Как меняется атмосферное давление с высотой таблица
Как с высотой изменяется атмосферное давление. Формула, график
Не все знают, что на разной высоте давление атмосферы отличается. Существует даже специальный прибор для измерения и давления, и высоты. Называется он барометр-альтиметр. В статье мы подробно изучим, как с высотой изменяется атмосферное давление и при чем тут плотность воздуха. Рассмотрим эту зависимость на примере графика.
Давление атмосферы на разных высотах
Атмосферное давление зависит от высоты. При ее увеличении на 12 м давление уменьшается на 1 мм ртутного столба. Этот факт можно записать с помощью такого математического выражения: ∆h/∆P=12 м/мм рт. ст. ∆h — это изменение высоты, ∆P — изменение атмосферного давления при изменении высоты на ∆h. Что из этого следует?
Из формулы видно, как с высотой изменяется атмосферное давление. Значит, если мы поднимемся на 12 м, то АД уменьшится на 12 мм ртутного столба, если на 24 м — то на 2 мм ртутного столба. Таким образом, измеряя атмосферное давление, можно судить о высоте.
Миллиметры ртутного столба и гектопаскали
В некоторых задачах давление выражается не в миллиметрах ртутного столба, а в паскалях или гектопаскалях. Запишем вышеприведенное соотношение для случая, когда давление выражено в гектопаскалях. 1 мм рт. ст. =133,3 Па =1,333 гПа.
Теперь выразим соотношение высоты и атмосферного давления не через миллиметры ртутного столба, а через гектопаскали. ∆h/∆P=12 м/1,333 гПа. После вычисления получим: ∆h/∆P=9 м/гПа. Выходит, что когда мы поднимаемся на 9 метров, то давление уменьшается на один гектопаскаль. Нормальное давление — это 1013 гПа. Округлим 1013 до 1000 и примем, что на поверхности Земли именно такое АД.
Если мы поднимаемся на 90 м, как с высотой изменяется атмосферное давление? Оно уменьшается на 10 гПа, на 90 м — на 100 гПа, на 900 м — на 1000 гПа. Если на земле давление в 1000 гПа, а мы поднялись на 900 м вверх, то атмосферное давление стало нулевым. Так что, получается что атмосфера заканчивается на девятикилометровой высоте? Нет. На такой высоте есть воздух, там летают самолеты. Так в чем же дело?
Связь плотности воздуха и высоты. Особенности
Как с высотой изменяется атмосферное давление вблизи поверхности Земли? На этот вопрос уже ответила картинка выше. Чем больше высота, тем меньше плотность воздуха. Покуда мы находимся недалеко от поверхности земли, изменение плотности воздуха незаметно. Поэтому на каждую единицу высоты давление уменьшается примерно на одно и тоже значение. Два записанные нами ранее выражения нужно воспринимать как правильные, только если мы находимся недалеко от поверхности Земли, не выше 1-1,5 км.
График, показывающий как атмосферное давление изменяется с высотой
Теперь перейдем к наглядности. Построим график зависимости давления атмосферы от высоты. При нулевой высоте P0=760мм рт. ст. Из-за того, что с ростом высоты давление уменьшается, атмосферный воздух будет менее сжат, его плотность станет меньше. Поэтому на графике зависимость давления от высоты не будет описываться прямой линией. Что это значит?
Как с высотой изменяется атмосферное давление? Над поверхностью земли? На высоте 5,5 км оно уменьшается в 2 раза (Р0/2). Оказывается, что если мы поднимемся еще на такую же высоту, то есть на 11 км, давление уменьшится еще вдвое и будет равно Р0/4 и т. д.
Соединим точки, и мы увидим, что график — это не прямая, а кривая. Почему, когда мы записывали соотношение зависимости, складывалось впечатление, что на высоте 9 км атмосфера заканчивается? Мы считали, что график является прямой на любых высотах. Это было бы так, если бы атмосфера была жидкой, то есть если бы ее плотность была постоянной.
Важно понимать, что этот график является лишь фрагментом зависимости на малых высотах. Ни на какой точке этой линии давление не снижается до нуля. Даже в глубоком космосе существуют молекулы газов, которые, правда, не имеют отношение к земной атмосфере. Ни в одной точке Вселенной не существует абсолютного вакуума, пустоты.
2. Суточный и годовой ход атмосферного давления. Изменение давления с высотой
Суточный ход атмосферного давления
Суточное изменение атмосферного давления связано с изменением температуры воздуха и с его перемещением. При нагревании воздух увеличивается в объёме, становится менее плотным, его масса уменьшается — атмосферное давление понижается. Холодный воздух, наоборот, уменьшается в объёме, становится более плотным, масса его увеличивается — атмосферное давление повышается.
При повышении температуры воздуха атмосферное давление падает, при понижении — возрастает. При понижении температуры на \(1\) °С атмосферное давление повышается на \(0,28\) мм рт. ст.
Самое высокое атмосферное давление в течение суток наблюдается ночью, самое низкое — после полудня.
