В чем измеряется атм давление. В чем измеряется давление в физике, единицы измерения давления

Атмосферный воздух имеет физическую плотность, вследствие чего притягивается к Земле и создает давление. В процессе развития планеты менялся как состав атмосферы, так и ее атмосферное давление. Живые организмы вынуждены были приспосабливаться к существующему давлению воздуха, меняя свои физиологические характеристики. Отклонения от среднего атмосферного давления вызывают изменения в самочувствии человека, при этом степень чувствительности людей к подобным изменениям разная.

Нормальное атмосферное давление

Воздух простирается от поверхности Земли до высот порядка сотен километров, за которыми начинается межпланетное пространство, при этом, чем ближе к Земле, тем более воздух сжат под действием собственного веса, соответственно атмосферное давление выше всего у земной поверхности, снижаясь с повышением высоты.

На уровне моря (от которого принято отсчитывать все высоты), при температуре +15 градусов Цельсия атмосферное давление составляет в среднем 760 миллиметров ртутного столба (мм рт. ст.). Это давление принято считать нормальным (с физической точки зрения), что вовсе не означает, что это давление комфортно для человека при любых условиях.

Атмосферное давление измеряется барометром, градуированным в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.), или в иных физических единицах, например, в паскалях (Па). 760 миллиметров ртутного столба соответствуют 101 325 паскалей, но в быту измерение атмосферного давления в паскалях или производных единицах (гектопаскалях) не прижилось.

Ранее атмосферное давление измерялось также в миллибарах, вышедших из употребления и замененных на гектопаскали. Норма атмосферного давления 760 мм рт. ст. соответствует норме атмосферного давления в 1013 мбар.

Давление 760 мм рт. ст. соответствует действию на каждый квадратный сантиметр тела человека силе 1,033 килограмма. Суммарно на всю поверхность тела человека воздух давит с силой порядка 15-20 тонн.

Но человек не чувствует этого давления, поскольку оно уравновешивается растворенными в тканевых жидкостях газами воздуха. Это равновесие нарушается при изменениях атмосферного давления, что человек воспринимает как ухудшение самочувствия.

Для отдельных местностей среднее значение атмосферного давления отличается от 760 мм. рт. ст. Так, если в Москве среднее давление составляет 760 мм рт. ст., то в Санкт-Петербурге всего 748 мм рт. ст.

Ночью атмосферное давление несколько выше дневного, а на полюсах Земли колебания атмосферного давления более выражены, чем в экваториальной зоне, что только подтверждает закономерность, что полярные регионы (Арктика и Антарктика) как среда обитания враждебны человеку.

В физике выводится так называемая барометрическая формула, согласно которой при увеличении высоты на каждый километр атмосферное давление падает на 13%. Реальное распределение давления воздуха следует барометрической формуле не вполне точно, поскольку в зависимости от высоты меняется температура, состав атмосферы, концентрация водяных паров и другие показатели.

Зависит атмосферное давление и от погоды, когда воздушные массы перемещаются из одной местности в другую. На атмосферное давление реагируют также все живое на Земле. Так, рыбаки знают, что норма атмосферного давления для рыбалки пониженная, поскольку при понижении давления хищная рыба предпочитает выйти на охоту.

Влияние на здоровье человека

Метеозависимые люди, а их на планете 4 миллиарда, чутко реагируют на изменения атмосферного давления, а некоторые из них могут достаточно точно предсказывать изменения погоды, руководствуясь своим самочувствием.

Ответить на вопрос, какая норма атмосферного давления наиболее оптимальна для мест пребывания и жизни человека, достаточно затруднительно, поскольку люди адаптируются к жизни в разных климатических условиях. Обычно давление в пределах от 750 до 765 мм рт. ст. не ухудшает самочувствия человека, эти значения атмосферного давления можно считать пределами нормы.

При перепадах атмосферного давления метеозависимые люди могут ощущать:

• головную боль;
• спазмы сосудов с нарушением кровообращения;
• слабость и сонливость с повышенной утомляемостью;
• боли в суставах;
• головокружение;
• чувство онемения в конечностях;
• снижение частоты пульса;
• тошноту и кишечные расстройства;
• одышку;
• понижение остроты зрения.

На изменение давления первым делом реагируют расположенные в полостях организма, суставах и кровеносных сосудах барорецепторы.

При перемене давления у метеочувствительных людей наблюдаются нарушения в работе сердца, тяжесть в груди, боли в суставах, а при проблемах с пищеварением еще и метеоризм и кишечные расстройства. При значительном понижении давления недостаток кислорода в клетках мозга ведет к головным болям.

