Fisico

Valore normale della pressione atmosferica, come viene misurato, esempi

Valore normale della pressione atmosferica, come viene misurato, esempi

IL pressione atmosferica È causato dal peso dei gas che compongono l'atmosfera sulla superficie terrestre. Si stima che la massa dell'atmosfera sia di circa 5 x 1018 kg e tutti gli esseri viventi sono soggetti alla pressione che la massa esercita.

Il primo a misurarla fu lo scienziato evangelista italiano Torricelli (1608-1647). Ha effettuato nel 1644 un esperimento semplice ma molto geniale: riempì completamente un tubo di vetro chiuso da un'estremità con mercurio, lo investiva e lo rovesciò all'interno di un contenitore che conteneva anche mercurio.

Figura 1. Barometro aneroide per misurare la pressione atmosferica, a differenza del barometro al mercurio, non contiene liquido. Fonte: Wikimedia Commons.

Torricelli osservò che il tubo non era completamente svuotato, ma era pieno di mercurio ad un'altezza di 76 cm. Sorpreso, ha fatto molti test con i tubi in un modo diverso, ottenendo sempre lo stesso risultato.

In questo modo, Torricelli si rese conto che la pressione atmosferica sollevava e manteneva la colonna di mercurio all'interno del tubo ad un'altezza di 760 mm. In questo modo viene stabilito il valore medio della pressione atmosferica.

Poiché la pressione è definita come forza per unità di area, le unità di pressione atmosferica nel sistema internazionale sono Newton/Metro o Pascal, che è abbreviata PA. Quindi in questo sistema, pressione atmosferica PATM Ha un valore di:

PATM = 101.354,8 Pa

Questo è il valore normale della pressione atmosferica a 0 ºC e a livello del mare.

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Pressione atmosferica a livello del mare e altre varianti

In teoria, il valore massimo della pressione atmosferica è solo a livello del mare. Sebbene a questo livello vi sia così tanta variabilità, gli esperti devono impostare un sistema di riferimento che li aiuti a determinare il loro valore.

Successivamente, i principali fattori che influenzano il valore della pressione atmosferica in un determinato luogo sulla Terra:

-Altitudine: Per ogni 10 metri di altezza, la pressione diminuisce di 1 mm di Hg. Ma succede anche che la densità del gas che compone l'atmosfera non sia costante. In linea di principio, all'aumentare dell'altitudine, la densità dell'aria diminuisce.

figura 2. Altimetro, uno strumento che misura l'altitudine sul livello del mare in base alle variazioni di pressione. Fonte: Pixabay.

-Temperatura: Ovviamente a una temperatura più alta la densità diminuisce e l'aria pesa meno, quindi il valore della pressione diminuisce.

-Latitudine: La pressione atmosferica è inferiore nelle latitudini equatoriali, perché la terra non è una sfera perfetta. La costa a livello dell'Ecuador è più lontano dal centro della terra rispetto ai poli e lì la densità dell'aria è anche inferiore.

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-Continente: Più si sposta all'interno dei continenti, maggiore è la pressione atmosferica, mentre nei luoghi costiere, la pressione è inferiore.

Variazione della pressione atmosferica con altezza

IL equazione altimetrica che mette in relazione la pressione atmosferica P di un posto con la sua altezza z A livello del mare, ha questa forma:

Qui PO È la pressione esistente all'altezza iniziale o di riferimento, che viene normalmente presa a livello del mare, ρO La densità dell'aria a livello del mare e G Il valore dell'accelerazione della gravità. Successivamente, la detrazione passo dopo passo è nella sezione di esercizio è passo dopo passo.

Come viene misurata la pressione atmosferica?

La pressione atmosferica viene misurata con il barometro. Il più semplice è come Torricelli costruito, basato su Mercurio. L'inclinazione o il diametro del tubo non alterano l'altezza della colonna di mercurio, a meno che i fattori meteorologici non siano responsabili di farlo.

Ad esempio, le nuvole si formano in regioni a bassa pressione. Quindi quando la lettura del barometro diminuisce, è un'indicazione che il maltempo sta arrivando.

In realtà potrebbero anche essere usati altri liquidi al posto del mercurio, ad esempio un barometro ad acqua. Il problema è che la dimensione della colonna è di 10,33 m, molto poco pratico da trasportare.

Ci sono anche gli strumenti che misurano la pressione in modo meccanico: deformazioni in tubi o spirali -: i barometri aneroidi e manometri. Possono misurare la differenza di pressione tra due punti o anche misurare una pressione pressione atmosferica come riferimento.

Unità di pressione

Il normale valore di pressione serve a definire una nuova unità di pressione: l'atmosfera, abbreviata ATM. La pressione atmosferica vale 1 atm; In questo modo possono essere espresse altre pressioni in termini di pressione atmosferica, che è un valore molto familiare per tutti:

1 atm = 101.293 pa

La tabella seguente mostra le unità più utilizzate nella scienza e ingegneristica per misurare la pressione e la corrispondente equivalenza in Pascal:

Unità Equivalenza in Pascal
 N/m2 1
 ATM 101.355
 mm hg 133.3
 Lb/plg2 6894.76
 sbarra 1x 105

Pressione idrostatica, assoluta e manometrica

Sulla superficie libera di un liquido in equilibrio statico e aperto all'atmosfera, la pressione atmosferica agisce. Ma nei punti interni del liquido, il peso della colonna fluida agisce ovviamente.

