Atmosférický tlak - Atmospheric pressure

"Tlak vzduchu" přeadresuje tady. Tlak vzduchu v jiných systémech viz Tlak.

Atmosférický tlak, také známý jako barometrický tlak (po barometr ), je tlak v rámci atmosféra Země. The standardní atmosféra (symbol: atm) je jednotka tlaku definovaná jako 101 325Pa (1,013.25 hPa; 1,013.25 mbar ), což odpovídá 760 mm Hg, 29.9212 palce Hg nebo 14 696 psi.[1] Jednotka atm je zhruba ekvivalentní střednímu atmosférickému tlaku na úrovni moře na Zemi, to znamená, že atmosférický tlak Země na hladině moře je přibližně 1 atm.

Ve většině případů je atmosférický tlak přibližně aproximován hydrostatický tlak způsobené hmotnost z vzduch nad měřicím bodem. Tak jako nadmořská výška zvětšuje se, existuje méně překrývající se atmosférické hmotnosti, takže atmosférický tlak klesá s rostoucí výškou. Tlak měří sílu na jednotku plochy, s SI jednotky z Pascals (1 pascal = 1 Newton na čtverec Metr, 1 N / m2). V průměru sloupec vzduchu s plochou průřezu 1 čtvereční centimetr (cm2), měřeno od průměru (průměr) hladina moře na vrchol zemské atmosféry, má Hmotnost asi 1,03 kilogram a vykonává a platnost nebo „hmotnost“ asi 10,1 newtonů, což má za následek tlak 10,1 N / cm2 nebo 101 kN / m2 (101 kilopascalů, kPa). Sloupec vzduchu o průřezu 1 v2 bude mít hmotnost asi 14,7 lbF, což má za následek tlak 14,7 lbF/v2.

Mechanismus

Atmosférický tlak je způsoben gravitační přitažlivostí planety na atmosférických plynech nad povrchem a je funkcí hmotnosti planety, poloměru povrchu a množství a složení plynů a jejich vertikálního rozložení v atmosféra.[2][3] Je modifikován planetární rotací a místními efekty, jako je rychlost větru, změny hustoty v důsledku teploty a změny složení.[4]

Střední tlak na hladinu moře

Mapa zobrazující atmosférický tlak v mbar nebo hPa
Průměrný 15letý průměrný tlak na hladinu moře v červnu, červenci a srpnu (nahoře) a prosinci, lednu a únoru (dole). ERA-15 opětovná analýza.
Barometrické letadlo typu Kollsman výškoměr (jak se používá v Severní Americe) se zobrazením nadmořská výška 24 m, kalibrováno pro tlak na hladinu moře 29,87 inHg.

The střední tlak na hladinu moře (MSLP) je atmosférický tlak při průměrná hladina moře (PMSL). Jedná se o atmosférický tlak běžně uváděný ve zprávách o počasí v rádiu, televizi a novinách nebo na internetu Internet. Když barometry v domácnosti jsou nastaveny tak, aby odpovídaly místním zprávám o počasí, měří tlak upravený podle hladiny moře, nikoli skutečný místní atmosférický tlak.

The nastavení výškoměru v letectví je úprava atmosférického tlaku.

Průměrný tlak na hladinu moře je 1013,25 mbar (101,325 kPa; 29,921 inHg; 760,00 mmHg). V letectví zprávy o počasí (METAR ), QNH se přenáší po celém světě v milibarech nebo hektopascalech (1 hektopascal = 1 milibar), s výjimkou Spojené státy, Kanada, a Kolumbie kde je hlášen v palců rtuti (na dvě desetinná místa). Rovněž USA a Kanada tlak na hladinu moře SLP, který je upraven na hladinu moře jinou metodou, v části poznámky, nikoli v mezinárodně přenášené části kódu, v hektopascalech nebo milibarech.[5] Avšak v kanadských veřejných zprávách o počasí se tlak na hladinu moře místo toho uvádí v kilopascalech.[6]