Годовой ход атмосферного давления
Над сушей максимальное атмосферное давление наблюдается зимой, а минимальное — летом. Над океанами в связи с медленным нагреванием и остыванием воды минимум атмосферного давления наблюдается зимой, а максимум — летом.
Изменение атмосферного давления с высотой
Чем больше высота столба атмосферного воздуха, тем выше атмосферное давление. Следовательно, с высотой атмосферное давление понижается.
Атмосферное давление понижается в среднем на \(1\) мм рт. ст. на каждые \(10,5\) м подъёма.
С помощью показаний барометра можно определить относительную высоту местности.
Зависимость давления от высоты над уровнем моря
Сегодня разбираем еще один запрос пользователя — Атмосферное давление, в котором нас просят вычислить атмосферное давление. В виду отсутствия дополнительной информации в запросе, я предположил, что нужно рассчитывать атмосферное давление в зависимости от высоты над уровнем моря.
Зависимость давления газа от высоты определяется так называемой барометрической формулой
,
где
— разность высот, м
— молярная масса воздуха, 29 г/моль (в расчете используется 0.029 кг/моль)
— универсальная газовая постоянная, 8.31 Дж/(мольК)
— ускорение силы тяжести, 9.81 м/(сс)
— температура воздуха (К)
Кстати, еще тема атмосферного давления развивается здесь Барометрическое нивелирование и здесь Зависимость температуры кипения воды от высоты над уровнем моря.
Ниже калькулятор — вводим давление на высоте уровня моря (можно оставить по умолчанию; 760 миллиметров ртутного столба — это нормальное атмосферное давление), температуру и высоту, получаем результат.
Зависимость давления от высоты над уровнем моря
Давление на уровне моря (мм.рт.ст.)
Температура воздуха (градусы Цельсия)
Высота над уровнем моря (метры)
Давление на заданной высоте (мм.рт.ст.)
| | Навигация по справочнику TehTab.ru: главная страница / / Техническая информация / / Физический справочник / / Давление и Вакуум / / Давление атмосферы на различной высоте над землей.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Нашли ошибку? Есть дополнения? Напишите нам об этом, указав ссылку на страницу. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| TehTab.ru Реклама, сотрудничество: [email protected] | Обращаем ваше внимание на то, что данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Все риски за использование информаци с сайта посетители берут на себя. Проект TehTab.ru является некоммерческим, не поддерживается никакими политическими партиями и иностранными организациями. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Атмосферное давление. Урок 13
Земля путём силы гравитации притягивает к себе молекулы воздуха. Они имеют вес, а значит создают давление как внутри самой атмосферы, так и на её границе с различными телами на земной поверхности. Атмосферное давление – это сила, с которой воздух давит на земную поверхность и на все находящиеся на ней предметы.
Атмосферное давление изменяется с высотой и зависит от погодных условий: температуры воздуха и перемещения воздушных масс в вертикальном направлении (конвекции). Вблизи земной поверхности оно приблизительно равно 105 Па (в интернациональной системе (СИ) давление измеряется в Паскалях – русское Па, международное – Pa).
За нормальное атмосферное давление принято давление ртутного столба высотой 76 см сечением в 1 см2 на уровне моря на широте 45° при температуре 0°С. Оно равно 760 мм рт. ст.(101325 Па, но реально берётся 100 000 Па) – это 1 атмосфера (атм.).
Атмосферное давление по-традиции измеряют в миллиметрах ртутного столба, современные аналоги этой меры – миллибары и гектопаскали. Один Паскаль – это давление силой в 1 Ньютон (Н), приходящееся на площадь 1 м2.
Интересно, что среднее давление атмосферы на поверхности Марса в 160 раз меньше, чем у поверхности Земли.
Как заметить атмосферное давление?
Хотя молекулы газа не имеют запаха и цвета, они постоянно взаимодействуют с рецепторами нашей кожи, сдавливают со всех сторон все предметы, заполняют пустоты, а их быстрое перемещение в горизонтальном направлении, называемое ветром, может сбить нас с ног. Доказать, что атмосферное давление существует, можно при помощи простых опытов.
Опыт 1 – «Непроливайка»
В стакан налить воды до краёв. Прикрыть его листком плотной бумаги и, придерживая бумагу ладонью, быстро перевернуть стакан кверху дном. Убрать ладонь. Вода из стакана не выльется, так как на бумагу снизу давит атмосфера.
Объяснение: фраза «на нас давит столб атмосферного воздуха», иногда употребляемая, в том числе и в школьных учебниках, некорректна. Она произносится по ассоциации с силой давления, действующей со стороны твёрдого тела. Эта сила действует на тела, расположенные ниже, и не действует на тела сбоку или, тем более, сверху данного тела. Иное дело давление жидкости или газа.
По закону Паскаля давление передаётся не только в точки на дне сосуда, но также и в точки на стенках и крышке. Силы гидростатического и атмосферного давлений действуют перпендикулярно произвольно ориентированной поверхности тела, контактирующей со средой, и могут иметь любое направление.
