Misure di pressione atmosferica sperimentano Torricelli, importanza

Lui Esperimento Torricelli È stato realizzato dal fisico e matematico italiano.

Questo esperimento è nato dalla necessità di migliorare l'approvvigionamento idrico nelle città. L'evangelista Torricelli (1608-1647), che era un matematico della corte del grande duca di Toscana Fernando II, aveva studiato con Galileo i fenomeni idraulici.

Figura 1. L'esperimento di Torricelli, in cui la colonna di mercurio è di 760 mm a causa della pressione atmosferica. Fonte: f. Zapata.

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L'esperimento

Nel 1644, Torricelli fece la seguente esperienza:

- Mercurio introdotto all'interno di un tubo di lunghezza di 1 m, aperto da un'estremità e chiuso dall'altra.

- Quando il tubo era completamente pieno, lo investiva e lo ribaltò in un contenitore che conteneva anche mercurio.

- Torricelli ha osservato che la colonna è scesa e si è fermata a circa 76 cm di altezza.

- Si rese anche conto che nello spazio che era gratuito, era stato generato un vuoto, sebbene non perfetto.

Torricelli ha ripetuto l'esperimento usando tubi diversi. Ha persino effettuato una piccola variante: ha aggiunto acqua al secchio che, essendo più leggero, galleggiava su Mercurio. Quindi il tubo contenente mercurio sulla superficie dell'acqua stava lentamente sollevando.

Poi il mercurio discese e l'acqua stava salendo. Il vuoto ottenuto, come abbiamo già detto, non era perfetto, perché c'erano sempre resti di mercurio o vapore acqueo.

La misura della pressione atmosferica

L'atmosfera è una miscela di gas in cui predominano l'azoto e l'ossigeno, con tracce di altri gas come argon, anidride carbonica, idrogeno, metano, monossido di carbonio, vapore acqueo e ozono.

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L'attrazione gravitazionale esercitata dalla Terra è responsabile di mantenere l'intero circuito del pianeta.

Naturalmente, la composizione non è uniforme, né la densità, perché dipende dalla temperatura. Vicino alla superficie c'è una buona quantità di polvere, sabbia e inquinanti da eventi naturali e anche attività umana. Le molecole più pesanti sono più vicine al terreno.

Poiché c'è così tanta variabilità, è necessario scegliere un'altitudine di riferimento per la pressione atmosferica, che è stata presa come livello del mare.

Qui non è un livello del mare, perché questo presenta anche fluttuazioni. Il livello o Dato Con l'aiuto, viene scelto alcuni sistemi di riferimento geodetico stabiliti da un accordo comune tra gli esperti.

Quanto costa la pressione atmosferica vicino al suolo? Torricelli ha trovato il suo valore quando ha misurato l'altezza della colonna: 760 mm di Mercurio.

Il barometro Torricelli

Nella parte superiore del tubo la pressione è 0, poiché è stato stabilito un vuoto. Nel frattempo, sulla superficie della vasca di Mercurio la pressione P₁ È una pressione atmosferica.

Scegliamo l'origine del sistema di riferimento sulla superficie libera del mercurio, nella parte superiore del tubo. Da lì fino a raggiungere la superficie del mercurio nel contenitore viene misurata H, L'altezza della colonna.

figura 2. Il barometro Torricelli. Fonte: fisica generale per gli ingegneri. J. Posizione. Usach.

La pressione nel punto segnato con rosso, a profondità e₁ È:

P₁ = P_O + ρ_Hg . G.E₁

Dove ρ_Hg  È la densità del mercurio. Da E₁ = H E PO = 0:

P₁ = ρ_Hg . G.H

H = p₁/ ρ_Hg.G

Poiché la densità del mercurio è costante e anche la gravità, si scopre che l'altezza della colonna di mercurio è proporzionale a P_1, Cos'è la pressione atmosferica. Sostituire i valori noti:

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H = 760 mm = 760 x 10 ^-3 M

G = 9.8 m/s²

ρ_Hg = 13.6 g /cc = 13.6 x 10 ³ kg/m³

P₁ = 13.6 x 10 ³ kg/m³ X 9.8 m/s² x 760 x 10 ^-3 M = 101.293 n/m²= 101.3 kN/m²

L'unità per la pressione nel sistema internazionale è la PA Pascal e abbreviata. Secondo l'esperimento di Torricelli, la pressione atmosferica è 101.3 kPa.