V poznámkách o počasí v USA jsou přenášeny pouze tři číslice; desetinná místa a jedna nebo dvě nejvýznamnější číslice jsou vynechány: 1013,2 mbar (101,32 kPa) se přenáší jako 132; 1 000,0 mbar (100,00 kPa) se přenáší jako 000; 998,7 mbar se přenáší jako 987; atd. Nejvyšší tlak na hladinu moře na Země se vyskytuje v Sibiř, Kde Sibiřská vysoká často dosáhne a tlak na hladinu moře nad 1050 mbar (105 kPa; 31 inHg), s rekordními hodnotami blízkými 1085 mbar (108,5 kPa; 32,0 inHg). Nejnižší měřitelný tlak na hladinu moře se nachází ve střediscích tropické cyklóny a tornáda, s rekordně nízká 870 mbar (87 kPa; 26 inHg).

Povrchový tlak

Zde se přenese „povrchový tlak“. Pro povrchový tlak ve fyzikální chemii viz Tlak § Povrchový tlak a povrchové napětí.

Povrchový tlak je atmosférický tlak v místě na Země povrch (terén a oceány ). Je přímo úměrná Hmotnost vzduchu nad tímto místem.

Z numerických důvodů atmosférické modely jako např obecné oběhové modely (GCM) obvykle předpovídají nedimenzionální logaritmus povrchového tlaku.

Průměrná hodnota povrchového tlaku na Zemi je 985 hPa.[7] To je v kontrastu s tlakem na hladinu moře, který zahrnuje extrapolaci tlaku na hladinu moře pro místa nad nebo pod hladinou moře. Průměrný tlak při průměrné hladině moře (MSL ) v mezinárodní standardní atmosféře (JE ) je 1013,25 hPa nebo 1 atmosféra (atm) nebo 29,92 palce rtuti.

Tlak (p), hmotnost (m) a gravitační zrychlení (g) souvisejí s P = F / A = (m * g) / A, kde A je povrchová plocha. Atmosférický tlak je tedy úměrný hmotnosti na jednotku plochy atmosférické hmoty nad tímto místem.

Variace nadmořské výšky

Další informace: Barometrický vzorec a Vertikální kolísání tlaku
Velmi místní bouře nahoře Snæfellsjökull (Island ), ukazující mraky vytvořené na hoře od orografický výtah
Kolísání atmosférického tlaku s nadmořskou výškou, vypočteno pro 15 ° C a 0% relativní vlhkost.
Tato plastová láhev byla uzavřena ve výšce přibližně 4300 m (4300 m) a byla rozdrcena nárůstem atmosférického tlaku, který byl zaznamenán ve výšce 2700 m (300 m) a 300 m (1000 stop), jak byla snížena směrem k hladině moře.

Tlak na Zemi se mění s výškou povrchu; takže tlak vzduchu na horách je obvykle nižší než tlak vzduchu na úrovni moře. Tlak se plynule mění od povrchu Země po vrchol mezosféra. Ačkoli se tlak mění s počasím, NASA zprůměrovala podmínky pro všechny části Země po celý rok. Jak se zvyšuje nadmořská výška, atmosférický tlak klesá. Lze vypočítat atmosférický tlak v dané výšce.[8] Teplota a vlhkost také ovlivňují atmosférický tlak a je nutné je znát, aby bylo možné vypočítat přesný údaj. Graf vpravovýše byl vyvinut pro teplotu 15 ° C a relativní vlhkost 0%.

V nízkých nadmořských výškách klesá tlak na každých 100 metrů asi o 1,2 kPa (12 hPa). Pro vyšší nadmořské výšky v rámci troposféra, následující rovnice ( barometrický vzorec ) souvisí s atmosférickým tlakem p do nadmořské výšky h:

kde konstantní parametry jsou popsány níže:

ParametrPopisHodnota
p0Standardní atmosférický tlak na úrovni hladiny moře101325 Pa
LTeplotní prodleva, G/Cp pro suchý vzduch~ 0.00976 K / m
CpSpecifické teplo při konstantním tlaku1004.68506 J / (kg · K)
T0Standardní teplota hladiny moře288.16 K.
GGravitační zrychlení zemského povrchu9.80665 slečna2
MMolární hmotnost suchého vzduchu0.02896968 kg / mol
R0Univerzální plynová konstanta8.314462618 J / (mol · K)

Místní variace

Hurikán Wilma dne 19. října 2005; 882 hPa (12,79 psi) v oku bouře

Atmosférický tlak se na Zemi velmi liší a tyto změny jsou důležité při studiu počasí a klima. Vidět tlakový systém pro účinky změn tlaku vzduchu na počasí.

