влажности 0%.

На малых высотах над уровнем моря давление снижается примерно на 1,2 кПа (12 гПа) на каждые 100 метров. Для больших высот в тропосфере следующее уравнение ( барометрическая формула ) связывает атмосферное давление p с высотой h :

где постоянные параметры описаны ниже:

ПараметрОписаниеЦенить
p 0Стандартное атмосферное давление на уровне моря101325  Па
LТемпературный градиент температуры, = г / с р для сухого воздуха~ 0,00976  К / м
c pУдельная теплоемкость при постоянном давлении1004,68506  Дж / (кг · К)
Т 0Стандартная температура на уровне моря288,16  К
граммУскорение силы тяжести на поверхности земли9.80665  м / с 2
MМолярная масса сухого воздуха0,02896968  кг / моль
R 0Универсальная газовая постоянная8,314462618  Дж / (моль · К)

Местный вариант [ править ]

Ураган Вильма 19 октября 2005 г .; 882 гПа (12,79 фунт / кв. Дюйм) в очаге бури

Атмосферное давление на Земле сильно различается, и эти изменения важны для изучения погоды и климата . См. « Система давления», чтобы узнать о влиянии колебаний давления воздуха на погоду.

Атмосферное давление показывает суточный или полусуточный (дважды в день) цикл, вызванный глобальными атмосферными приливами . Этот эффект наиболее силен в тропических зонах с амплитудой в несколько миллибар и почти нулевой в полярных областях. Эти вариации имеют два наложенных друг на друга цикла, циркадный (24 часа) цикл и полусиркадный (12 часов) цикл.

Записи [ править ]

Самое высокое барометрическое давление, приведенное к уровню моря, когда-либо зарегистрированное на Земле (выше 750 метров), составило 1084,8 гПа (32,03 дюйма ртутного столба), измеренное в Тосонценгеле, Монголия, 19 декабря 2001 года. [9] Самое высокое барометрическое давление, приведенное к уровню моря, когда-либо зарегистрированный (ниже 750 метров) был в Агате в Эвенкийском автономном округе , Россия (66 ° 53 '  с.ш., 93 ° 28'  в.д., высота: 261 м, 856 футов) 31 декабря 1968 года при 1083,8 гПа (32,005 дюйма рт. ст.). [10] Дискриминация происходит из-за проблемных предположений (предполагающих стандартную скорость отклонения), связанных с понижением уровня моря с большой высоты. [9]

Мертвое море , самое низкое место на Земле в 430 м (1410 футов) ниже уровня моря, имеет соответственно высокое типичное атмосферное давление 1065  гПа. [11] 21 февраля 1961 года был установлен рекорд приземного давления ниже уровня моря в 1081,8 гПа (31,95 дюйма ртутного столба). [12]

Самое низкое атмосферное давление, не связанное с торнадом, когда-либо измерялось, было 870 гПа (0,858 атм; 25,69 дюйма ртутного столба), установленное 12 октября 1979 года во время окончания тайфуна в западной части Тихого океана. Измерения основывались на инструментальных наблюдениях с самолета-разведчика. [13]

Измерение на основе глубины воды [ править ]

Одна атмосфера (101,325 кПа или 14,7 фунт / кв. Дюйм) - это также давление, вызванное весом столба пресной воды приблизительно 10,3 м (33,8 фута). Таким образом, ныряльщик на глубине 10,3 м под водой испытывает давление около 2 атмосфер (1 атм воздуха плюс 1 атм воды). И наоборот, 10,3 м - это максимальная высота, на которую можно поднять воду с помощью всасывания при стандартных атмосферных условиях.

Низкое давление, например, в трубопроводах природного газа , иногда указывается в дюймах водяного столба , обычно записываемых как wc (водяной столб) или wg (дюймы водяного столба). Типичный газовый бытовой прибор в США рассчитан на максимальное давление 1/2 фунта на кв. Дюйм, что составляет примерно 14 вод. Ст. (3487 Па или 34,9 мбар). Подобные метрические единицы с большим разнообразием названий и обозначений, основанных на миллиметрах , сантиметрах или метрах, теперь используются реже.

Температура кипения воды [ править ]

Кипящая вода

Чистая вода кипит при 100 ° C (212 ° F) при нормальном атмосферном давлении. Точка кипения - это температура, при которой давление пара равно атмосферному давлению вокруг воды. [14] Из-за этого температура кипения воды ниже при более низком давлении и выше при более высоком давлении. Поэтому приготовление пищи на большой высоте требует корректировки рецептов [15] или приготовления под давлением . Грубую оценку высоты можно получить, измерив температуру, при которой вода закипает; в середине 19 века этим методом воспользовались исследователи. [16]

Измерения и карты [ править ]

Важным применением знания о том, что атмосферное давление напрямую зависит от высоты, стало определение высоты холмов и гор благодаря наличию надежных устройств измерения давления. В 1774 году, Маскелин был подтвердив теорию тяготения Ньютона на и на Schiehallion горе в Шотландии, и ему нужно было точно измерить высоты по бокам горы. Уильям Рой , используя атмосферное давление, смог подтвердить определение роста Маскелайна с точностью до одного метра (3,28 фута). Этот метод стал и остается полезным для геодезических работ и составления карт. [17]

См. Также [ править ]

