ATMOSFERIK BASINÇ: NORMAL DEĞER, NASIL ÖLÇÜLÜR, ÖRNEKLER - FIZIKSEL - 2024

Atmosferik basınç Dünya üzerinde atmosfer oluşturan gazların ağırlığına neden olur. Atmosferin kütlesinin yaklaşık 5 x 10 ¹⁸ kg olduğu ve tüm canlıların bu kütlenin uyguladığı baskıya maruz kaldığı tahmin edilmektedir .

İlk ölçen İtalyan bilim adamı Evangelista Torricelli'dir (1608-1647). 1644'te basit ama çok zekice bir deney gerçekleştirdi: Bir ucu civa ile kapatılmış bir cam tüpü tamamen doldurdu, ters çevirdi ve cıva da içeren bir kaba döktü.

Şekil 1. Atmosferik basıncı ölçmek için aneroid barometre, civa barometresinden farklı olarak sıvı içermez. Kaynak: Wikimedia Commons.

Torricelli, tüpün tamamen boşalmadığını, ancak 76 cm yüksekliğe kadar civa ile doldurulduğunu gözlemledi. Şaşırarak, farklı şekillerde tüplerle birçok test yaptı ve hep aynı sonucu aldı.

Torricelli bu şekilde atmosfer basıncının yükseldiğini fark etti ve civa kolonunu tüpün içinde 760 mm yükseklikte tuttu. Bu şekilde atmosferik basıncın ortalama değeri belirlenir.

Basınç, birim alan başına kuvvet olarak tanımlandığından, Uluslararası Sistemdeki atmosferik basınç birimleri, Pa olarak kısaltılmış olan newton / metre veya pascal'dir. Dolayısıyla bu sistemde, atmosferik basınç P _atm değeri :

Bu, 0 ºC'de ve deniz seviyesinde atmosferik basıncın normal değeridir.

Deniz seviyesinde atmosferik basınç ve diğer varyasyonlar

Teorik olarak, atmosferik basıncın maksimum değeri sadece deniz seviyesindedir. Bu seviyede çok fazla değişkenlik olmasına rağmen, uzmanların değerini belirlemelerine yardımcı olmak için bazı referans sistemleri belirlemeleri gerekir.

Dünya üzerinde belirli bir yerdeki atmosfer basıncının değerini etkileyen ana faktörler şunlardır:

-Yükseklik : Her 10 metrelik yükseklik için basınç 1 mm Hg azalır. Ama aynı zamanda atmosferi oluşturan gazın yoğunluğunun sabit olmadığı da oluyor. Prensip olarak irtifa arttıkça havanın yoğunluğu azalır.

Şekil 2. Altimetre, basınç değişikliklerine dayalı olarak deniz seviyesinden yüksekliği ölçen bir alettir. Kaynak: Pixabay.

- Sıcaklık : Açıktır ki, sıcaklık ne kadar yüksekse yoğunluk azalır ve hava daha az ağırlaşır, bu nedenle basınç değeri düşer.

- Enlem : atmosferik basınç ekvator enlemlerinde daha düşüktür, çünkü Dünya mükemmel bir küre değildir. Ekvatordaki sahil, Dünya'nın merkezinden kutuplardan daha uzaktır ve orada havanın yoğunluğu da daha düşüktür.

- Kıtasallık : Kıtaların iç kısmına doğru ne kadar çok hareket ederse, atmosferik basınç o kadar yüksek olurken kıyı kesimlerinde basınç daha düşüktür.

Atmosfer basıncının yükseklik ile değişimi

Bir yerin atmosferik basıncını P deniz seviyesinden yüksekliği z ile ilişkilendiren altimetrik denklem şu forma sahiptir:

Burada P _o , normalde deniz seviyesinde alınan başlangıç ​​veya referans yüksekliğindeki basınç, ρ _veya deniz seviyesinde hava yoğunluğu ve g yerçekimi ivmesinin değeridir. Çözülmüş alıştırmalar bölümünde daha sonra adım adım kesinti yapılır.

Atmosferik basınç nasıl ölçülür?