Atmosférický tlak ukazuje denní nebo semidiurnální (dvakrát denně) cyklus způsobený globálním atmosférické přílivy. Tento účinek je nejsilnější v tropických zónách s amplitudou několika milibarů a téměř nulový v polárních oblastech. Tyto variace mají dva superponované cykly, cirkadiánní (24 h) cyklus a semi-cirkadiánní (12 h) cyklus.

Evidence

Nejvyšší barometrický tlak upravený na hladinu moře, jaký kdy byl na Zemi zaznamenán (nad 750 metrů), byl 1084,8 hPa (32,03 inHg), měřeno v Tosontsengel, Mongolsko dne 19. prosince 2001.[9] Nejvyšší barometrický tlak upravený na hladinu moře, jaký byl kdy zaznamenán (pod 750 metrů), byl v Agatě v Evenk Autonomous Okrug, Rusko (66 ° 53 ' N, 93 ° 28 ' E, nadmořská výška: 261 m, 856 stop) dne 31. prosince 1968 1083,8 hPa (32,005 inHg).[10] Diskriminace je způsobena problematickými předpoklady (za předpokladu standardní rychlosti zaniknutí) spojenými se snížením hladiny moře z vysokých nadmořských výšek.[9]

The Mrtvé moře, nejnižší místo na Zemi ve 430 metrech pod hladinou moře, má odpovídající vysoký typický atmosférický tlak 1065 hPa.[11] Dne 21. února 1961 byl stanoven záznam o tlaku pod hladinou moře 1081,8 hPa (31,95 inHg).[12]

Nejnižší netornadický atmosférický tlak, jaký byl kdy naměřen, byl 870 hPa (0,858 atm; 25,69 inHg), stanovený 12. října 1979, během Typhoon Tip v západním Tichém oceánu. Měření bylo založeno na instrumentálním pozorování provedeném průzkumným letounem.[13]

Měření založené na hloubce vody

Jeden atmosféra (101,325 kPa nebo 14,7 psi) je také tlak způsobený hmotností sloupce čerstvé vody přibližně 10,3 m (33,8 ft). Potápěč 10,3 m pod vodou tak zažívá tlak asi 2 atmosfér (1 atm vzduchu plus 1 atm vody). Naopak 10,3 m je maximální výška, do které lze pomocí vody zvedat vodu sání za standardních atmosférických podmínek.

Nízké tlaky jako např zemní plyn řádky jsou někdy uvedeny v centimetrů vody, obvykle psáno jako toaleta. (vodní sloupec) měřidlo nebo např. (vodoměr v palcích). Typický domácí spotřebič využívající plyn v USA je dimenzován na maximálně 1/2 psi, což je přibližně 14 w.g. (3487 Pa nebo 34,9 milibarů). Podobné metrické jednotky se širokou škálou názvů a notací založených na milimetry, centimetrů nebo měřiče jsou nyní méně běžně používány.