Воздух, давящий на бумагу снизу наполненного стакана – это доказательство несостоятельности такой ассоциации. Интересно, что если стакан наполнить водой только наполовину, то оставшийся воздух будет давить с такой же силой, как и наружный, и бумага не удержит воду (и воздух) в стакане.
Опыт 2 – «Сухим из воды»
Положить на плоскую тарелку монету или металлическую пуговицу и налить воды. Монета окажется под водой. Наша задача – выловить монету голыми руками, не замочив их.
Зажгите внутри сухого стакана бумагу и, когда воздух нагреется, опрокиньте стакан на тарелку рядом с монетой так, чтобы монета не очутилась под стаканом. Ждать придётся недолго. Бумага в стакане сразу погаснет, и воздух начнёт остывать. По мере его остывания вода будет втягиваться стаканом и вскоре вся соберётся там, обнажив дно тарелки.
Объяснение: когда воздух в стакане нагрелся, он расширился, как и все нагретые тела, избыток его нового объёма вышел из стакана. Когда же оставшийся воздух начал остывать, его стало недостаточно, чтобы в холодном состоянии оказывать прежнее давление, уравновешивать наружное давление атмосферы. Теперь вода под стаканом испытывает на каждый сантиметр своей поверхности меньшее давление, чем в открытой части тарелки. Неудивительно, что она вгоняется под стакан, втискиваемая туда избытком давления наружного воздуха. Вода вдавливается воздухом!
По этой же теме посмотрите эксперимент программы «Галилео».
Почему мы не чувствуем атмосферное давление?
Зная, что 1 м3 воздуха при температуре 0° на уровне моря весит 1,3 кг, легко подсчитать, что на крышу дома, имеющую площадь, например 100 м², атмосфера давит с силой 107 Н, что соответствует весу тела массой 1000 т. Однако крыша дома не проваливается.
Площадь спины лежащего на пляже человека заведомо больше 0,2 м2; следовательно, атмосфера давит на спину человека с силой, большей чем 20 000 Н, что соответствует камешку массой 2 т. Однако человек вообще не ощущает никакого давления сверху.
Опыт «Сухим из воды» демонстрирует нам ещё и доказательство внутреннего давления, уравновешивающего наружное давление атмосферы.
Мы не чувствуем давления воздуха, потому что давление атмосферы равномерно распределяется со всех сторон и потому что внутри нас есть такое же давление воздуха и жидкости, а адаптационные способности организма постоянно уравновешивают внутреннее давление, подстраивая его под изменение атмосферного. Но адаптации проходят только в небольшом интервале.
Если люди живут длительное время на большой высоте, то их организм приспосабливается как к меньшему количеству кислорода, так и к более низкому давлению. Самые высокогорные поселения мира:
- Ла-Ринконада (Перу) – 5100 м;
- Эль-Альто (Боливия) – 4150 м;
- Потоси (Боливия) – 4090 м;
- Лхаса (Т ибет) – 3650 м;
- Намче-базар (Непал) – 3450 м;
- в России это Куруш (Дагестан) – 2600 м.
Автор: IJISCAY
А вот рыбы, живущие на глубине океана, привыкли к более высокому давлению, и быстро перестроиться их организм не способен. Их тело адаптировалось к нему, и внутреннее давление его намного выше 1 атм. Поэтому когда их достают из глубины, они взрываются из-за высокого внутреннего давления. То же произошло бы и с человеком в безвоздушном пространстве (в космосе).
Фильм по теме «Атмосферное давление и самочувствие человека».
Из истории открытия знаний о весе, давлении воздуха и изобретении барометра
О том, как измерить атмосферное давление, догадался итальянский математик и физик, выпускник иезуитского колледжа Э. Торричелли. Вместе с В. Вивиани – юным учеником Галилея – он провёл опыты по его измерению. Торричелли тоже был одним из последних учеников Галилея, и основываясь на его догадках доказал, что воздух имеет вес и оказывает давление.
Эванжелиста Торричелли и его барометр.Автор: Saperaud~commonswiki
Торричелли впервые открыто выступил против догм Аристотеля. Рассуждая о насосе, он заявил, что
«прежде всего вода поднимается вслед за поршнем вовсе не потому, что «природа боится пустоты», просто воду гонит в насос давление, которое оказывает воздух на поверхность реки. В трубе же насоса, под поршнем, воздуха нет, поэтому вода входит в неё до тех пор, пока вес водяного столба в трубе насоса не уравновесит наружное давление воздуха».
Но доказал он это немного позже. Предложенный им опыт был осуществлён в 1643 г. В этом опыте использовалась запаянная с одного конца стеклянная трубка длиной около 1 м. Её наполняли ртутью и, закрыв пальцем (чтобы ртуть не выливалась раньше времени), перевернув, опускали в широкую чашку со ртутью.