Также изменения давления могут вести к нарушениям психического состояния - люди ощущают тревогу, раздражение, беспокойно спят либо, вообще, не могут уснуть.

Статистика подтверждает, что при резких изменениях атмосферного давления увеличивается количество правонарушений, аварий на транспорте и производстве. Прослеживается влияние атмосферного давления на артериальное. У гипертоников повышенное атмосферное давление может вызвать гипертонический криз с головной болью и тошнотой, при том, что в этот момент устанавливается ясная солнечная погода.

На понижение атмосферного давления, напротив, острее реагируют гипотоники. Пониженная концентрация кислорода в атмосфере вызывает у них нарушение кровообращения, мигрень, одышку, тахикардию и слабость.

Метеочувствительность может явиться следствием нездорового образа жизни. Привести к метеочувствительности или усугубить степень ее проявления могут следующие факторы:

• низкая физическая активность;
• неправильное питание с сопутствующим избыточным весом;
• стрессы и постоянное нервное напряжение;
• плохое состояние внешней среды.

Устранение этих факторов снижает степень метеочувствительности. Метеозависимым людям следует:

• включить в рацион продукты с высоким содержанием витамина B6, магния и калия (овощи и фрукты, мед, молочнокислые продукты);
• ограничить употребление мяса, соленой и жареной пищи, сладостей и пряностей;
• отказаться от курения и употребления алкоголя;
• увеличить физическую активность, совершать пешеходные прогулки на свежем воздухе;
• упорядочить сон, спать не менее 7-8 часов.

Хотя мы этого и не чувствуем, но от рождения до смерти на нас давит столб воздуха, высота которого равна высоте атмосферы Земли, то есть около 120 километров. Это давление называется атмосферным. Оно зависит от многих факторов: географического положения места, его высоты над уровнем моря, температуры… С другой стороны, атмосферное давление является одним из главных факторов, определяющих погоду на планете. Ветер дует из места с высоким атмосферным давлением туда, где давление атмосферы меньше.

О существовании атмосферного давления люди узнали только в 17-м веке. В 1638 году герцог Флорентийский решил украсить свой город фонтанами. Но оказалось, что в сады, находящиеся на возвышенности, воду из реки Арно поднять невозможно. Вода останавливалась на высоте в 10.3 метра и дальше подниматься не хотела. До того времени с таким явлением не встречались. Гидротехники тех времен вслед за древнегреческими философами и римскими инженерами считали, что «природа не терпит пустоты». Следовательно, воду можно поднимать сколь угодно высоко, только создавая разрежение над ее поверхностью (например, двигая вверх поршень, плотно прилегающий к стенкам трубы). Оказалось, что природа не терпит пустоты до некоторого предела.

Итальянский ученый Эванджелиста Торричелли (1608 - 1647) в 1643 году разгадал секрет неудачи с подъемом воды. Он предположил, что вода поднимается вверх по трубе насоса не под воздействием пустоты сверху, а под воздействием давления воздуха на поверхность воды снизу. Подъем воды происходит до тех пор, пока давление столба воды не уравняется с давлением воздуха. Для воды это происходит при высоте подъема 10.3 метра. Для ртути, которая тяжелее воды приблизительно в 13.6 раза, высота подъема соответственно будет в 13.6 раз меньше, то есть 760 миллиметров.

Расчет Э.Торричелли оказался верным. Он взял метровую стеклянную трубку, запаянную с одной стороны, и наполнил эту трубку ртутью. После того, как Э.Торричелли перевернул трубку и опустил ее открытый край в широкую стеклянную же тарелку, часть ртути вылилась из трубки, и ее уровень снизился до 760 миллиметров. Но дальше ртуть не выливалась. А над ее поверхностью в запаянной части трубки оказалась так называемая «торричеллиева пустота».

Это открытие тут же стали использовать для измерения атмосферного давления по высоте подъема ртути в приборе, придуманном Э.Торричелли. Прибор этот стали называть «барометром», а атмосферное давление измерять в миллиметрах ртутного столба.

Французский ученый Блез Паскаль (1623 - 1662) повторил опыт Э.Торричелли с водой и с вином (ну, как же французу обойтись без вина!). Кроме того, он определил, что атмосферное давление изменяется с высотой. Уровень ртути на вершине горы был ниже, чем у ее основания. Паскаль также открыл, что атмосферное давление зависит от влажности и температуры воздуха. Именно Б.Паскаль предложил использовать барометр для предсказания погоды. Поэтому недаром одна из единиц измерения давления называется «Паскалем» (Па). Атмосферное давление приблизительно равно 0.1 МПа.

