Атмосферное давление - Atmospheric pressure

«Давление воздуха» перенаправляется сюда. О давлении воздуха в других системах см. Давление.

Атмосферное давление, также известный как барометрическое давление (после барометр ), это давление в пределах атмосфера Земли. В стандартная атмосфера (символ: атм) - это единица измерения давления, определяемая как 101,325.Па (1,013.25 гПа; 1,013.25 мбар ), что эквивалентно 760 мм рт., 29.9212 дюймы Hg, или 14,696 psi.[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 приблизительно соответствует гидростатическое давление вызвано масса из воздуха над точкой измерения. В качестве высота увеличивается, уменьшается масса вышележащей атмосферы, так что атмосферное давление уменьшается с увеличением высоты. Давление измеряет силу на единицу площади, с Единицы СИ из Паскалях (1 паскаль = 1 ньютон за квадрат метр, 1 Н / м2). В среднем столб воздуха с площадью поперечного сечения 1 кв. сантиметр (см2), измеренный от среднего (среднего) уровень моря к верху атмосферы Земли, имеет масса около 1,03 килограмм и оказывает сила или «вес» около 10,1 ньютоны, в результате чего давление составляет 10,1 Н / см2 или 101 кН / м2 (101 килопаскаль, кПа). Столб воздуха с площадью поперечного сечения 1 в2 имел бы вес около 14,7 фунтж, давая давление 14,7 фунтж/в2.

Механизм

Атмосферное давление вызывается гравитационным притяжением планеты к атмосферным газам над поверхностью и является функцией массы планеты, радиуса поверхности, количества и состава газов и их вертикального распределения в пространстве. Атмосфера.[2][3] Он изменяется из-за вращения планет и местных эффектов, таких как скорость ветра, изменения плотности из-за температуры и изменения состава.[4]

Среднее давление на уровне моря

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). ЭРА-15 повторный анализ.
Барометрический самолет типа Коллсмана высотомер (используется в Северной Америке) с отображением высота 80 футов (24 м), откалибровано для давления на уровне моря 29,87 дюйма ртутного столба.

В среднее давление на уровне моря (MSLP) - атмосферное давление при средний уровень моря (PMSL). Это атмосферное давление, которое обычно указывается в сводках погоды по радио, телевидению и в газетах или в Интернет. Когда барометры в домашних условиях настроены в соответствии с местными сводками погоды, они измеряют давление с поправкой на уровень моря, а не фактическое местное атмосферное давление.

В установка высотомера в авиации - регулировка атмосферного давления.

Средний давление на уровне моря составляет 1013,25 мбар (101,325 кПа; 29,921 дюйм рт. ст .; 760,00 мм рт. ст.). В авиации сводки погоды (METAR ), QNH передается по всему миру в миллибарах или гектопаскалях (1 гектопаскаль = 1 миллибар), за исключением Соединенные Штаты, Канада, и Колумбия где это сообщается в дюймы ртутного столба (до двух знаков после запятой). США и Канада также сообщают давление на уровне моря SLP, который настроен на уровень 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 метеорологическим кодам США передаются только 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. Самый высокий давление на уровне моря на земной шар происходит в Сибирь, где Сибирская Школа часто достигает давление на уровне моря выше 1050 мбар (105 кПа; 31 дюйм рт. ст.) с рекордными значениями, близкими к 1085 мбар (108,5 кПа; 32,0 дюйма рт. ст.). Самый низкий измеримый давление на уровне моря находится в центре тропические циклоны и торнадо, с рекордно низкий 870 мбар (87 кПа; 26 дюймов рт. ст.).

Поверхностное давление

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

Поверхностное давление атмосферное давление в месте на земной шар поверхность (местность и океаны ). Он прямо пропорционален масса воздуха над этим местом.

По численным причинам атмосферные модели, такие как модели общей циркуляции (GCM) обычно предсказывают безразмерную логарифм поверхностного 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 (ЭТО ) 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

Дальнейшая информация: Барометрическая формула и Изменение давления по вертикали
Очень местный шторм выше Snæfellsjökull (Исландия ), показывая облака, образованные на горе орографический подъемник
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 ​​увеличением атмосферного давления, зафиксированным на высоте 9000 футов (2700 м) и 1000 футов (300 м), когда она была опущена к уровню 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 вершины мезосфера. 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 точное значение. 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 пределах тропосфера, следующее уравнение ( барометрическая формула ) связывает атмосферное давление п на высоту час:

где постоянные параметры описаны ниже:

ПараметрОписаниеЦенить
п0Стандартное атмосферное давление на уровне моря101325 Па
LГрадиент температуры, = грамм/cп для сухого воздуха~ 0.00976 К / м
cпУдельная теплоемкость при постоянном давлении1004.68506 Дж / (кг · К)
Т0Стандартная температура на уровне моря288.16 K
граммУскорение силы тяжести на поверхности земли9.80665 РС2
MМолярная масса сухого воздуха0.02896968 кг / моль
р0Универсальная газовая постоянная8.314462618 Дж / (моль · К)

Местная вариация

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. Погода и климат. Видеть система давления о влиянии колебаний атмосферного давления на погоду.