Часть ртути из трубки выливалась, и в её верхней части образовывался вакуум (первая настоящая пустота, обнаруженная на Земле – Торричеллиева пустота). При этом высота столба ртути в трубке оказалась равной примерно 760 мм (если отсчитывать её от уровня ртути в чашке). Воздух давил на ртуть чашки и не давал вылиться из трубки.
Учёный также догадался, что давление атмосферы связано с изменением погоды. Наблюдая за высотой ртутного столба в трубке, Торричелли заметил, что атмосферное давление непостоянно и зависит от «теплоты или холода». Столбик в трубке то опускался, то поднимался, указывая на нужное деление шкалы. Вот почему в качестве одной из единиц давления взят миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.). Тяжесть по-гречески «барос», и прибор Торричелли стали называть барометром.
Принцип действия барометра ТорричеллиО давлении и весе воздуха почти одновременно с Торричелли догадался и другой известный учёный того времени – Декарт. Он объяснил, почему из продырявленного на дне флакона при закрытой крышке духи не вытекают, а при открытой вытекают, именно разностью в давлении воздуха на разные площади поверхности. Когда крышка флакона закрыта, поверхностное натяжение воды на небольшом отверстии способно удерживать жидкость во флаконе. При открытой крышке оно преодолевается силой давления воздуха и духи начинают вытекать. Декарт выдвинул гипотезу, что с высотой воздух становится реже, а значит, должно уменьшаться и его давление.
Уже после опытов Торричелли Декарт поручил талантливому французскому математику и физику Блезу Паскалю проверить его догадку – верно ли, что давление с высотой убывает. Для этого он должен был подняться в горы с трубкой Торричелли. Опустившийся вниз столбик ртути на высоте горы Пюи де Дом подтвердили гипотезы Торричелли и Декарта.
Паскаль сделал вывод:
«законы давления жидкостей, известные ещё со времён славного Архимеда и развитые голландцем Симеоном Стевином, во многом справедливы и для воздуха».
Давление воздуха не замечается человеком, потому что по законам давления в жидкостях и газах оно направлено и в стороны, и вниз.
Как измеряют атмосферное давление?
Барометр Торричелли используют до сих пор. Этот простой прибор помогает определить примерную высоту над уровнем моря. Альпинисты берут его с собой высоко в горы. Барометр – обязательный прибор кабины каждого летательного аппарата, будь то самолёт или спутник Земли. В наши дни его «братья» спускаются и на дно морей. Из высотомеров они превратились в глубиномеры.
За три с лишним века барометры изменились: стали автоматическими, самозаписывающими, научились управлять другими механизмами.
Ртутный барометр измеряет атмосферное давление с наибольшей точностью
Старые ртутные барометры.Автор: GianniG46
На метеорологических станциях давление атмосферного воздуха измеряют всё те же ртутные барометры, так как они обладают наибольшей точностью. Они работают по тому же принципу, что и изобретение Торричелли.
При измерении величины давления вводят поправки на температуру, так как при повышении температур, ртуть и шкала барометра расширяются. На практике пользуются готовой таблицей поправок, которая сразу же даёт нужную величину.
Мембранные барометры
Для измерения атмосферного давления применяют также мембранные манометры. Простейший мембранный манометр показан схематически на рис 1.
Рис. 1. Мембранный барометрТонкая упругая пластинка-мембрана 1 герметически закрывает коробку 2, из которой откачана часть воздуха. С мембраной соединён указатель 3, поворачивающийся около О на угол, зависящий от степени прогиба мембраны, которая в свою очередь зависит от разности измеряемой силы давления воздуха вне коробки и внутри коробки.
Такие манометры называют барометрами-анероидами. Их градуируют и выверяют по ртутному барометру. Они менее точны, зато более удобны в обращении, поскольку не содержат ртути. При определении давления анероидом вносятся три поправки (на шкалу, на температуру и дополнительная на прибор), указанные в сертификате прибора. Анероид может давать надежные показания только в том случае, если он время от времени подвергается тщательной проверке.
Барометр-анероид.Изображение Wolfgang Eckert с сайта Pixabay
Анероид может быть градуирован непосредственно на высоту атмосферы. Такие анероиды называют альтиметрами; или высотомерами, они используются в авиалайнерах и позволяют пилоту контролировать высоту полёта.
Высотомер Булова Б-11, с самолёта-истребителя.Автор: Дозиметр
Для непрерывной регистрации изменения атмосферного давления применяется самопишущий прибор — барограф . Приёмной частью барографа является несколько соединённых между собой малых анероидных коробок.
Другие приборы
Гипсотермометр (гипсометр, термобарометр, баротермометр) — прибор для измерения атмосферного давления по температуре кипящей жидкости (обычно воды). Он более точен, чем анероид.
Состоит из кипятильника и термометра со шкалой, разделённой на 0°,01. Этот прибор обычно применяется в экспедиционных условиях для барометрического нивелирования.