Барометр Э.Торричелли оказался не слишком удобным прибором. Стеклянная трубка могла разбиться, ртуть – вытечь. К тому же, пары ртути вредны для здоровья. Поэтому в скором времени был придуман барометр новой конструкции, не использовавший никакой жидкости. Такой барометр назвали «анероидом», что в переводе с греческого означает «безжидкостный». Основу конструкции барометра-анероида составляет гофрированная металлическая коробка, из которой выкачан воздух. При изменении давления такая коробка расширяется или сжимается. Движения этого датчика с помощью рычажной передачи перемещает стрелку вдоль циферблата, размеченного в единицах давления. Такие барометры были незаменимы на кораблях. Кроме того, их покупали для дома и использовали для предсказания погоды. В этом случае на циферблате барометра делали пометки «буря», «ясно», «дождь» или «великая сушь».

Когда появилась авиация, барометры-анероиды стали применять для измерения высоты полета. При этом циферблат размечали в сотнях метров. Такой прибор стали называть «альтиметром» или «высотомером».

Всякий газ оказывает давление на ограничивающие его стенки. Давление - результирующая сила ударов молекул об ограничивающие стенки, направленная нормально (перпендикулярно) к этим стенкам.

Т.к. давление газа обусловлено движением молекул, то чем выше скорость движения молекул, тем выше давление. Это высказывание справедливо, если объем, который занимает газ, не меняется. Давление атмосферы есть в любой её точке. В международной системе единиц давление измеряется в паскалях. 1 Па - это давление силой 1Н деленное на 1 м2.

До паскаля использовался миллибар - мбар. 1 мбар = 100 Па. Давление в 1 мм.рт.ст. - вес столба ртути высотой 1 мм на уровне моря на широте 45 . 1 мм.рт.ст. = 4/3 гПа. Норма - 760 мм.рт.ст. = 1013,3 гПа на уровне моря. Чем выше над уровнем моря, тем ниже давление.

Приборы для измерения давления :

Делятся на 3 основных вида: ртутные барометры,ртутные анероиды и гипсотермометры.

Ртутные барометры наиболее точные, поэтому их используют в метеорологии. Но они очень громоздкие. Ртутные барометры могут быть: чашечными, сифоно-чашечными(по форме сосуда, в котором содержится ртуть).Ртутный барометр был изобретен Татчелли.

Чашечный барометр. Устройство.

Стеклянная трубка, заполненная ртутью, запаянная. Она погружена в металлический сосуд с ртутью. Воздух в верхней части трубки отсутствует, поэтому под действием внешнего давления на поверхность чашки, столбик ртути в трубке поднимается до определённой высоты. Вес столба ртути будет равен атмосферному давлению. Трубка помещена в металлическую оправу, вверху которой сделан разрез, с помощью которого можно наблюдать положение ртути в трубке. В этом месте на нём нанесена шкала в мм.рт.ст. В средней части оправы вмонтирован термометр. Поправки: 1) температурная, 2)на ускорение, 3) инструментальная

1. стандартная температура 0С. Если показания берутся выше, показатели будут завышенные. Температурная поправка со знаком »-».
2. сила тяжести зависит от широты. Стандартная широта 45. Если станция находится ближе, то показания будут завышенные. Зависит от высоты над уровнем моря. Чем выше, тем показатели меньше
3. нужна для корректировки неточностей. Эту поправку указывают в паспорте для барометра.

Барометр анероид Безжидкостный прибор. Принцип действия: основан на упругой деформации приёмника под влиянием изменения атмосферного давления. В качестве приёмника берётся металлическая коробка с гофрированным дном и крышкой. Воздух выкачан. Там существует пружина, которая оттягивает крышку коробки и не даёт ей сплющиться. При повышении давления, крышка будет сильнее вдавливаться в коробку, а при уменьшении - выпячиваться. Поправки: 1) шкаловая. На инструментальные неточности.2) температурная. Для компенсации упругих св-в коробки и пружины, при изменении температуры окружающей среды.3) добавочная. Для компенсации постепенных изменений внутренней структуры металла, пружины и коробки.