Importanza della pressione atmosferica per il clima

Torricelli ha osservato che il livello di mercurio nel tubo ha subito lievi variazioni ogni giorno, quindi ha dedotto che anche la pressione atmosferica dovrebbe cambiare.

La pressione atmosferica è responsabile di gran parte del tempo, tuttavia le sue variazioni giornaliere passano inosservate. È perché non sono notevoli come tempeste o freddi, per esempio.

Tuttavia, queste variazioni della pressione atmosferica sono responsabili dei venti, che a loro volta influenzano le piogge, la temperatura e l'umidità relativa. Quando il terreno si riscalda, l'aria si espande e tende ad aumentare, causando la diminuzione della pressione.

Ogni volta che il barometro indica alte pressioni ci si può aspettare un bel tempo, mentre con basse pressioni c'è una possibilità di tempeste. Tuttavia, per fare previsioni sul clima fondamentale, è necessario avere maggiori informazioni su altri fattori.

Lui Torr e altre unità per la pressione

Sebbene sembri strano, poiché la pressione è definita come forza per unità di area, in meteorologia è valida per esprimere la pressione atmosferica in millimetri di mercurio, come lo ha affermato Torricelli.

È perché il barometro al mercurio continua ad essere usato oggi con poche variazioni da quel momento, in modo che in onore di Torricelli, 760 mm Hg è uguale a 1 Torr. In altre parole:

1 torr = 760 mm hg = 30 pollici di hg = 1 atmosfera di pressione = 101.3 kPa

Se Torricelli avesse usato l'acqua anziché il mercurio, l'altezza della colonna sarebbe 10.3 m. Il barometro al mercurio è più pratico per essere più compatti.

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Altre unità di uso esteso sono bar e millibar. Un millibar è equivalente a un ectopascal o 10² PASCALES.

Altimetri

Un altimetro è uno strumento che indica l'altezza di un luogo, confrontando la pressione atmosferica a quell'altezza con cui c'è a terra o un altro luogo di riferimento.

Se l'altezza non è molto grande, in linea di principio possiamo supporre che la densità dell'aria rimanga costante. Ma questo è un approccio, perché sappiamo che la densità dell'atmosfera diminuisce con l'altezza.

Attraverso l'equazione usata sopra, viene utilizzata la densità dell'aria anziché il mercurio:

P₁ = P_O + ρ_aria . G.H

In questa espressione P_O È preso come pressione atmosferica a livello del suolo e P1 È il luogo la cui altitudine sarà determinata:

H = (P₁ - P_O) / ρ_aria . G

La variazione della pressione con l'altezza è meglio approcci alla realtà con un modello esponenziale, attraverso il quale il equazione altimetrica, Ciò mette in relazione la pressione atmosferica di un luogo con la sua altezza:Dove P_O È la pressione di riferimento, normalmente a livello del mare, P₁ è la pressione del luogo in questione, H la sua altezza rispetto al livello del mare, ρ la densità dell'aria a livello del mare e G Il valore della gravità.

L'equazione altimetrica mostra che la pressione diminuisce esponenzialmente con l'altezza: a H = 0, p₁= P_O e se H → ∞, COSÌ P₁=0.

Riferimenti

1. Figueroa, d. 2005. Serie: Physics for Science and Engineering. Volume 5. Fluidi e termodinamica. A cura di Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, l. 2007. Fisica: uno sguardo al mondo. 6a edizione abbreviata. Apprendimento del Cengage.
3. Lay, j. 2004. Fisica generale per gli ingegneri. Usach.
4. Mott, r. 2006. Meccanica dei fluidi. 4 °. Edizione. Pearson Education. 
5. Strangeways, io. 2003. Misurare l'ambiente naturale. 2 °. Edizione. Cambridge University Press.