Barometre ile atmosferik basınç ölçülür. En basit olanı, Torricelli'nin cıvaya dayalı olarak inşa ettiği gibidir. Borunun eğimi veya çapı, iklim faktörleri bundan sorumlu olmadıkça cıva sütununun yüksekliğini değiştirmez.

Örneğin, düşük basınç bölgelerinde bulutlar oluşur. Yani barometre okuması düştüğünde, bu kötü havanın geleceğinin bir işaretidir.

Aslında cıva yerine başka sıvılar da kullanılabilir, örneğin bir su barometresi yapılabilir. Sorun, kolonun boyutunun 10.33 m olması ve taşınması çok pratik değil.

Basıncı mekanik olarak ölçen aletler de vardır - tüpler veya spirallerdeki deformasyonlar yoluyla -: aneroid barometreler ve manometreler. İki nokta arasındaki basınç farkını ölçebilir veya ayrıca atmosferik basıncı referans alarak bir basıncı da ölçebilirler.

Basınç birimleri

Normal basınç değeri, yeni bir basınç birimini tanımlamak için kullanılır: atmosfer, kısaltılmış atm. Atmosferik basınç 1 atm; bu şekilde, diğer basınçlar, herkes için çok tanıdık bir değer olan atmosferik basınç cinsinden ifade edilebilir:

Aşağıdaki tablo, bilim ve mühendislikte basıncı ölçmek için en çok kullanılan birimleri ve paskal cinsinden karşılık gelen eşdeğerini göstermektedir:

Birim	Pascal cinsinden eşdeğerlik
N / m 2	bir
ATM	101.355
mm Hg	133.3
lb / inç 2	6894.76
birahane	1x 10 5

Hidrostatik, mutlak ve gösterge basıncı

Statik dengede bulunan ve atmosfere açık bir sıvının serbest yüzeyinde atmosferik basınç etki eder. Ancak sıvının iç noktalarında elbette sıvı kolonun ağırlığı etki eder.

Kolonun ağırlığı, yüksekliğine ve sıcaklığını sabit kabul edeceğimiz sıvının yoğunluğuna bağlıdır. Bu durumda P basıncı:

Bu, sabit yoğunluğa sahip bir akışkan içinde herhangi bir noktada bulunan hidrostatik basınçtır ve akışkanın derinliği z ile doğru orantılıdır.

Durgun bir akışkanın mutlak basıncı P _{abs ile} ilgili olarak, atmosferik basınç P _atm ve hidrostatik basınç P'nin toplamı olarak tanımlanır :

Son olarak, hareketsiz bir akışkandaki P _man gösterge basıncı , mutlak ve atmosferik basınç arasındaki farktır ve bu durumda hidrostatik basıncın ölçülmesine eşdeğerdir:

Örnekler

Atmosferin vücuda uyguladığı kuvvet

Atmosferin bir insan vücuduna uyguladığı toplam kuvvetin büyüklüğü tahmin edilebilir. Gövde 2 m yaklaşık olarak bir yüzey alanına sahip olduğunu varsayalım ² basınç birim alan başına kuvvet olarak tanımlanır çünkü, biz çözmek ve kuvvet hesaplanabilir:

Bu hesaplama için, başlangıçta oluşturulan normal atmosferik basınç değerini kullanacağız:

Bu sonuç aşağı yukarı 20 ton kuvvete denktir, ancak denizdeki balıklar gibi Dünya yüzeyinde yaşayan, buna adapte olmuş canlılar için bir sorun teşkil etmez.

Oldukça büyük bir güç olmasına rağmen. Neden ondan önce çökmeyiz?

Vücudun içindeki basınç, dışarıdaki basınca eşittir. İç kuvvet başka bir dış kuvvet tarafından dengelendiği için çökmeyiz. Ancak bazı insanlar irtifadan etkilenir ve çok yüksek dağlara tırmanırken burundan kanama yapabilir. Bunun nedeni, kan basıncı ile atmosferik basınç arasındaki dengenin bozulmasıdır.

