- Deney
- Atmosferik basınç ölçümü
- Torricelli barometresi
- İklim için atmosferik basıncın önemi
- o
- altimetreler
- Referanslar
Deney Toricelli 1644 fiziksel ve İtalyan matematikçi Evangelista Torricelli tarafından gerçekleştirilir ve sonuçlanan içinde atmosfer basıncı ilk ölçümü.
Bu deney, şehirlerdeki su arzını iyileştirme ihtiyacından doğdu. Toskana Büyük Dükü II. Ferdinand'ın saray matematikçisi Evangelista Torricelli (1608-1647), Galileo ile birlikte hidrolik fenomenler üzerinde çalışmıştı.
Şekil 1. Torricelli'nin cıva sütununun atmosferik basınç nedeniyle 760 mm yükseldiği deneyi. Kaynak: F. Zapata.
Deney
1644'te Torricelli şu deneyi yaptı:
- 1 m uzunluğunda, bir ucu açık ve diğer ucu kapalı bir tüpe civa koydu.
- Tüp tamamen dolduğunda ters çevirdi ve cıva da içeren bir kaba boşalttı.
- Torricelli, sütunun aşağı indiğini ve yaklaşık 76 cm yükseklikte durduğunu gözlemledi.
- Ayrıca mükemmel olmasa da boş olan alanda bir boşluk oluştuğunu fark etti.
Torricelli deneyi farklı tüpler kullanarak tekrarladı. Küçük bir değişiklik bile yaptı: kovaya su ekledi, bu daha hafif olduğundan civa üzerinde yüzdü. Sonra cıva içeren tüpü yavaşça su yüzeyine kaldırdı.
Sonra cıva düştü ve su yükseldi. Daha önce de söylediğimiz gibi, elde edilen vakum mükemmel değildi, çünkü her zaman cıva buharı veya su kalıntıları vardı.
Atmosferik basınç ölçümü
Atmosfer, azot ve oksijenin baskın olduğu gazların, eser miktarda argon, karbondioksit, hidrojen, metan, karbon monoksit, su buharı ve ozon gibi diğer gazlarla karışımıdır.
Dünya'nın uyguladığı yerçekimi çekiciliği, gezegeni çevreleyen tümünün korunmasından sorumludur.
Elbette, bileşim tekdüze değildir ve sıcaklığa bağlı olduğu için yoğunluk da değildir. Yüzeyin yakınında, doğal olaylardan ve ayrıca insan faaliyetlerinden kaynaklanan iyi miktarda toz, kum ve kirletici vardır. Daha ağır moleküller yere daha yakındır.
Çok fazla değişkenlik olduğundan, kolaylık sağlamak için deniz seviyesi olarak alınan atmosferik basınç için bir referans irtifa seçmek gerekir.
Burada herhangi bir deniz seviyesi değil, çünkü bu aynı zamanda dalgalanmalar da içeriyor. Seviye veya referans, uzmanlar arasındaki ortak anlaşmayla sabitlenen bazı jeodezik referans sistemleri yardımıyla seçilir.
Zemine yakın atmosferik basıncın değeri nedir? Torricelli, sütunun yüksekliğini ölçtüğünde değerini buldu: 760 mm cıva.
Torricelli barometresi
Tüpün tepesinde basınç 0'dır, çünkü orada bir vakum tesis edilmiştir. Bu arada, cıva teknesinin yüzeyinde P 1 basıncı atmosferik basınçtır.
Tüpün üst kısmındaki cıvanın serbest yüzeyindeki referans çerçevesinin orijinini seçelim. Oradan kaptaki cıva yüzeyine kadar, H sütunun yüksekliğini ölçün.
Şekil 2. Torricelli barometresi. Kaynak: Mühendisler için Genel Fizik. J. Lay. USACH.