Штормгласс – это химический или кристаллический барометр, состоящий из стеклянной колбы или ампулы, заполненных спиртовым раствором, в котором в определённых пропорциях растворены камфора, нашатырь и калийная селитра.
Этим химическим барометром активно пользовался во время своих морских путешествий английский гидрограф и метеоролог, вице-адмирал Роберт Фицрой, который тщательно описал поведение барометра, это описание используется до сих пор. Поэтому штормгласс также называют «Барометром Фицроя». В 1831–1836 гг. Фицрой возглавлял океанографическую экспедицию на корабле «Бигль», в которой участвовал Чарльз Дарвин.
Весной и осенью резкое падение показателей барометра предвещает ветреную погоду. Летом, в сильную жару, оно предупреждает о грозе. Зимой, особенно после продолжительных морозов, быстрое падение ртутного столба говорит о предстоящей перемене направления ветра, сопровождающейся оттепелью и дождём. Напротив, повышение ртутного столба во время продолжительных морозов предвещает снегопад.
Закономерности в изменении атмосферного давления и способ использования этих знаний
Почти вся масса атмосферы Земли сосредоточена в слое высотой примерно до 50 км. По достижении высоты 50 км ускорение свободного падения уменьшается всего лишь на 1,5% по сравнению с ускорением на уровне моря; поэтому можно принять, что в пределах всего 50-километрового слоя атмосферы ускорение свободного падения остается равным g = 9,8 м/с2.
Представляя атмосферный воздух в виде сплошной среды, мы, конечно, не должны забывать, что в действительности это газ. Давление — статистическая величина, выражаемая через усреднённый по многим молекулам квадрат скорости их хаотического движения. Сила давления на любую реальную или мысленно выделенную площадку в газе обусловлена хаотической бомбардировкой этой площадки множеством молекул.
Давление понижается с высотой и повышается при спуске в глубокие шахты. Причина – в разрежении воздуха (уменьшении плотности) с подъёмом и уплотнении со спуском, ведь он притягивается землёй и около неё сосредоточена основная его масса. В нижней тропосфере давление с высотой уменьшается примерно на 1 мм на каждые 10,5 м. Это позволяет с помощью барометра-высотомера определять высоту места.
Как изменяется атмосферное давление с высотой?На самом деле эта закономерность соблюдается только до высоты в 1 км. Расстояние в метрах, на которое надо подняться или опуститься, чтобы атмосферное давление изменилось на 1 мб, называется барической ступенью. Барическая ступень на высоте от 0 до 1 км составляет 10,5 м, от 1 до 2 км – 11,9 м, на высоте 2-3 км барическая ступень равна 13,5 км. Величина барической ступени зависит от температуры. В тёплом воздухе она больше. Более точно барометрическая формула описана тут: https://ru.wikipedia.org/wiki/
На практике же часто пользуются особыми таблицами, которые позволяют более или менее приблизительно получать данные о высотах. Но для решения задач, не требующих высокой точности, можно пользоваться и средним значением. Можно оценить давление по разности высот, высчитать высоту по разности давления.
Задача 1
Альпинисты поднимаются на гору, высота которой 5100 м. У подножия горы давление составляет 720 мм рт. ст. Какое давление будет на вершине?
Решение:
При подъёме на 10,5 м давление снижается на 1 мм рт. ст.
1) Узнаем, на сколько мм. рт. ст. снизится давление при подъёме на эту гору. 5100:10,5=486 (на 486 мм рт. ст.)
2) Узнаем, каким будет давление на вершине. 720-486=234 (мм рт. ст.)
Ответ: На вершине будет давление в 234 мм рт. ст.
Задача 2
Определите, на какой высоте летит самолёт, если за бортом давление 450 мм рт. ст., а у поверхности Земли 750 мм рт. ст.
1) Определяем разность в давлении. 750-450=300 мм рт. ст. – столько раз по 10,5 метров поднялся самолёт.
2) Узнаем, на сколько метров поднялся самолёт. 10,5 Х 300 = 3150 (м)
Ответ: самолёт на высоте 3150 м.
Задача 3
У подножия холма барометр показывает давление – 761 мм рт. ст., а на вершине – 761 мм рт. ст. Чему равна высота холма?
Задача решается по тому же принципу, что и предыдущая.
1) 761-750=11 (мм рт. ст.)
2) 11 Х 10,5 = 115,5 (м)
Ответ: высота холма равна 115,5 м.
Атмосферное давление постоянно изменяется
Плотность воздуха зависит от температуры, температура же и является главной причиной изменения давления воздуха. Давление тёплого воздуха меньше, чем холодного. Это объясняется тем, что при нагревании воздух, как и все предметы, расширяется, его объём увеличивается и он перетекает в верхние слои на место менее нагретого воздуха, что приводит к уменьшению давления около земной поверхности.
На климатических и синоптических картах точки с одинаковыми показателями давления, приведённые к уровню моря, соединяют изолиниями, называемыми изобарами. Изобары бывают замкнутыми и незамкнутыми. Система замкнутых изобар с пониженным давлением в центре (Н) называется барическим минимумом, или циклоном. Система замкнутых изобар с повышенным давлением в центре (В) называется барическим максимумом, или антициклоном. Незамкнутые системы изобар – барический гребень, ложбина и седловина.