Гипсотермометр Измерение атмосферного давления основано на зависимости температуры кипения жидкости от атмосферного давления. Состоит из специального кипятильника и термометра. Кипятильник представляет собой металлический сосуд, заполненный дистиллированной водой. Сверху располаг ается металлическая трубка с двойными стенками, термометр помещается внутрь этой трубки и омывается парами кипящей воды. Воду в кипятильнике нагревают с помощью спиртовки.

Обуславливается весом воздуха. 1 м³ воздуха весит 1,033 кг. На каждый метр поверхности земли приходится давление воздуха силой 10033 кг. Под этим подразумевается столб воздуха высотой от уровня моря до верхних слоев атмосферы. Если сравнить его со столбом воды, то диаметр последнего имел бы высоту всего 10 метров. То есть, атмосферное давление создается собственной массой воздуха. Величина атмосферного давления на единицу площади соответствует массе воздушного столба, находящегося над нею. В результате увеличения воздуха в этом столбе происходит рост давления, а при уменьшении воздуха - падение. Нормальным атмосферным давлением считается давление воздуха при t 0°С на уровне моря на широте 45°. В этом случае атмосфера давит с силой 1,033 кг на каждый 1 см² площади земли. Масса этого воздуха уравновешивается ртутным столбиком высотой 760 мм. На этой взаимосвязи и измеряется атмосферное давление. Оно измеряется в миллиметрах ртутного столба или миллибарах(мб), а так же в гектопаскалях. 1мб = 0,75 мм рт.ст., 1 гПа = 1 мм.

Измерение атмосферного давления.

измеряется с помощью барометров. Они бывают двух типов.

1. Ртутный барометр представляет собой стеклянную трубку, которая запаяна сверху, а открытым концом погружена в металлическую чашу с ртутью. Рядом с трубкой крепится шкала, показывающая изменение давления. На ртуть действует давление воздуха, которое своим весом уравновешивает столбик ртути в стеклянной трубке. Высота ртутного столба меняется при изменении давления.

2. Металлический барометр или анероид представляет собой гофрированную металлическую коробку, которая герметично закрыта. Внутри этой коробки находится разреженный воздух. Изменение давления заставляет колебаться стенки коробки, вдавливаясь или выпячиваясь. Эти колебания системой рычагов заставляют стрелку перемещаться по шкале с делениями.

Самопишущие барометры или барографы предназначены для записи изменений атмосферного давления . Перо улавливает колебание стенок анероидной коробки и чертит линию на ленте барабана, который вращается вокруг своей оси.

Каким бывает атмосферное давление.

Атмосферное давление на земном шаре изменяется в широких пределах. Его минимальная величина - 641,3 мм рт.ст или 854 мб была зарегистрирована над Тихим океаном в урагане "Ненси", а максимальная - 815,85 мм рт.ст. или 1087 мб в Туруханске зимой.

Давление воздуха на земную поверхность изменяется с высотой. Среднее значение атмосферного давления над уровнем моря - 1013 мб или 760 мм рт.ст. Чем больше высота, тем меньше атмосферное давление, так как воздух становится все более разреженным. В нижнем слое тропосферы до высоты 10 м оно снижается на 1 мм рт.ст. на каждые 10 м или на 1 мб на каждые 8 метров. На высоте 5 км оно меньше в 2 раза, 15 км - в 8 раз, 20 км - в 18 раз.

В связи с перемещением воздуха, изменением температуры, сменой времени года атмосферное давление постоянно меняется. Дважды за сутки, утром и вечером, оно повышается и столько же раз понижается, после полуночи и после полудня. В течение года из-за холодного и уплотненного воздуха зимой атмосферное давление имеет максимальную величину, а летом - минимальную.

Постоянно меняется и распределяется по поверхности земли зонально. Это происходит из-за неравномерного прогревания Солнцем земной поверхности. На изменение давления влияет перемещение воздуха. Там, где воздуха становится больше, давление высокое, а там, откуда воздух уходит - низкое. Воздух, прогревшись от поверхности, поднимается вверх и давление на поверхность понижается. На высоте воздух начинает охлаждаться, уплотняется и опускается на близлежащие холодные участки. Там возрастает атмосферное давление. Следовательно, изменение давления обуславливается перемещением воздуха в результате его нагревания и охлаждения от земной поверхности.

