Mechanika ciśnienia powietrza

Ciśnienie powietrza, ciśnienie atmosferyczne lub ciśnienie barometryczne to ciśnienie wywierane na powierzchnię przez ciężar masa powietrza (i jego cząsteczki) nad nim.

Ciśnienie powietrza to trudna koncepcja. Jak coś niewidzialnego może mieć masę i wagę? Powietrze ma masę, ponieważ składa się z mieszanina gazów które mają masę. Zsumuj wagę wszystkich tych gazów, które składają się na suche powietrze (tlen, azot, dwutlenek węgla, wodór i inne), a otrzymasz ciężar suchego powietrza.

Masa cząsteczkowa lub masa molowa suchego powietrza wynosi 28,97 gramów na mol. Chociaż nie jest to wiele, typowa masa powietrza składa się z niewiarygodnie dużej liczby cząsteczek powietrza. Jako taki, możesz zacząć widzieć, jak powietrze może mieć znaczną wagę, gdy masy wszystkich cząsteczek zostaną dodane razem.

Jaki jest zatem związek między cząsteczkami a ciśnieniem powietrza? Jeśli liczba cząsteczek powietrza nad obszarem wzrośnie, będzie więcej cząsteczek wywierających nacisk na ten obszar, a jego całkowite ciśnienie atmosferyczne wzrośnie. To jest to co nazywamy

Ciśnienie powietrza nie jest jednolite na całej Ziemi. Wynosi od 980 do 1050 milibarów i zmienia się wraz z wysokością. Im wyższa wysokość, tym niższe ciśnienie powietrza. Wynika to z faktu, że liczba cząsteczek powietrza maleje na wyższych wysokościach, a tym samym maleje gęstość powietrza i ciśnienie powietrza. Ciśnienie powietrza jest najwyższe na poziomie morza, gdzie gęstość powietrza jest najwyższa.

Istnieje 5 podstawowych informacji na temat ciśnienia powietrza:

• Zwiększa się wraz ze wzrostem gęstości powietrza i obniża się wraz ze spadkiem gęstości powietrza.
• Zwiększa się wraz ze wzrostem temperatury i obniża się, gdy temperatura spada.
• Zwiększa się na niższych wysokościach i maleje na wyższych wysokościach.
• Powietrze przepływa od wysokiego do niskiego ciśnienia.
• Ciśnienie powietrza mierzy się za pomocą przyrządu pogodowego znanego jako barometr. (Dlatego też nazywany jest czasem „ciśnieniem barometrycznym”).

ZA barometr służy do pomiaru ciśnienia atmosferycznego w jednostkach zwanych atmosferami lub milibarami. Najstarszym typem barometru jest barometr rtęciowyr. Ten przyrząd mierzy rtęć podnoszącą się lub opuszczającą w szklanej rurce barometru. Ponieważ ciśnienie atmosferyczne jest w zasadzie ciężarem powietrza w atmosfera powyżej zbiornika poziom rtęci w barometrze będzie się zmieniał, dopóki masa rtęci w szklanej rurce nie będzie dokładnie równa ciężarowi powietrza nad zbiornikiem. Gdy dwa przestaną się poruszać i zostaną zrównoważone, ciśnienie jest rejestrowane przez „odczyt” wartości na wysokości rtęci w kolumnie pionowej.

Jeśli masa rtęci jest mniejsza niż ciśnienie atmosferyczne, poziom rtęci w szklanej rurce wzrośnie (wysokie ciśnienie). W obszarach o wysokim ciśnieniu powietrze opada w kierunku powierzchni ziemi szybciej niż może wypłynąć do otaczających obszarów. Ponieważ liczba cząsteczek powietrza nad powierzchnią rośnie, jest więcej cząsteczek do wywierania siły na tę powierzchnię. Przy zwiększonej masie powietrza nad zbiornikiem poziom rtęci wzrasta do wyższego poziomu.