  • Атмосфера (единица)
  • Плотность атмосферы
  • Атмосфера Земли  - газовый слой, окружающий Землю: в основном азот, исключительно с высоким содержанием кислорода, со следовыми количествами других молекул.
  • Барометрическая формула  - формула, используемая для моделирования изменения давления воздуха с высотой.
  • Баротравма  - травма, вызванная давлением - физическое повреждение тканей тела, вызванное разницей в давлении между воздушным пространством внутри или рядом с телом и окружающим газом или жидкостью.
  • Герметизация кабины
  • Кавитация  - образование заполненных паром пустот низкого давления в жидкости.
  • Влияние высокогорья на организм человека  - Научное явление
  • Зона высокого давления  - область, где атмосферное давление на поверхности планеты выше, чем в окружающей среде.
  • Международная стандартная атмосфера  - модель атмосферы, таблица типичных изменений основных термодинамических переменных атмосферы (давления, плотности, температуры и т. Д.) С высотой в средних широтах.
  • Зона низкого давления  - атмосферные условия
  • Метеорология
  • NRLMSISE-00
  • Камера статического давления
  • Давление  - сила, непрерывно распределяемая по площади
  • Измерение давления
  • Субтропический хребет

Ссылки [ править ]

  1. ^ Международная организация гражданской авиации. Руководство по стандартной атмосфере ИКАО , Doc 7488-CD, третье издание, 1993 г. ISBN  92-9194-004-6 .
  2. ^ «атмосферное давление (энциклопедическая запись)» . National Geographic . Проверено 28 февраля 2018 .
  3. ^ "Q & A: Давление - Гравитация имеет значение?" . Кафедра физики . Университет Иллинойса Урбана-Шампейн . Проверено 28 февраля 2018 .
  4. ^ Джейкоб, Дэниел Дж. (1999). Введение в химию атмосферы . Издательство Принстонского университета. ISBN 9780691001852.
  5. ^ Образец METAR CYVR Nav Canada
  6. ^ Montreal Current Weather , CBC Montreal, Канада , получено 30 марта 2014 г.
  7. ^ Джейкоб, Дэниел Дж. Введение в химию атмосферы . Издательство Принстонского университета, 1999.
  8. ↑ Быстрый вывод, связанный с высотой и атмосферным давлением. Архивировано 28 сентября 2011 г.на Wayback Machine Аэрокосмическим обществом Портленда, 2004 г., доступ 05032011
  9. ^ a b Мир: самое высокое атмосферное давление на уровне моря выше 750 м , Wmo.asu.edu, 2001-12-19, заархивировано из оригинала 17.10.2012 , извлечено 15.04.2013
  10. ^ Мир: самое высокое давление на уровне моря ниже 750 м , Wmo.asu.edu, 1968-12-31, архивировано из оригинала 14.05.2013 , извлечено 15.04.2013.
  11. ^ Kramer, MR; Springer C; Беркман Н; Глейзер М; Бублил М; Бар-Ишай Э; Годфри С. (март 1998 г.). «Реабилитация гипоксических больных с ХОБЛ на малой высоте на Мертвом море, самом низком месте на земле» (PDF) . Сундук . 113 (3): 571–575. DOI : 10,1378 / chest.113.3.571 . PMID 9515826 . Архивировано из оригинального (PDF) 29 октября 2013 года.  
  12. ^ Суд, Арнольд (1969). «Невероятный предел давления: 1070 Мб». Бюллетень Американского метеорологического общества . 50 (4): 248–50. JSTOR 26252600 . 
  13. ^ Крис Ландси (2010-04-21). «Тема: E1), Какой тропический циклон является самым сильным из зарегистрированных?» . Атлантическая океанографическая и метеорологическая лаборатория . Архивировано 6 декабря 2010 года . Проверено 23 ноября 2010 .
  14. ^ Давление пара , Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu , получено 17 октября 2012 г.
  15. ^ Высотный Cooking , Crisco.com, 2010-09-30, архивируются с оригинала на 2012-09-07 , извлекаться 2012-10-17
  16. ^ Берберан-Сантос, Миннесота; Бодунов Е.Н.; Поглани, Л. (1997). «О барометрической формуле». Американский журнал физики . 65 (5): 404–412. Bibcode : 1997AmJPh..65..404B . DOI : 10.1119 / 1.18555 .
  17. ^ Хьюитт, Рэйчел, Карта нации - Жизнеописание Картографического ISBN 1-84708-098-7 

Внешние ссылки [ править ]

  • Стандартная атмосфера 1976 года от НАСА
  • Исходный код и уравнения для стандартной атмосферы 1976 года
  • Математическая модель стандартной атмосферы США 1976 года.
  • Калькулятор, использующий несколько единиц и свойств для стандартной атмосферы 1976 года
  • Калькулятор, показывающий стандартное давление воздуха на указанной высоте или высоте, на которой давление будет стандартным.
  • Текущая карта глобального среднего давления на уровне моря
  • Калькулятор атмосферы и конвертер геометрической высоты в давление

Эксперименты [ править ]

  • Фильмы об экспериментах с атмосферным давлением с веб-сайта HyperPhysics Государственного университета Джорджии - требуется QuickTime
  • Тест, показывающий, что банку раздавливают после того, как в ней кипятят воду, а затем помещают ее в ванну с ледяной водой.