Атмосферное давление
p <displaystyle p>
Размерность L −1 MT −2
Единицы измерения
СИ Па
СГС дин·см -2
Примечания
скаляр

Атмосфе́рное давле́ние — давление атмосферы, действующее на все находящиеся в ней предметы и на земную поверхность, равное модулю силы, действующей в атмосфере, на единицу площади поверхности по нормали к ней [1] . В покоящейся стационарной атмосфере давление равно отношению веса вышележащего столба воздуха к площади его поперечного сечения. Атмосферное давление является одним из термодинамических параметров состояния атмосферы, оно изменяется в зависимости от места и времени [2] . Давление — величина скалярная, имеющая размерность L −1 MT −2 , измеряется барометром.

Единицей измерения в Международной системе единиц (СИ) является паскаль (русское обозначение: Па; международное: Pa). Кроме того, в Российской Федерации в качестве внесистемных единиц давления допущены к использованию бар, миллиметр ртутного столба, миллиметр водяного столба, метр водяного столба, килограмм-сила на квадратный сантиметр и атмосфера техническая [3] . Атмосферное давление, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0 °C, называется нормальным атмосферным давлением ( 101 325 Па ) [2] .

Содержание

История [ править | править код ]

Традиционно считалось, что всасывающие насосы работают из-за того, что "природа боится пустоты". Но голландец Исаак Бекман в тезисах своей докторской диссертации, защищенной им в 1618 году, утверждал: «Вода, поднимаемая всасыванием, не притягивается силою пустоты, но гонима в пустое место налегающим воздухом» (Aqua suctu sublata non attrahitur vi vacui, sed ab aere incumbentein locum vacuum impellitur).

В 1630 году генуэзский физик Балиани написал письмо Галилею о неудачной попытке устроить сифон для подъема воды на холм высотою примерно 21 метр. В другом письме Галилею (от 24 октября 1630 года) Балиани предположил, что подъем воды в трубе обусловлен давлением воздуха.

Наличие атмосферного давления привело людей в замешательство в 1638 году, когда не удалась затея герцога Тосканского украсить сады Флоренции фонтанами — вода не поднималась выше 10,3 метров. Поиски причин этого и опыты с более тяжёлым веществом — ртутью, предпринятые Эванджелистой Торричелли, привели к тому, что в 1643 году он доказал, что воздух имеет вес [5] . Совместно с В. Вивиани, Торричелли провёл первый опыт по измерению атмосферного давления, изобретя первый ртутный барометр — стеклянную трубку, в которой нет воздуха. В такой трубке ртуть поднимается на высоту около 760 мм [6] .

Изменчивость и влияние на погоду [ править | править код ]

На земной поверхности атмосферное давление изменяется время от времени и от места к месту. Особенно важны определяющие погоду непериодические изменения атмосферного давления, связанные с возникновением, развитием и разрушением медленно движущихся областей высокого давления (антициклонов) и относительно быстро перемещающихся огромных вихрей (циклонов), в которых господствует пониженное давление. Отмечены колебания атмосферного давления на уровне моря в пределах 641 — 816 мм рт. ст. [7] (в центральной части смерча давление падает и может достигать значения 560 мм ртутного столба) [8] .

На картах атмосферное давление изображается с помощью изобар — изолиний, соединяющих точки с одинаковым приземным атмосферным давлением, обязательно приведенным к уровню моря [9] .

Атмосферное давление — очень изменчивый метеоэлемент. Из его определения следует, что оно зависит от высоты соответствующего столба воздуха, его плотности, от ускорения силы тяжести, которая меняется от широты места и высоты над уровнем моря.

1 Па = 0,0075 мм рт. ст., или 1 мм рт. ст. = 133,3 Па

Стандартное давление [ править | править код ]

В химии стандартным атмосферным давлением с 1982 года по рекомендации IUPAC считается давление, равное 100 кПа [10] . Атмосферное давление является одной из наиболее существенных характеристик состояния атмосферы. В покоящейся атмосфере давление в любой точке равно весу вышестоящего столба воздуха с единичным сечением.

В системе СГС 760 мм рт. ст. эквивалентно 1,01325 бар (1013,25 мбар) или 101 325 Па в Международной системе единиц (СИ).

Барическая ступень [ править | править код ]

Высота, на которую надо подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1 гПа (гектопаскаль), называется «барической (барометрической) ступенью». Барической ступенью удобно пользоваться при решении задач, не требующих высокой точности, например, для оценки давления по известной разности высот. Считая, что атмосфера не испытывает существенного вертикального ускорения (то есть находится в квазистатическом состоянии), из основного закона статики получаем, что барическая ступень h <displaystyle h> равна:

h = − Δ z / Δ p = 1 / g ρ . <displaystyle h=-Delta z/Delta p=1/g
ho .>

При температуре воздуха 0 °C и давлении 1000 гПа, барическая ступень равна 8 м/гПа. Следовательно, чтобы давление уменьшилось на 1 гПа, нужно подняться на 8 метров.

