Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Fysik

Sådan beregnes atmosfæretryk

Luft er en gas, men med henblik på beregning af atmosfærisk tryk kan du betragte den som en væske og beregne trykket ved havoverfladen ved hjælp af udtrykket for fluidtryk. Dette udtryk er P \u003d ∂gh, hvor ∂ er lufttætheden, g er tyngdeaccelerationen, og h er atmosfærens højde. Denne tilgang fungerer dog ikke, fordi hverken ∂ eller h er konstante. Den traditionelle tilgang er i stedet at måle højden på en søjle med kviksølv. Hvis du leder efter atmosfærisk tryk i en bestemt højde, kan du bruge den barometriske formel. Dette er et forholdsvis komplekst forhold, der afhænger af flere variabler, så det er lettere at bare slå den værdi, du har brug for, i en tabel.

TL; DR (for lang; læste ikke)

Forskere beregner atmosfæretrykket ved havoverfladen ved at måle højden på en søjle af kviksølv og beregne det tryk, atmosfæren skal udøve for at hæve søjlen til den højde.
Mercury Barometer

Kviksølv er en væske, så du kan beregne det nødvendige tryk for at understøtte søjlen ved at bruge ligningen P \u003d ∂gh. I denne ligning er the tætheden af kviksølv, og h er højden af søjlen. I SI (metriske) enheder er en atmosfære lig med 101.325 Pa (Pascals), og i britiske enheder er den lig med 14.696 psi (pund pr. Kvadrat tomme). Torr er en anden enhed af atmosfærisk tryk, der oprindeligt var defineret til at være lig med 1 mm Hg. Dens nuværende definition er 1 torr \u003d 133,32 Pa. En atmosfære \u003d 760 torr.
Den barometriske formel

Selvom du ikke kan udlede atmosfærisk tryk ved havets overflade fra den samlede højde af atmosfæren, kan du beregne ændringer i lufttryk fra en højde til en anden. Denne kendsgerning fører sammen med andre overvejelser, herunder den ideelle gaslov, til et eksponentielt forhold mellem havoverfladen (P 0) og trykket i højden h (P h). Dette forhold, kendt som den barometriske formel, er:

P h \u003d P 0e -mgh /kT

  • m \u003d masse af en luft molekyle

  • g \u003d acceleration på grund af tyngdekraft

  • k \u003d Boltzmanns konstant (ideel gaskonstant divideret med Avogadros antal)

  • T \u003d temperatur


    Selvom denne ligning forudsiger tryk i forskellige højder, afviger dens forudsigelser fra observation. For eksempel forudsiger det et tryk på 25 torr i en højde på 30 km (19 mi), men det observerede tryk i denne højde er kun 9,5 torr. Uoverensstemmelsen skyldes primært, at temperaturerne er koldere i højere højder.