Все барические области делят на две группы: постоянные и сезонные (сохраняют характерные особенности давлений в течение определенного периода года).
Пояса давления на Земле
Давление на Земле распределяется зонально. В обобщённом виде эту зональность представляют в виде поясов:
- на экваторе расположен пояс низкого давления – экваториальная депрессия;
- к югу и северу от экватора до 30-40° широты – пояс повышенного давления;
- на 60-70° с. и ю. ш. – пояса пониженного давления;
- приполярные районы – пониженное давление.
На самом деле реальная картина распределения давления на поверхности земли г
Атмосферное давление: что за загадочный термин?
14.05.2009 15:09
Сообщая по радио о погоде, дикторы в конце обычно сообщают: атмосферное давление 760 мм ртутного столба (или 749, или 754 и т.д.). Но многие ли понимают, что это значит, и откуда синоптики берут эти данные? О том, как измеряют атмосферное давление, как оно изменяется и влияет на человека, вы узнаете из этой статьи.
Немного истории
Первым атмосферное давление измерил итальянский ученый Эванджелиста Торричелли в 1643 году. Развивая учения Галилея, Торричелли после долгих опытов, доказал, что воздух имеет вес, и давление атмосферы уравновешивается столбом воды в 32 фута, или 10,3 м. Он пошел в своих исследованиях ещё дальше и позже изобрел прибор для измерения атмосферного давления — барометр.
Атмосферное давление, что это?
Атмосферное давление — давление атмосферного воздуха на находящиеся в нем предметы и на земную поверхность. В каждой точке атмосферы атмосферное давление равно весу вышележащего столба воздуха с основанием, равным единице площади. С высотой атмосферное давление убывает. В соответствии с международной системой единиц (система СИ) основной единицей для измерения атмосферного давления является гектопаскаль (гПа), однако, в обслуживании ряда организаций разрешается применять старые единицы: миллибар (мб) и миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.). Нормальным атмосферным давлением (на уровне моря) принято значение 760 мм ртутного столба (мм рт. ст.) при температуре 0 °С.
Зачем его измеряют?
Измеряют атмосферное давление для того, чтобы с большей вероятностью предсказать возможное изменение погоды. Существует прямая связь между изменениями давления и изменениями погоды. Рост или понижение атмосферного давления с некоторой вероятностью может служить признаком изменения погоды.
Изменение атмосферного давления с высотой
Газы сильно сжимаемы и чем сильнее сжат газ, тем больше его плотность и тем большее давление он производит. Нижние слои воздуха сжаты всеми вышележащими слоями. Чем выше от поверхности Земли, тем воздух слабее сжат, тем меньше его плотность и, следовательно, тем меньшее давление он производит. Так, например, когда воздушный шар поднимается над Землей, то давление воздуха на шар становится меньше не только потому, что высота столба воздуха над ним уменьшается, но еще и потому, что плотность воздуха вверху меньше, чем внизу. Так как все метеостанции, измеряющие атмосферное давление, расположены на разных высотах и полученные на них показатели чаще всего приводят к уровню моря. Делают это потому, что атмосферное давление довольно существенно убывает с высотой. Так на высоте 5 000 м оно уже примерно в два раза ниже. Поэтому для получения представления о реальном пространственном распределении атмосферного давления и для сравнимости его величины в различных местностях и на разных высотах, для составления синоптических карт давление приводят к единому уровню – к уровню моря.
В течение суток давление также меняется, но незначительно, т.е. имеет суточный ход. Ночью повышается, а днем в период максимальных температур понижается. Особенно правильный суточный ход оно имеет в тропических странах, где дневное колебание достигает 2,4 мм рт. ст., а ночное — 1,6 мм рт. ст. С увеличением широты амплитуда изменения АД уменьшается, но вместе с тем становятся более сильными непериодические изменения атмосферного давления.
Распределение атмосферного давления по земной поверхности обусловливает движение воздушных масс и атмосферных фронтов, определяет направление и скорость ветра.
Влияние атмосферного давления на самочувствие
На самочувствие человека, достаточно долго проживающего в определённой местности, обычное, т.е. характерное давление не должно вызывать особого ухудшения самочувствия.
Пребывание в условиях повышенного атмосферного давления почти ничем не отличается от обычных условий. Лишь при очень высоком давлении отмечается небольшое сокращение частоты пульса и снижение минимального кровяного давления. Более редким, но глубоким становится дыхание. Незначительно понижается слух и обоняние, голос становится приглушенным, появляется чувство слегка онемевшего кожного покрова, сухость слизистых и др. Однако все эти явления относительно легко переносятся.
Более неблагоприятные явления наблюдаются в период изменения атмосферного давления — повышения (компрессии) и особенно его снижения (декомпрессии) до нормального. Чем медленнее происходит изменение давления, тем лучше и без неблагоприятных последствий приспосабливается к нему организм человека.