С ростом температуры и увеличением высоты над уровнем моря она возрастает (в частности, на 0,4 % на каждый градус нагревания), то есть она прямо пропорциональна температуре и обратно пропорциональна давлению. Величина, обратная барической ступени, — вертикальный барический градиент, то есть изменение давления при поднятии или опускании на 100 метров. При температуре 0 °C и давлении 1000 гПа он равен 12,5 гПа .

Изменения давления с высотой [ править | править код ]

С высотой атмосферное давление уменьшается. Например, горная болезнь начинается на высоте около 2-3 км, а атмосферное давление на вершине Эвереста составляет примерно 1/4 от показателя на уровне моря.

В стационарных условиях атмосферное давление уменьшается по мере увеличения высоты, поскольку оно создаётся лишь вышележащим слоем атмосферы. Зависимость давления от высоты описывается барометрической формулой [11] .

Уравнение статики выражает закон изменения давления с высотой:

− Δ p = g ρ Δ z , <displaystyle -Delta p=g
ho Delta z,>

где: p <displaystyle p> — давление, g <displaystyle g> — ускорение свободного падения, ρ <displaystyle
ho > — плотность воздуха, Δ z <displaystyle Delta z> — толщина слоя. Из основного уравнения статики следует, что при увеличении высоты ( 0>"> Δ z > 0 <displaystyle Delta z>0> 0>"/> ) изменение давления отрицательное, то есть давление уменьшается. Строго говоря, основное уравнение статики справедливо только для очень тонкого (бесконечно тонкого) слоя воздуха Δ z <displaystyle Delta z> . Однако на практике оно применимо, когда изменение высоты достаточно мало по отношению к приблизительной толщине атмосферы.

Приведение к уровню моря [ править | править код ]

Многие метеостанции рассылают так называемые «синоптические телеграммы», в которых указывается давление, приведённое к уровню моря (см. КН-01, METAR). Это делается для того, чтобы давление было сравнимо на станциях, расположенных на разных высотах, а также для нужд авиации. Приведённое давление используется также и на синоптических картах.

При приведении давления к уровню моря используют сокращенную формулу Лапласа:

z 2 − z 1 = 18400 ( 1 + λ t ) lg ⁡ ( p 1 / p 2 ) . <displaystyle z_<2>-z_<1>=18400(1+lambda t)lg(p_<1>/p_<2>).>

То есть, зная давление и температуру на уровне z 2 <displaystyle z_<2>> , можно найти давление p 1 <displaystyle p_<1>> на уровне моря z 1 = 0 <displaystyle z_<1>=0> .

Вычисление давления на высоте h <displaystyle h> по давлению на уровне моря P 0 <displaystyle P_<0>> и температуре воздуха T <displaystyle T> :

P = P 0 e − M g h / R T , <displaystyle P=P_<0>e^<-Mgh/RT>,>

где P 0 <displaystyle P_<0>> — давление Па на уровне моря [Па];
M <displaystyle M> — молярная масса сухого воздуха, M = 0,029 кг/моль;
g <displaystyle g> — ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с²;
R <displaystyle R> — универсальная газовая постоянная, R = 8,31 Дж/моль·К;
T <displaystyle T> — абсолютная температура воздуха, К, T = t + 273 , 15 <displaystyle T=t+273,15> , где t <displaystyle t> — температура Цельсия, выражаемая в градусах Цельсия (обозначение: °C);
h <displaystyle h> — высота, м.

На небольших высотах каждые 12 м подъёма уменьшают атмосферное давление на 1 мм рт. ст. На больших высотах эта закономерность нарушается [5] .

Более простые расчёты (без учёта температуры) дают:

P = P 0 ( 0 , 87 ) h = P 0 ⋅ 10 − 0 , 06 h , <displaystyle P=P_<0>(0,87)^=P_<0>cdot 10^<-0,06h>,>

где h <displaystyle h> — высота в километрах.

Измерения и расчёт показывают в полном согласии, что при подъёме над уровнем моря на каждый километр давление будет падать на 0,1 долю; то же самое относится и к спуску в глубокие шахты под уровень моря — при опускании на один километр давление будет возрастать на 0,1 своего значения.

Речь идёт об изменении на 0,1 от значения на предыдущей высоте. Это значит, что при подъёме на один километр давление уменьшается до 0,9 (точнее 0,87 [прим 1] ) от давления на уровне моря.

В прогнозах погоды и сводках, распространяемых для населения через интернет и по радио, используется неприведённое давление, то есть, фактическое давление на уровне местности.

‘);> //—>
Давление — это физическая величина, численно равная силе, действующей на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности.

1 МПа = 9,869 атмосфер (1 мегапаскаль = 9,869 атмосфер)

Быстро выполнить эту простейшую математическую операцию можно с помощью нашей онлайн программы. Для этого необходимо в соответствующее поле ввести исходное значение и нажать кнопку.