Атмосферное давление показывает суточный или полусуточный (дважды в день) цикл, вызванный глобальным атмосферные приливы. 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

Самое высокое барометрическое давление, приведенное к уровню моря, когда-либо зарегистрированное на Земле (выше 750 метров), составляло 1084,8 гПа (32,03 дюйма ртутного столба), измеренное в Тосонценгель, Монголия 19 декабря 2001 г.[9] Самое высокое барометрическое давление, приведенное к уровню моря, когда-либо зарегистрированное (ниже 750 метров) было в Агате в Эвенкийский автономный округ, Россия (66 ° 53 ' С.ш. 93 ° 28 ' E, высота над уровнем моря: 261 м (856 футов) 31 декабря 1968 г. - 1083,8 гПа (32,005 дюйма рт. Ст.).[10] Дискриминация происходит из-за проблемных допущений (предполагая стандартную частоту отклонений), связанных с понижением уровня моря с большой высоты.[9]

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

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

Измерение на основе глубины воды

Один атмосфера (101,325 кПа или 14,7 фунтов на квадратный дюйм) - это также давление, вызванное весом столба пресной воды примерно 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 всасывание в стандартных атмосферных условиях.

Низкое давление, например натуральный газ строки иногда указываются в дюймы воды, обычно пишется как Туалет. (водяного столба) или w.g. (дюйм водомера). Типичный газовый бытовой прибор в США рассчитан на максимальное давление 1/2 фунта на квадратный дюйм, что составляет примерно 14 вод. (3487 Па или 34,9 мбар). Подобные метрические единицы с большим разнообразием названий и обозначений на основе миллиметры, сантиметры или счетчики сейчас используются реже.

Температура кипения воды

Кипящая вода

Чистая вода кипит при 100 ° C (212 ° F) при нормальном атмосферном давлении. Точка кипения - это температура, при которой давление газа 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 же приготовление под давлением. Грубую оценку высоты можно получить, измерив температуру, при которой вода закипает; в середине 19 века этим методом воспользовались исследователи.[16]

Измерение и карты

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 г. Маскелайн был Подтверждая теорию тяготения Ньютона в и дальше Schiehallion гора в Шотландии, и ему нужно было точно измерить высоту на склонах горы. Уильям Рой, используя барометрическое давление, смог подтвердить определения высоты Маскелайна с точностью до одного метра (3,28 фута). Этот метод стал и остается полезным для геодезических работ и составления карт.[17]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Международная организация гражданской авиации. Руководство Стандартная атмосфера ИКАО, Doc 7488-CD, третье издание, 1993 г. ISBN  92-9194-004-6.
  2. ^ «атмосферное давление (энциклопедическая запись)». Национальная география. Получено 28 февраля 2018.
  3. ^ «Вопросы и ответы: давление - сила тяжести имеет значение?». Кафедра физики. Университет Иллинойса Урбана-Шампейн. Получено 28 февраля 2018.
  4. ^ Джейкоб, Дэниел Дж. (1999). Введение в химию атмосферы. Издательство Принстонского университета. ISBN  9780691001852.
  5. ^ Пример METAR CYVR Nav Canada
  6. ^ Монреаль Текущая погода, CBC Montreal, Канада, получено 2014-03-30
  7. ^ Джейкоб, Дэниел Дж. Введение в химию атмосферы. Издательство Принстонского университета, 1999.
  8. ^ Быстрый вывод, связывающий высоту с атмосферным давлением В архиве 2011-09-28 на Wayback Machine от Portland State Aerospace Society, 2004, по состоянию на 05032011
  9. ^ а б В мире: самое высокое атмосферное давление на уровне моря выше 750 м, Wmo.asu.edu, 19 декабря 2001 г., архивировано с оригинал на 2012-10-17, получено 2013-04-15
  10. ^ Мир: самое высокое давление воздуха на уровне моря ниже 750 м, Wmo.asu.edu, 1968-12-31, архивировано с оригинал на 2013-05-14, получено 2013-04-15
  11. ^ Kramer, MR; Springer C; Беркман Н; Глейзер М; Бублил М; Бар-Ишай Э; Годфри С. (март 1998 г.). «Реабилитация больных гипоксемией с ХОБЛ на малой высоте на Мертвом море, самом низком месте на земле» (PDF). Грудь. 113 (3): 571–575. Дои:10.1378 / сундук.113.3.571. PMID  9515826. Архивировано из оригинал (PDF) на 2013-10-29.
  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. В архиве из оригинала от 6 декабря 2010 г.. Получено 2010-11-23.
  14. ^ Давление газа, Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu, получено 2012-10-17
  15. ^ Кулинария на высоте, Crisco.com, 30 сентября 2010 г., архивировано с оригинал на 2012-09-07, получено 2012-10-17
  16. ^ Berberan-Santos, M.N .; Бодунов, Э. Н .; Поляни, Л. (1997). «О барометрической формуле». Американский журнал физики. 65 (5): 404–412. Bibcode:1997AmJPh..65..404B. Дои:10.1119/1.18555.
  17. ^ Хьюитт, Рэйчел, Карта нации - биография артиллерийского обзора ISBN  1-84708-098-7

внешняя ссылка

Эксперименты