При пониженном атмосферном давлении отмечается учащение и углубление дыхания, учащение сердечных сокращений (сила их более слабая), некоторое падение кровяного давления, наблюдаются также изменения в крови в виде увеличения количества красных кровяных телец. В основе неблагоприятного влияния пониженного атмосферного давления на организм лежит кислородное голодание. Оно обусловлено тем, что с понижением атмосферного давления понижается и парциальное давление кислорода, поэтому при нормальном функционировании органов дыхания и кровообращения в организм поступает меньшее количество кислорода.
Повлиять на погоду мы не в состоянии. Но вот помочь своему организму пережить этот тяжелый период совсем несложно. При прогнозе значительного ухудшения погодных условий, а следовательно и резких перепадов атмосферного давления, прежде всего следует не паниковать, успокоиться, максимально снизить физическую нагрузку, а для тех у кого адаптация протекает довольно сложно, необходимо посоветоваться с врачом о назначении соответствующих лекарственных средств.
© Фото — Shutterstock.com
Как атмосферное давление меняется с высотой?
Наука
- Анатомия и физиология
- Астрономия
- Астрофизика
- Биология
- Химия
- наука о планете Земля
- Наука об окружающей среде
- Органическая химия
- Физика
Математика
- Алгебра
- Исчисление
- Геометрия
- Предалгебра
- Precalculus
- Статистика
- Тригонометрия
Гуманитарные науки
- Английская грамматика
- U.С. История
Зависимость атмосферного давления от высоты над уровнем моря
Давление воздуха над уровнем моря можно рассчитать как
p = 101325 (1 - 2,25577 10 -5 ч) 5.25588 (1)
где
101325 = нормальная температура и давление на уровне моря (Па)
p = давление воздуха (Па)
h = высота над уровнем моря (м)
Пример - Давление воздуха на высоте 10000 м
Давление воздуха на высоте 10000 м можно рассчитать как
p = 101325 (1-2.25577 10 -5 (10000 м)) 5.25588
= 26436 Па
= 26,4 кПа
В таблице ниже указано давление воздуха на высоте ниже и выше уровня моря.
| Высота над уровнем моря | Абсолютный барометр | Абсолютное атмосферное давление | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| футов | метр | дюймов рт. Ст. | мм рт. Ст. | psia | кг / см 2 | кПа | |||
| -5000 | -1524 | 35.7 | 908 | 17,5 | 1,23 | 121 | |||
| -4500 прибл. самая глубокая точка под уровнем моря Согне-фьорд, Норвегия | -1372 | 35,1 | 892 | 17,2 | 1,21 | 119 | |||
| -4000 | -1219 | 34,5 | 876 | 16,9 | 1,19 | 117 | |||
| -3500 | -1067 | 33.9 | 861 | 16,6 | 1,17 | 115 | |||
| -3000 | -914 | 33,3 | 846 | 16,4 | 1,15 | 113 | |||
| -2500 | -762 | 32,7 | 831 | 16,1 | 1,13 | 111 | |||
| -2000 | -610 | 32,1 | 816 | 15,8 | 1,11 | 109 | |||
| -1500 берег Мертвого моря , Палестина, Израиль и Иордания (-1371 фут) | -457 | 31.6 | 802 | 15,5 | 1,09 | 107 | |||
| -1000 | -305 | 31,0 | 788 | 15,2 | 1,07 | 105 | |||
| -500 | -152 | 30,5 | 774 | 15,0 | 1,05 | 103 | |||
| 0 1) | 0 | 29,9 | 760 | 14,7 | 1.03 | 101 | |||
| 500 прибл. Мёллехой, Дания | 152 | 29,4 | 746 | 14,4 | 1,01 | 99,5 | |||
| 1000 | 305 | 28,9 | 733 | 14,2 | 0,997 | 97,7 | |||
| 457 | 28,3 | 720 | 13,9 | 0,979 | 96,0 | ||||
| 2000 | 610 | 27.8 | 707 | 13,7 | 0,961 | 94,2 | |||
| 2500 | 762 | 27,3 | 694 | 13,4 | 0,943 | 92,5 | |||
| 3000 | 914 | 26,8 | 3000 | 914 | 26,8 | 13,2 | 0,926 | 90,8 | |
| 3500 | 1067 | 26,3 | 669 | 12,9 | 0,909 | 89.1 | |||
| 4000 | 1219 | 25,8 | 656 | 12,7 | 0,893 | 87,5 | |||
| 4500 прибл. Бен Невис, Шотландия, Великобритания | 1372 | 25,4 | 644 | 12,5 | 0,876 | 85,9 | |||
| 5000 | 1524 | 24,9 | 632 | 12,2 | 0,860 | 84,3 | |||
| 6000 | 1829 | 24.0 | 609 | 11,8 | 0,828 | 81,2 | |||
| 7000 | 2134 | 23,1 | 586 | 11,3 | 0,797 | 78,2 | |||
| 8000 | 2438 | 22,295 | 10,9 | 0,768 | 75,3 | ||||