İçecekleri pipet veya pipetle yudumlayın

Atmosferik basınç, bir pipet veya pipetle soda içmeyi mümkün kılar. Sümerler ve diğer antik kültürler, içi boş bitki saplarını veya kamış olarak kamışları kullanarak bira içebileceklerini keşfetmişlerdi.

Çok daha sonra, 19. yüzyılın sonlarında ve 20. yüzyılın başlarında, günümüzde yaygın olarak kullanılan akordeon biçimli dirseği olanlar da dahil olmak üzere, Amerika Birleşik Devletleri'nde çeşitli pipet modelleri patentlendi.

Şekil 3. Atmosferik basınç, pipetle yudumlamanızı sağlar. Kaynak: Pixabay.

Şu şekilde çalışırlar: Sıvı pipetin içinden emildikçe, pipetteki sıvının üzerindeki basınç azalır ve bu da daha yüksek olan alttaki basıncın, kolay içme için sıvıyı yukarı doğru itmesine neden olur.

Bu nedenle, çekim veya diş ameliyatı sonrasında, basınçtaki azalma yaranın açılmasına ve kanamaya başlamasına neden olabileceğinden, sıvıları bu şekilde yudumlamak tavsiye edilmez.

Egzersizler

- 1. Egzersiz

Altimetrik denklemi P (z) türetin:

-Po, referans seviyedeki (deniz seviyesi) basınçtır

-z yüksekliktir

-ρ _o , sıvının deniz seviyesindeki yoğunluğudur

-g yerçekimi ivmesinin değeridir

Çözüm

İlk olarak, dp, hidrostatiğin temel denklemine göre şu şekilde ifade edilen bir diferansiyel basınç olsun:

Eksi işareti, z arttıkça basıncın azaldığını dikkate alır. Havanın da ideal bir gaz olduğu varsayılacaktır, bu nedenle basınç ve yoğunluk aşağıdakilerle ilişkilidir:

Yoğunluk, aşağıdakileri elde etmek için hemen ikame edilir:

Şimdi, bu şekilde yazma baskısı, atmosferin dz yüksekliğinde katmanlara bölündüğünü varsayar, her biri dp basıncına sahip bir krep yığını gibi bir şey. Bu şekilde, p ve z değişkenlerini ayırarak çözülen bir diferansiyel denklem elde edilir:

Daha sonra, her bir katman tarafından yapılan basınç katkılarının eklenmesine eşdeğer olan her iki tarafa da entegre edilir. Soldaki integralde, bir P basıncından _veya başlangıçtan son P basıncına kadar yapılır. Aynı şekilde, sağdaki integral z _o'dan z'ye:

Aşağıdaki, üstel kullanarak P'yi çözmektir:

Son olarak, hem T hem de g sabit tutulursa, ρ _o = (M / RT) P _o , o zaman M / RT = ρ _o / P _o ve ayrıca z _o = 0 yapabiliriz. Tüm bunları bir araya getirerek:

- Egzersiz 2

Bolivya, La Paz'da deniz seviyesinden 3640 m yüksekte bulunan atmosferik basıncın değeri nedir? 1225 kg / m olarak ortalama hava yoğunluğu atın ³ deniz seviyesinde.

Çözüm

Altimetrik denklemde verilen sayısal değerleri basitçe değiştirin:

Sonuç olarak, normal basıncın yaklaşık% 66'sıdır.

Referanslar

1. Figueroa, D. (2005). Seri: Bilim ve Mühendislik için Fizik. Cilt 5. Akışkanlar ve Termodinamik. Douglas Figueroa (USB) tarafından düzenlendi.
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fizik: Dünyaya Bir Bakış. 6. kısaltılmış baskı. Cengage Learning.
3. Standart Atmosfer. Av8n.com'dan kurtarıldı
4. Sevilla Üniversitesi. Atmosferik basıncın değişimi. Kurtarıldı: laplace.us.es.
5. Vikipedi. Hipsometrik denklem. Es.wikipedia.org adresinden kurtarıldı.
6. Wikipedia. Atmosferik basınç. Es.wikipedia.org adresinden kurtarıldı.