Bod varu vody

Vařící voda

Čistá voda vaří při 100 ° C (212 ° F) při standardním atmosférickém tlaku Země. Bod varu je teplota, při které tlak páry se rovná atmosférickému tlaku kolem vody.[14] Z tohoto důvodu je teplota varu vody nižší při nižším tlaku a vyšší při vyšším tlaku. Vaření ve vysokých nadmořských výškách proto vyžaduje úpravy receptů[15] nebo tlakové vaření. Hrubé přiblížení výšky lze získat měřením teploty, při které voda vře; v polovině 19. století tuto metodu používali průzkumníci.[16]

Měření a mapy

Důležitou aplikací poznání, že atmosférický tlak se mění přímo s nadmořskou výškou, bylo stanovení výšky kopců a hor díky dostupnosti spolehlivých zařízení pro měření tlaku. V roce 1774 Maskelyne byl potvrzující Newtonovu gravitační teorii dál a dál Schiehallion hora ve Skotsku, a on potřeboval přesně měřit výšky na stranách hory. William Roy, pomocí barometrického tlaku, byl schopen potvrdit Maskelyneova výšková stanovení, dohoda byla do jednoho metru (3,28 stop). Tato metoda se stala a nadále je užitečná pro průzkumné práce a tvorbu map.[17]

Viz také

Reference

  1. ^ Mezinárodní organizace pro civilní letectví. Manuál Standardní atmosféra ICAO, Doc 7488-CD, třetí vydání, 1993. ISBN  92-9194-004-6.
  2. ^ "atmosférický tlak (encyklopedický vstup)". národní geografie. Citováno 28. února 2018.
  3. ^ „Otázky a odpovědi: Tlak - záleží na gravitaci?“. Katedra fyziky. University of Illinois Urbana-Champaign. Citováno 28. února 2018.
  4. ^ Jacob, Daniel J. (1999). Úvod do atmosférické chemie. Princeton University Press. ISBN  9780691001852.
  5. ^ Ukázka METAR z CYVR Nav Kanada
  6. ^ Montreal Aktuální počasí, CBC Montreal, Kanada, vyvoláno 2014-03-30
  7. ^ Jacob, Daniel J. Úvod do atmosférické chemie. Princeton University Press, 1999.
  8. ^ Rychlá derivace vztahující se k výšce tlaku vzduchu Archivováno 2011-09-28 na Wayback Machine Portland State Aerospace Society, 2004, accessed 05032011
  9. ^ A b Svět: nejvyšší tlak vzduchu nad mořem nad 750 m, Wmo.asu.edu, 2001-12-19, archivovány od originál dne 2012-10-17, vyvoláno 2013-04-15
  10. ^ Svět: nejvyšší tlak vzduchu na úrovni hladiny moře pod 750 m, Wmo.asu.edu, 1968-12-31, archivovány od originál dne 2013-05-14, vyvoláno 2013-04-15
  11. ^ Kramer, MR; Springer C; Berkman N; Glazer M; Bublil M; Bar-Yishay E; Godfrey S (březen 1998). „Rehabilitace hypoxemických pacientů s CHOPN v nízké nadmořské výšce u Mrtvého moře, nejnižšího místa na Zemi“ (PDF). Hruď. 113 (3): 571–575. doi:10,1378 / hrudník.113.3.571. PMID  9515826. Archivovány od originál (PDF) dne 29. 10. 2013.
  12. ^ Court, Arnold (1969). "Nepravděpodobný extrémní tlak: 1070 Mb". Bulletin of the American Meteorological Society. 50 (4): 248–50. JSTOR  26252600.
  13. ^ Chris Landsea (2010-04-21). „Předmět: E1), který je nejintenzivnější tropický cyklón v historii?“. Atlantická oceánografická a meteorologická laboratoř. Archivováno z původního dne 6. prosince 2010. Citováno 2010-11-23.
  14. ^ Tlak par, Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu, vyvoláno 2012-10-17
  15. ^ Vaření ve velké nadmořské výšce, Crisco.com, 2010-09-30, archivovány od originál dne 07.09.2012, vyvoláno 2012-10-17
  16. ^ Berberan-Santos, M. N .; Bodunov, E. N .; Pogliani, L. (1997). Msgstr "Na barometrickém vzorci". American Journal of Physics. 65 (5): 404–412. Bibcode:1997AmJPh..65..404B. doi:10.1119/1.18555.
  17. ^ Hewitt, Rachel, Mapa národa - biografie průzkumu arzenálu ISBN  1-84708-098-7

externí odkazy

Experimenty