- Experimentet
- Mätningen av atmosfärstrycket
- Torricelli-barometern
- Betydelsen av atmosfärstrycket för klimatet
- han
- Höjdmätare
- referenser
Det experiment Torricelli utfördes av fysiska och italienska matematiker Evangelista Torricelli 1644 och resulterade i den första mätningen av atmosfärstrycket.
Detta experiment härstammar från behovet av att förbättra vattenförsörjningen i städer. Evangelista Torricelli (1608-1647), som var domstolsmatematiker för Grand Duke of Tuscany Ferdinand II, hade studerat hydrauliska fenomen tillsammans med Galileo.
Bild 1. Torricellis experiment, där kvicksilverstammen stiger 760 mm på grund av atmosfärstryck. Källa: F. Zapata.
Experimentet
1644 gjorde Torricelli följande experiment:
- Han införde kvicksilver i ett rör 1 m långt, öppet i ena änden och stängde i den andra.
- När röret var helt fullt inverterade han det och dumpade det i en behållare som också innehöll kvicksilver.
- Torricelli observerade att kolonnen föll ner och stannade på cirka 76 cm hög.
- Han märkte också att ett vakuum hade genererats i utrymmet som var fritt, men inte perfekt.
Torricelli upprepade experimentet med olika rör. Han gjorde till och med en liten variation: han satte vatten i skopan, som, när han var lättare, flöt på kvicksilver. Sedan höjde han långsamt röret innehållande kvicksilver till ytan av vattnet.
Då gick kvicksilveret ner och vattnet gick upp. Som vi redan sagt var vakuumet inte perfekt eftersom det alltid fanns kvar rester av kvicksilverånga eller vatten.
Mätningen av atmosfärstrycket
Atmosfären är en blandning av gaser där kväve och syre dominerar, med spår av andra gaser som argon, koldioxid, väte, metan, kolmonoxid, vattenånga och ozon.
Den gravitationella attraktionen som utövas av jorden är ansvarig för att hålla hela omgivningen.
Naturligtvis är kompositionen inte enhetlig och inte heller densiteten, eftersom den beror på temperaturen. Nära ytan finns en god mängd damm, sand och föroreningar från naturliga händelser och även från mänsklig aktivitet. De tyngre molekylerna är närmare marken.
Eftersom det finns så stor variation är det nödvändigt att välja en referenshöjd för atmosfärstryck, som för enkelhets skull har tagits som havsnivå.
Här är det inte bara någon havsnivå, eftersom det också ger fluktuationer. Nivån eller datumet väljs med hjälp av ett geodetiskt referenssystem fastställt genom gemensamt avtal mellan experterna.
Vad är det atmosfäriska trycket nära marken värt? Torricelli fann dess värde när han mätte kolonnens höjd: 760 mm kvicksilver.
Torricelli-barometern
På toppen av röret är trycket 0, eftersom ett vakuum har upprättats där. Under tiden, på ytan av kvicksilver karet, trycket P 1 är atmosfärstryck.
Låt oss välja referensramens ursprung på kvicksilverets fria yta, längst upp på röret. Därifrån till ytan av kvicksilver i behållaren, mät H, kolonnens höjd.
Bild 2. Torricelli-barometern. Källa: Allmän fysik för ingenjörer. J. Lay. USACH.
Trycket vid den markerade röda punkten på djupet y 1 är:
När ρ Hg är densiteten för kvicksilver. Eftersom y 1 = H och Po = 0:
Eftersom densiteten för kvicksilver är konstant och allvar är konstant, visar det sig att höjden av kvicksilverpelaren är proportionell mot P 1 , vilket är det atmosfäriska trycket. Att ersätta kända värden:
Enheten för tryck i det internationella systemet är den pascal, förkortade Pa. Enligt Torricellis experiment är atmosfärstrycket 101,3 kPa.
Betydelsen av atmosfärstrycket för klimatet
Torricelli konstaterade att kvicksilvernivån i röret genomgick små variationer varje dag, så han drog slutsatsen att atmosfärstrycket också måste förändras.
Atmosfäriskt tryck är ansvarig för mycket av klimatet, men dess dagliga variationer går obemärkt. Det beror på att de inte är så märkbara som till exempel stormar eller kyla.
Dessa variationer i atmosfärstrycket är emellertid ansvariga för vindarna, som i sin tur påverkar regn, temperatur och relativ fuktighet. När marken värms upp expanderar luften och tenderar att stiga, vilket får trycket att sjunka.
När barometern indikerar högt tryck kan gott väder förväntas, medan det med låga tryck finns möjlighet till stormar. För att göra exakta väderprognoser behöver du dock mer information om andra faktorer.
han
Även om det låter konstigt, eftersom tryck definieras som kraft per enhetsområde, är det i meteorologin giltigt att uttrycka atmosfärstryck i millimeter kvicksilver, som fastställts av Torricelli.
Detta beror på att kvicksilverbarometern fortsätter att användas idag med liten variation sedan den tiden, så att 760 mm Hg till ära för Torricelli är lika med 1 torr. Med andra ord:
Om Torricelli hade använt vatten istället för kvicksilver, skulle höjden på kolonnen vara 10,3 m. Kvicksilverbarometer är mer praktisk eftersom den är mer kompakt.
Andra enheter som används i stor utsträckning är barer och millibar. En millibar är lika med en hectopascal eller 10 2 pascals.
Höjdmätare
En höjdmätare är ett instrument som indikerar höjden på en plats och jämför atmosfärstrycket i den höjden med det på marken eller en annan referensplats.
Om höjden inte är särskilt stor kan vi i princip anta att lufttätheten förblir konstant. Men detta är en approximation, eftersom vi vet att densiteten i atmosfären minskar med höjden.
Med hjälp av ekvationen som används ovan används lufttätheten i stället för kvicksilver:
I detta uttryck tas P o som atmosfärstrycket vid marknivå och P1 är det för den plats vars höjd ska bestämmas:
Den altimetriska ekvationen visar att trycket minskar exponentiellt med höjden: för H = 0, P 1 = P eller och om H → ∞, då P 1 = 0.
referenser
- Figueroa, D. 2005. Serie: Physics for Sciences and Engineering. Volym 5. Vätskor och termodynamik. Redigerad av Douglas Figueroa (USB).
- Kirkpatrick, L. 2007. Fysik: En titt på världen. 6: e förkortade upplagan. Cengage Learning.
- Lay, J. 2004. Allmän fysik för ingenjörer. USACH.
- Mott, R. 2006. Fluid Mechanics. 4:e. Utgåva. Pearson Education.
- Strangeways, I. 2003. Mätning av den naturliga miljön. 2:a. Utgåva. Cambridge University Press.