Atmosphäre ist eine Gaswolke, die die Erde umgibt. Das Gewicht der Luft, deren Höhe 900 km übersteigt, hat eine starke Wirkung auf die Bewohner unseres Planeten. Wir spüren das nicht und nehmen das Leben auf dem Grund des Luftozeans als selbstverständlich hin. Eine Person fühlt sich unwohl, wenn sie hoch in die Berge klettert. Sauerstoffmangel führt zu schneller Ermüdung. Gleichzeitig ändert sich der atmosphärische Druck erheblich.
Die Physik beschäftigt sich mit dem atmosphärischen Druck, seinen Veränderungen und den Auswirkungen auf die Erdoberfläche.
Im Physikstudium wird dem Studium der Wirkung der Atmosphäre große Aufmerksamkeit geschenkt. Definitionsmerkmale, Höhenabhängigkeit, Beeinflussung von Vorgängen im Alltag oder in der Natur, werden anhand der Erkenntnisse über die Wirkung der Atmosphäre erklärt.
Wann fangen die Leute an, den atmosphärischen Druck zu studieren? Klasse 6 - Zeit, sich mit den Besonderheiten der Atmosphäre vertraut zu machen. Dieser Prozess setzt sich in spezialisierten Highschool-Klassen fort.
Studiengeschichte
Die ersten Versuche zur Bestimmung des atmosphärischen Luftdrucks wurden 1643 auf Anregung des italienischen Evangelisten unternommenTorricelli. Ein einseitig verschlossenes Glasröhrchen wurde mit Quecksilber gefüllt. Nachdem es sich auf der anderen Seite geschlossen hatte, wurde es in Quecksilber abgesenkt. Im oberen Teil der Röhre bildete sich durch teilweises Ausströmen von Quecksilber ein leerer Raum, der folgenden Namen erhielt: „Torricellian Void“.
Zu dieser Zeit dominierte die Theorie von Aristoteles in der Naturwissenschaft, der glaubte, dass "die Natur Angst vor der Leere hat". Seiner Ansicht nach kann es keinen leeren Raum geben, der nicht mit Materie gefüllt ist. Deshalb hat man lange versucht, die Leere in einer Glasröhre mit anderen Dingen zu erklären.
Es besteht kein Zweifel, dass dies ein leerer Raum ist, er kann mit nichts gefüllt werden, denn zu Beginn des Experiments füllte das Quecksilber den Zylinder vollständig aus. Und ließ nicht zu, dass andere Substanzen den freien Platz füllten. Aber warum wurde nicht das gesamte Quecksilber in das Gefäß gegossen, weil es auch keine Hindernisse gibt? Die Schlussfolgerung liegt nahe: Quecksilber in der Röhre, wie in kommunizierenden Gefäßen, erzeugt auf das Quecksilber im Gefäß den gleichen Druck wie etwas von außen. Auf gleicher Höhe kommt nur die Atmosphäre mit der Quecksilberoberfläche in Kontakt. Es ist ihr Druck, der verhindert, dass die Substanz unter dem Einfluss der Schwerkraft ausströmt. Es ist bekannt, dass Gas in alle Richtungen die gleiche Wirkung erzeugt. Es beeinflusst die Quecksilberoberfläche im Gefäß.
Die Höhe eines Quecksilberzylinders beträgt ca. 76 cm. Es ist zu beachten, dass sich dieser Indikator im Laufe der Zeit ändert, daher ändert sich der atmosphärische Druck. Sie kann in cm Quecksilbersäule gemessen werden. Sp alte (oder in Millimeter).
Welche Einheiten sollen verwendet werden?
Das internationale Einheitensystem ist international, daher werden Millimeter Quecksilbersäule nicht verwendet. Kunst. bei der Druckbestimmung. Die Einheit des atmosphärischen Drucks wird auf die gleiche Weise eingestellt wie bei Festkörpern und Flüssigkeiten. Die Messung des Drucks in Pascal wird in SI akzeptiert.
Für 1 Pa wird ein solcher Druck angenommen, der durch eine Kraft von 1 N pro Fläche von 1 m erzeugt wird2.
Bestimme, wie Maßeinheiten zusammenhängen. Der Druck der Flüssigkeitssäule stellt sich nach folgender Formel ein: p=ρgh. Quecksilberdichte ρ=13600 kg/m3. Nehmen wir als Bezugspunkt eine 760 Millimeter lange Quecksilbersäule. Von hier:
r=13600 kg/m3×9,83 N/kg×0,76 m=101292,8 Pa
Um den atmosphärischen Druck in Pascal aufzuzeichnen, betrachte: 1 mm Hg.=133,3 Pa.
Beispiel zur Problemlösung
Bestimmen Sie die Kraft, mit der die Atmosphäre auf die Oberfläche eines 10x20 m großen Daches wirkt. Der Druck der Atmosphäre wird mit 740 mm Hg. St. angenommen.
p=740 mm Hg, a=10 m, b=20 m.
Analyse
Um die Wirkungsstärke zu bestimmen, müssen Sie den atmosphärischen Druck in Pascal einstellen. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass 1 Millimeter Hg. gleich 133,3 Pa, haben wir folgendes: p=98642 Pa.
Entscheidung
Formel zur Druckbestimmung verwenden:
p=F/s, Da die Dachfläche nicht gegeben ist, nehmen wir an, es sei ein Rechteck. Die Fläche dieser Figur wird durch die Formel bestimmt:
s=ab.
Ersetzen Sie den Wert des Bereichs inBerechnungsformel:
p=F/(ab), woher:
F=pab.
Berechnen: F=98642 Pa×10 m×20 m=19728400 N=1,97 MN.