Jeśli masa rtęci jest większa niż ciśnienie atmosferyczne, poziom rtęci spadnie (niskie ciśnienie). W obszary niskiego ciśnienia, powietrze unosi się z powierzchni Ziemi szybciej niż można je zastąpić powietrzem wpływającym z otaczających obszarów. Ponieważ liczba cząsteczek powietrza nad obszarem maleje, jest mniej cząsteczek do wywierania siły na tę powierzchnię. Przy zmniejszonej masie powietrza nad zbiornikiem poziom rtęci spada do niższego poziomu.

Inne typy barometrów obejmują barometry aneroidowe i cyfrowe. Barometry aneroidowe nie zawierają rtęci ani żadnej innej cieczy, ale mają szczelną i szczelną metalową komorę. Komora rozszerza się lub kurczy w odpowiedzi na zmiany ciśnienia, a wskaźnik na tarczy służy do wskazywania odczytów ciśnienia. Nowoczesne barometry są cyfrowe i są w stanie dokładnie i szybko zmierzyć ciśnienie atmosferyczne. Te elektroniczne przyrządy wyświetlają aktualne odczyty ciśnienia atmosferycznego na ekranie wyświetlacza.

Na ciśnienie atmosferyczne ma wpływ dzienne ogrzewanie od słońca. To ogrzewanie nie zachodzi równomiernie na Ziemi, ponieważ niektóre obszary są ogrzewane bardziej niż inne. Gdy powietrze jest ogrzane, unosi się i może doprowadzić do powstania układu niskiego ciśnienia.

Ciśnienie w środku system niskiego ciśnienia jest niższy niż powietrze w okolicy. Wiatry wieją w kierunku obszaru niskiego ciśnienia, powodując wzrost powietrza w atmosferze. Para wodna we wznoszącym się powietrzu skrapla się, tworząc chmury i, w wielu przypadkach, opady. Z powodu Efekt Coriolisa, w wyniku obrotu Ziemi, wiatry w układzie niskiego ciśnienia krążą przeciwnie do ruchu wskazówek zegara na półkuli północnej i zgodnie z ruchem wskazówek zegara na półkuli południowej. Systemy niskociśnieniowe mogą powodować niestabilną pogodę i burze, takie jak cyklony, huragany i tajfuny. Zasadniczo, niskie wartości mają ciśnienie około 1000 milibarów (29,54 cali rtęci). W 2016 r. Najniższe ciśnienie, jakie kiedykolwiek odnotowano na Ziemi, wyniosło 870 mb (25,69 inHg) w oku Typhoon Tip nad Pacyfikiem 12 października 1979 r.

W systemy wysokociśnieniowe, powietrze w centrum systemu ma wyższe ciśnienie niż powietrze w otoczeniu. Powietrze w tym układzie opada i wydmuchuje pod wysokim ciśnieniem. To opadające powietrze zmniejsza powstawanie pary wodnej i chmur, co powoduje lekki wiatr i stabilną pogodę. Przepływ powietrza w układzie wysokociśnieniowym jest przeciwny do przepływu w układzie niskociśnieniowym. Powietrze krąży zgodnie z ruchem wskazówek zegara na półkuli północnej i przeciwnie do ruchu wskazówek zegara na półkuli południowej.

Artykuł edytowany przez Regina Bailey

• Britannica, The Editors of Encyclopaedia. "Ciśnienie atmosferyczne." Encyclopædia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc., 5 marca. 2018, www.britannica.com/science/atmospheric-pressure.
• National Geographic Society. "Barometr." National Geographic Society, 9 października 2012, www.nationalgeographic.org/encyclopedia/barometer/.
• „Wzloty i upadki ciśnienia powietrza”. Bezpieczeństwo pogodowe w zimie | Centrum Edukacji Naukowej UCAR, scied.ucar.edu/shortcontent/highs-and-lows-air-pressure.