Атмосферное давление в экваториальной зоне постоянно понижено, а в тропических широтах - повышено. Это происходит из-за постоянно высоких температур воздуха на экваторе. Нагретый воздух поднимается и уходит в сторону тропиков. В Арктике и Антарктике поверхность земли всегда холодная, а атмосферное давление повышено. Его обуславливает воздух, который приходит из умеренных широт. В свою очередь в умеренных широтах из-за оттока воздуха формируется зона пониженного давления. Таким образом, на Земле существуют два пояса атмосферного давления - пониженный и повышенный. Пониженный на экваторе и в двух умеренных широтах. Повышенный на двух тропических и двух полярных. Они могут немного смещаться в зависимости от времени года вслед за Солнцем в сторону летнего полушария.

Полярные пояса высокого давления существуют весь год, однако, летом они сокращаются, а зимой, наоборот, расширяются. Круглый год области пониженного давления сохраняются близ Экватора и в южном полушарии в умеренных широтах. В северном полушарии все происходит по-другому. В умеренных широтах северного полушария давление над материками сильно повышается и поле низкого давления как бы "разрывается": сохраняется оно только над океанами в виде замкнутых областей пониженного атмосферного давления - Исландского и Алеутского минимумов. Над материками, где заметно повысилось давление, образуются зимние максимумы: Азиатский (Сибирский) и Северо-Американский (Канадский). Летом поле пониженного давления в умеренных широтах северного полушария восстанавливается. При этом над Азией формируется обширная область пониженного давления. Это - Азиатский минимум.

В поясе повышенного атмосферного давления - тропиках - материки нагреваются сильнее океанов и давление над ними ниже. Из-за этого над океанами выделяют субтропические максимумы:

• Северо-Атлантический (Азорский);
• Южно-Атлантический;
• Южно-Тихоокеанский;
• Индийский.

Несмотря на крупномасштабные сезонные изменения своих показателей, пояса пониженного и повышенного атмосферного давления Земли - образования довольно устойчивые.

Как измерить атмосферное давление?

Опыт Торричелли. В 1643 году по предложению итальянского физика Эванжелиста Торричелли (1608–1647) был произведён следующий опыт. Стеклянную трубку длиной около 1 м, запаянную с одного конца, наполняют ртутью. Отверстие трубки закрывают пальцем, чтобы ртуть не вылилась, и трубку опускают в вертикальном положении отверстием вниз в сосуд с ртутью. Если теперь отнять па­лец от отверстия, то столб ртути упадёт до высоты около 760 мм над уровнем ртути в сосуде (рис. 28.6).

Почему же вся ртуть не вылилась из трубки? Поскольку НАД ртутью в трубке так называемая торричеллиева пустота, то есть вакуум, то давление столба ртути уравновешивается атмосферным давлением, которое действует на открытую поверхность ртути.

Читатель: ...Меня немного смущает тот факт, что атмосферный «столб» давит сверху вниз, и ртутный столб тоже давит сверху вниз. Как же они при этом уравновешивают друг друга? Вот если бы они действовали в противоположные стороны, тогда понятно.

В две смежные труб­ки, широкую и узкую (рис. 28.7), налита жидкость. В широкую трубку вставлен поршень, плотно прилегающий к её стенкам. Если на­чать давить на поршень сверху вниз, то вода в узкой трубке начнёт подниматься, точно так же, как ртуть в опыте Торричелли. При этом давление столба воды в узкой трубке уравновесит давление, создаваемое силой в широкой трубке.

Замечу, что опыт Торричелли вызывает некоторое недоумение потому, что твёрдые тела не обладают свойством жид­кости передавать оказываемое на них давление во все точки одинаково. Если в опыте, показанном на рис. 28.7, вместо жидкости насыпать в трубки песок, то ничего не получится: песок не будет подниматься в узкой трубке, какое бы давление мы ни прикладывали в широкой трубке.

Вернёмся к опыту Торричелли. Итак, давление столба ртути должно быть таким, чтобы уравновесить атмосферное давление. По­этому высота столба ртути позволяет нам судить о величине атмос­ферного давления, и даже измерять его непосредственно в милли­метрах ртутного столба (мм рт. ст.).

Опыт показывает, что при 0° С на уровне моря атмосферное давление составляет около 760 мм рт. ст. Это давление называется нормальным атмосферным давлением. Прибор, позволяющий измерять атмосферное давление таким способом, называется ртутным барометром (рис. 28.8).

СТОП! Решите самостоятельно: В11–В15, С10–С12.

Задача 28.3 . Измерения, произведенные советской автоматической станцией «Венера-7», показали, что атмосферное давление у поверхности планеты составляет около 10,3 МПа. Сила тяжести на Венере почти в 1,2 раза меньше, чем на Земле. Какова была бы высота ртутного столба в опыте Торричелли, проведенном на Венере?