Для сложных расчетов по переводу нескольких единиц измерения в требуемую (например для математического, физического или сметного анализа группы позиций) вы можете воспользоваться универсальными конвертерами единиц измерения.

На этой странице представлен самый простой онлайн переводчик единиц измерения мегапаскали в атмосферы. С помощью этого калькулятора вы в один клик сможете перевести МПа в атмосферы и обратно.

Физика объясняет давление как силу, которая действует на единицу поверхности площади. При воздействии двух одинаковых сил на разные поверхности большей из них будет та, что действует на меньшую площадь. Лезвие острого ножа при давлении на овощ разрежет его, а под воздействием тупого предмета овощ останется целым.

Определение атмосферного давления

Под этим определением понимают воздействие воздуха на определённое место, а именно: столба воздуха на поверхность. Его изменения имеют влияние на погодные условия и температуру воздуха, а также на состояние здоровья людей и животных. Слишком низкий его уровень приводит к физическому и психическому дискомфорту, при ослабленном организме — к серьёзным заболеваниям и летальному исходу.

Давление атмосферы снижается с увеличением высоты. Поэтому в кабинах самолётов специально поддерживают уровень выше того, который за бортом. Люди и животные, проживающие в горной местности, адаптируются к подобным условиям, но путешественникам стоит принять все меры предосторожности для того, чтобы не заболеть высотной болезнью.

Это интересно: система отсчета это что такое в физике — определение и ее виды.

Внесистемная единица измерения

Атмосфера считается внесистемной единицей измерения. Одна атмосфера соответствует давлению на уровне мирового океана. Существует два типа этой единицы измерения:

  • физическая (нормальная или стандартная) атмосфера, краткое обозначение которой — атм;
  • техническая — ат.

Используют эту величину для измерения равномерного перпендикулярного воздействия силы на ровную поверхность. Одна стандартная атмосфера — это давление ртутного столба, высота которого 760 миллиметров, при нулевой температуре и плотности ртути, равной 13 595,04 килограмма на кубический метр.

Приставки «ата» и «ати» использовали раньше для обозначения абсолютных и избыточных показателей. В том случае, когда атмосферное давление меньше абсолютного, рассчитывали разницу, которая и является избытком. Разрежение, или вакуум, — это разница, которую рассчитывают тогда, когда уровень атмосферного давления выше показателя абсолютного.

Общие сведения о паскалях

Такую величину, как паскаль, используют для измерения атмосферной силы, действие которой распространяется строго перпендикулярно на единицу поверхности. Сила в один ньютон на площадь в один метр квадратный равна одному паскалю. Эти цифры указывают на довольно маленькое атмосферное давление, поэтому полученные измерения указывают в мегапаскалях (МПа) или килопаскалях (кПа).

Атмосферное давление в разных сферах деятельности измеряется в различных величинах. К примеру, при его измерении в автомобилях могут указываться такие величины:

  • атмосферы;
  • бары;
  • фунты на один квадратный дюйм;
  • мегапаскали;
  • килограмм силы на один квадратный сантиметр — техническая атмосфера.

Паскаль принадлежит к Международной системе единиц (СИ) и используется также для измерения модулей упругости, предела текучести, механического напряжения, фугитивности, предела пропорциональности, осмотического и звукового давления, сопротивления разрыву и срезу, модуля Юнга.

Размерности единиц измерения этой величины и энергии совпадают, но они описывают разные физические свойства объектов, а значит, не могут считаться эквивалентными. Поэтому паскали не используют как единицу измерения плотности энергии, а давление не измеряют в джоулях.

Общими правилами Международной системы единиц установлено то, что со строчной буквы пишется наименование единицы паскаль, а с заглавной — её обозначение. Это правило сохраняется и при написании других единиц измерения, образованных с использованием паскаля. Впервые об этой величине стало известно во Франции в 1961 году благодаря математику и физику Блезу Паскалю, в честь которого она и была названа.

Это интересно: МПА в атмосферы, как правильно перевести давление?

Мегапаскали

Мегапаскалем называют единицу измерения атмосферного столба, которая кратна паскалю. Для того чтобы перевести мегапаскали в атмосферы, чаще всего используют специальные калькуляторы, многие из которых работают в режиме онлайн.

Один мегапаскаль — это одна тысяча килопаскалей, что, в свою очередь, составляет один миллион паскалей. Сколько атмосфер тогда содержится в мегапаскале? Если точно переводить эти величины, то один мегапаскаль составляет 10,197 ат и 9,8692 атм — технические и физические атмосферы соответственно.

При решении физических задач редко проводят точные вычисления, поэтому стандартную 1 атмосферу в мегапаскалях принимают за 0,1 МПа, а физическую — за 0,987 МПа (при обратном расчёте 1 МПа — это 10 технических атмосфер и 9,87 физических). При этом один миллиметр водного столба равен около 10 Па, ртутного столба — 133 Па. Нормальный показатель — 760 миллиметров ртутного столба — равняется 101 325 паскалей или 101 килопаскалей.