Antwort: Die Druckkraft der Atmosphäre auf dem Dach des Hauses beträgt 1,97 MN.
Messverfahren
Die experimentelle Bestimmung des atmosphärischen Drucks kann mit einer Quecksilbersäule durchgeführt werden. Wenn Sie die Skala daneben fixieren, können Sie die Änderungen fixieren. Dies ist das einfachste Quecksilberbarometer.
Es war Evangelista Torricelli, die überrascht war, die Änderungen in der Wirkung der Atmosphäre zu bemerken, die diesen Prozess mit Hitze und Kälte in Verbindung brachten.
Der atmosphärische Druck auf Höhe der Meeresoberfläche bei 0 Grad Celsius wurde als optimal bezeichnet. Dieser Wert beträgt 760 mmHg. Der normale atmosphärische Druck in Pascal entspricht 105 Pa.
Es ist bekannt, dass Quecksilber sehr gesundheitsschädlich ist. Daher können offene Quecksilberbarometer nicht verwendet werden. Andere Flüssigkeiten haben eine viel geringere Dichte, daher muss der mit Flüssigkeit gefüllte Schlauch lang genug sein.
Zum Beispiel sollte die von Blaise Pascal geschaffene Wassersäule etwa 10 m hoch sein. Die Unannehmlichkeiten liegen auf der Hand.
Flüssigkeitsbarometer
Ein bemerkenswerter Fortschritt ist die Idee, bei der Herstellung von Barometern von Flüssigkeiten wegzukommen. Die Fähigkeit, ein Gerät zur Bestimmung des Atmosphärendrucks herzustellen, ist in Aneroidbarometern implementiert.
Der Hauptteil dieses Messgeräts ist flachBox, aus der die Luft herausgepumpt wird. Damit es nicht von der Atmosphäre zusammengedrückt wird, ist die Oberfläche gewellt. Die Box ist durch ein Federsystem mit einem Pfeil verbunden, der den Druckwert auf der Skala anzeigt. Letzteres kann in beliebigen Einheiten absolviert werden. Der Luftdruck kann mit einer geeigneten Messskala in Pascal gemessen werden.
Hubhöhe und Luftdruck
Die Änderung der Dichte der Atmosphäre beim Aufsteigen führt zu einer Druckabnahme. Die Inhomogenität der Gashülle erlaubt es nicht, ein lineares Änderungsgesetz einzuführen, da der Grad der Druckabnahme mit zunehmender Höhe abnimmt. An der Erdoberfläche nimmt beim Ansteigen alle 12 Meter die Wirkung der Atmosphäre um 1 mm Hg ab. Kunst. In der Troposphäre tritt alle 10,5 Meter eine ähnliche Veränderung auf.
In der Nähe der Erdoberfläche, in der Höhe eines Flugzeugs, kann ein Aneroid, das mit einer speziellen Skala ausgestattet ist, die Höhe anhand des atmosphärischen Drucks bestimmen. Dieses Gerät wird Höhenmesser genannt.
Ein spezielles Gerät auf der Erdoberfläche ermöglicht es Ihnen, den Höhenmesser auf Null zu setzen, um später damit die Höhe des Aufstiegs zu bestimmen.
Beispiel zur Problemlösung
Am Fuße des Berges zeigte das Barometer einen atmosphärischen Druck von 756 Millimeter Quecksilbersäule an. Wie hoch ist der Wert in einer Höhe von 2500 Metern über dem Meeresspiegel? Es ist erforderlich, den atmosphärischen Druck in Pascal aufzuzeichnen.
r1 =756 mm Hg, H=2500 m, r2 - ?
Entscheidung
Um den Barometerstand in Höhe H zu ermitteln, berücksichtigen wir dasDruckabfall um 1 mm Hg. alle 12 Meter. Also:
(p1 – p2)×12 m=H×1 mmHg, von:
p2=p1 - H×1 mmHg/12m=756 mmHg - 2500 m×1 mmHg/12 m=546 mmHg
Um den erh altenen atmosphärischen Druck in Pascal aufzuzeichnen, gehen Sie wie folgt vor:
p2=546×133, 3 Pa=72619 Pa
Antwort: 72619 Pa.
Luftdruck und Wetter
Die Bewegung atmosphärischer Luftschichten in der Nähe der Erdoberfläche und die ungleichmäßige Erwärmung der Luft in verschiedenen Gebieten führen zu Änderungen der Wetterbedingungen in allen Teilen des Planeten.
Der Druck kann um 20-35 mmHg variieren. langfristig und um 2-4 Millimeter Quecksilbersäule. im Laufe des Tages. Eine gesunde Person nimmt keine Veränderungen dieses Indikators wahr.
Atmosphärischer Druck, dessen Wert unter dem Normalwert liegt und sich häufig ändert, weist auf einen Zyklon hin, der einen bestimmten Zyklon bedeckt hat. Oft wird dieses Phänomen von Bewölkung und Niederschlag begleitet.
Niedriger Luftdruck ist nicht immer ein Zeichen für Regenwetter. Schlechtes Wetter hängt eher von der allmählichen Abnahme des betreffenden Indikators ab.
Ein starker Druckabfall auf 74 Zentimeter Hg. und darunter droht ein Sturm, Schauer, die noch andauern werden, auch wenn der Indikator bereits zu steigen beginnt.
Wetterwechsel zum Besseren erkennen Sie an folgenden Zeichen:
- nach einer langen Schlechtwetterperiode steigt der atmosphärische Druck allmählich und stetig an;
- Druck steigt bei nebligem Matschwetter;
- bei Südwind steigt der betreffende Indikator mehrere Tage hintereinander an;
- ein Anstieg des atmosphärischen Drucks bei windigem Wetter ist ein Zeichen für angenehmes Wetter.