Kırmızıyla işaretlenmiş noktadaki y 1 derinliğindeki basınç :
Ρ Hg cıvanın yoğunluğudur. Y 1 = H ve Po = 0 olduğundan:
Civa yoğunluğunun sabit olduğu ve yer çekimi sabit olduğundan, bu cıva sütunu yüksekliği p ile orantılı olduğu ortaya çıktı 1 , atmosfer basıncıdır. Bilinen değerlerin ikame edilmesi:
Uluslararası Sistemdeki basınç birimi, Pa olarak kısaltılmış paskal'dır. Torricelli'nin deneyine göre, atmosferik basınç 101.3 kPa'dır.
İklim için atmosferik basıncın önemi
Torricelli, tüpteki cıva seviyesinin her gün küçük değişiklikler gösterdiğini gözlemledi, bu nedenle atmosfer basıncının da değişmesi gerektiği sonucuna vardı.
Atmosferik basınç, iklimin büyük bir kısmından sorumludur, ancak günlük değişimler fark edilmez. Örneğin, fırtına veya soğuk kadar belirgin olmamalarıdır.
Bununla birlikte, atmosferik basınçtaki bu değişimler, yağışları, sıcaklığı ve bağıl nemi etkileyen rüzgarlardan sorumludur. Zemin ısındığında, hava genişler ve yükselme eğilimi göstererek basıncın düşmesine neden olur.
Barometre yüksek basınçları gösterdiğinde, iyi hava beklenebilir, düşük basınçlarda ise fırtına olasılığı vardır. Bununla birlikte, doğru hava durumu tahminleri yapmak için diğer faktörler hakkında daha fazla bilgiye ihtiyacınız vardır.
o
Kulağa garip gelse de, basınç birim alan başına kuvvet olarak tanımlandığından, meteorolojide atmosfer basıncını Torricelli tarafından belirlendiği gibi milimetre cıva cinsinden ifade etmek geçerlidir.
Bunun nedeni, cıva barometresinin o zamandan bu yana çok az varyasyonla bugün kullanılmaya devam etmesidir, böylece Torricelli onuruna 760 mm Hg, 1 torr'a eşittir. Diğer bir deyişle:
Torricelli cıva yerine su kullanmış olsaydı, sütunun yüksekliği 10,3 m olurdu. Cıva barometresi daha kompakt olduğu için daha pratiktir.
Yaygın olarak kullanılan diğer birimler çubuklar ve milibarlardır. Bir milibar, bir hektopaskal veya 10 2 pascala eşittir .
altimetreler
Altimetre, bir yerin yüksekliğini gösteren ve o yükseklikteki atmosfer basıncını yerdeki veya başka bir referans yerindekiyle karşılaştıran bir araçtır.
Yükseklik çok büyük değilse, prensip olarak havanın yoğunluğunun sabit kaldığını varsayabiliriz. Ancak bu bir yaklaşımdır, çünkü atmosferin yoğunluğunun yükseklikle azaldığını biliyoruz.
Yukarıda kullanılan denklem kullanılarak, cıva yerine hava yoğunluğu kullanılır:
Bu ifadede P o , yer seviyesindeki atmosferik basınç olarak alınır ve P1, rakımı belirlenecek yerin basıncıdır:
Altimetrik denklem, basıncın yükseklikle üssel olarak azaldığını gösterir: H = 0, P 1 = P veya ve H → ∞ ise P 1 = 0.
Referanslar
- Figueroa, D. 2005. Seri: Bilimler ve Mühendislik için Fizik. Cilt 5. Akışkanlar ve Termodinamik. Douglas Figueroa (USB) tarafından düzenlendi.
- Kirkpatrick, L. 2007. Fizik: Dünyaya Bir Bakış. 6. kısaltılmış baskı. Cengage Learning.
- Lay, J. 2004. Mühendisler için Genel Fizik. USACH.
- Mott, R. 2006. Akışkanlar Mekaniği. 4. Baskı. Pearson Education.
- Strangeways, I. 2003. Doğal Çevrenin Ölçülmesi. 2. Baskı. Cambridge University Press.