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Il peso della colonna dipende dalla sua altezza e dalla densità del liquido, che significheremo costante, nonché dalla temperatura. In questo caso, la pressione P è:

P = ρ. G. z

Questo è il Pressione idrostatica in qualsiasi momento all'interno di un fluido con densità costante ed è direttamente proporzionale alla profondità z del fluido.

Riferendosi a pressione assoluta Paddominali In un fluido di riposo, è definito come la somma della pressione atmosferica pATM e la pressione idrostatica P:

Paddominali = PATM + P

Infine, pressione manometrica pUomo In un fluido di riposo c'è la differenza tra pressione assoluta e atmosferica e in tal caso è equivalente a misurare la pressione idrostatica:

PUomo = Paddominali - PATM

Esempi

La forza che l'atmosfera esercita sul corpo

L'entità della forza totale esercitata dall'atmosfera può essere stimata su un corpo umano. Supponiamo che il corpo abbia circa una superficie di 2 m2, Poiché la pressione è definita come forza per unità di area, possiamo cancellare e calcolare la forza:

P = f/a → f = p. A

Per questo calcolo useremo il valore normale della pressione atmosferica stabilita all'inizio:

F = 101.354,8 pa x 2 m2 = 202.710 n

Questo risultato è equivalente a circa 20 tonnellate di forza, ma non rappresenta un problema per gli esseri viventi che abitano la superficie della terra, che sono adattati a questo, proprio come il pesce nel mare.

Sebbene sia una forza abbastanza grande. Come non crolliamo davanti a lei?

Bene, la pressione all'interno del corpo è uguale alla pressione esterna. Non crolliamo perché la forza verso l'interno si sta bilanciando con un'altra forza fuori. Ma alcune persone sono colpite dall'altitudine e possono sanguinare per il naso quando scalano montagne molto alte. È dovuto al fatto che l'equilibrio tra pressione sanguigna e pressione atmosferica è stato alterato.

Sorseggia le bevande con una cannuccia o una cannuccia

La pressione atmosferica consente di bere soda con una cannuccia o pitillo. I Sumeri e altre antiche culture avevano scoperto che potevano bere birra usando steli o canne di piante come sorbetti.

Molto più tardi, alla fine del XIX secolo e all'inizio del 20 ° secolo, vari modelli di paglia furono brevettati negli Stati Uniti, compresi quelli che trasportavano un gomito a forma di accordi, ampiamente usati oggi.

Figura 3. La pressione atmosferica consente sipilla o paglia. Fonte: Pixabay.

Funzionano in questo modo: poiché il liquido viene assorbito dalla cannuccia, la pressione viene ridotta sopra il liquido in essa e questo rende la pressione sottostante, il che è maggiore, guida il liquido per berlo facilmente.

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Per questo motivo, dopo un'estrazione o una chirurgia dentale, non si raccomanda di sorseggiare i liquidi in questo modo, poiché la diminuzione della pressione può aprire la ferita e iniziare a sanguinare.

Esercizi

- Esercizio 1

Dedurre l'equazione altimetrica P (Z):

Dove:

-PO è la pressione a livello di riferimento (livello del mare)

-Z è l'altezza

-ρO È la densità del fluido a livello del mare

-G è il valore dell'accelerazione della gravità

Soluzione

Innanzitutto, sia Dp Una pressione differenziale, che secondo l'equazione fondamentale dell'idrostatico è espressa come:

Dp = - ρ.G.Dz

Meno segno tiene conto del fatto che la pressione diminuisce con l'aumento di z. Si presume anche che l'aria sia un gas ideale, quindi la pressione e la densità sono correlate attraverso:

P = ρ.R.T/m

ρ = (m/rt).P

La densità viene immediatamente sostituita per ottenere:

Dp = - (m/rt).P.G.Dz

Ora, scrivere la pressione in questo modo presuppone che l'atmosfera sia divisa in strati di altezza Dz, Qualcosa come un mucchio di pancake, ognuno con pressione Dp. In questo modo si ottiene un'equazione differenziale che viene risolta separando le variabili P E z:

dp/p = -(M/RT).G.Dz

Quindi è integrato su entrambi i lati, il che equivale ad aggiungere i contributi di pressione apportati da ogni livello. Nell'integrale della sinistra viene fatto da una pressione PO Iniziale, fino a una pressione P finale. Allo stesso modo, nell'integrale a destra viene valutato zO Fino a z:

Dopo aver valutato l'integrale, rimane:

ln (p/pO) = - (m/rt).G.(Z-ZO)

Quello che segue è di eliminare P mediante esponenziale:

Finalmente, così tanto T COME G Rimangono costanti, ρO= (M/RT)PO, Quindi m/rt = ρO / PO,  E può anche essere fatto zO = 0. Raccogliere tutto questo:

- Esercizio 2

Qual è il valore della pressione atmosferica a La Paz, Bolivia situata a 3640 m sul livello del mare? Prendi il valore di 1.225 kg/m come densità dell'aria media3 a livello del mare.

Soluzione

I valori numerici riportati nell'equazione altimetrica sono semplicemente sostituiti:

In conclusione, deriva dal 66% circa della pressione normale.

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. L'atmosfera standard. Recuperato da: AV8n.com
  4. Siviglia University.  Variazione della pressione atmosferica. Recuperato da: Laplace.noi.È.
  5. Wikipedia. Equazione hipsometrica. Recuperato da: è.Wikipedia.org.
  6. Wikipedia. Pressione atmosferica. Recuperato da: è.Wikipedia.org.