| 9000 | 2743 | 21,4 | 543 | 10,5 | 0,739 | 72.4 | |||
| 10000 | 3048 | 20,6 | 523 | 10,1 | 0,711 | 69,7 | |||
| 15000 | 4572 | 16,9 | 429 | 8,29 | 0,583 | 57,295 | 20000 ок. Маунт Мак-Кинли, Аляска, США | 6096 | 13,8 | 349 | 6,75 | 0,475 | 46,6 |
| 25000 | 7620 | 11.1 | 282 | 5,45 | 0,384 | 37,6 | |||
| 30000 прибл. Гора Эверест, Непал - Тибет | 9144 | 8,89 | 226 | 4,36 | 0,307 | 30,1 | |||
| 35000 | 10668 | 7,04 | 179 | 3,46 | 0,243 | ||||
| 0,243 | 40000 | 12192 | 5,52 | 140 | 2.71 | 0,191 | 18,7 | ||
| 45000 | 13716 | 4,28 | 109 | 2,10 | 0,148 | 14,5 | |||
| 50000 | 15240 | 3,27 | 83 | 1,61 | 0,1 | 11,1 | |||
1) Уровень моря
.ГЛАВА 2. АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ
Ответ. Тропосфера содержит всю массу атмосферы, за исключением доли P (тропопауза) / P (поверхность), которая находится выше тропопаузы. Из Рисунок 2-2 мы читаем P (тропопауза) = 100 гПа, P (поверхность) = 1000 гПа. Таким образом, доля Ftrop от общей массы атмосферы в тропосфере составляет
. Тропосфера составляет 90% общей массы атмосферы на 30 ° с.ш. (85% в мире).
Доля Fstrat от общей массы атмосферы в стратосфере выражается долей над тропопаузой, P (тропопауза) / P (поверхность), минус доля над стратопаузой, P (стратопауза) / P (поверхность).Из Рисунок 2-2 мы читаем P (стратопауза) = 0,9 гПа, так что
Таким образом, стратосфера содержит почти всю массу атмосферы над тропосферой. Мезосфера содержит лишь около 0,1% общей массы атмосферы.
2,4 БАРОМЕТРИЧЕСКИЙ ЗАКОН
В главах 4 и 7 мы рассмотрим факторы, контролирующие вертикальный профиль температуры атмосферы. Здесь мы сосредоточимся на объяснении вертикального профиля давления. Рассмотрим элементарный слой атмосферы (толщина dz, горизонтальная область A) на высоте z:
.
Рисунок 2-3 Вертикальные силы, действующие на элементарный слой атмосферы
Атмосфера оказывает восходящую силу давления P (z) A на нижнюю часть плиты и направленную вниз силу давления P (z + dz) A на верхнюю часть плиты; чистая сила, (P (z) -P (z + dz)) A, называется сила градиента давления.Поскольку P (z)> P (z + dz), сила градиента давления направлена вверх. Чтобы плита находилась в равновесии, ее вес должен уравновешивать силу градиента давления:
(2.3)
Переставляем урожайность
(2,4)
Левая часть по определению равна dP / dz. Следовательно,
(2,5)
Итак, из закона идеального газа,
(2.6)
где Ma - молекулярная масса воздуха, T - температура. Подстановка (2,6) в (2,5) урожайность:
(2,7)
Сделаем упрощающее предположение, что T постоянна с высотой; как показано в Рисунок 2-2 , T изменяется только на 20% ниже 80 км. Затем мы интегрируем (2,7) чтобы получить
(2,8)
что эквивалентно
(2.9)
Уравнение (2,9) называется барометрический закон. Удобно определить шкала высоты H для атмосферы:
(2.10)
приводя к компактной форме Барометрического закона:
(2.11)
Для средней температуры атмосферы T = 250 K масштаб высоты H = 7,4 км. Барометрический закон объясняет наблюдаемую экспоненциальную зависимость P от z в Рисунок 2-2 ; из уравнения (2.11) , график зависимости z от ln P дает прямую линию с наклоном -H (проверьте, что наклон в Рисунок 2-2 действительно близко к -7,4 км). Небольшие колебания наклона Рисунок 2-2 вызваны колебаниями температуры с высотой, которые мы не учли в нашем выводе.
Аналогично можно сформулировать вертикальную зависимость плотности воздуха. Из (2,6) , ra и P связаны линейно, если T предполагается постоянным, так что
(2.12)
Аналогичное уравнение применяется к плотности воздуха na. Для каждого подъема высоты H давление и плотность воздуха падают в е = 2,7 раза; таким образом, H обеспечивает удобную меру толщины атмосферы.
При расчете высоты шкалы от (2.10) мы предположили, что воздух ведет себя как однородный газ с молекулярной массой Ma = 29 г / моль. Закон Дальтона гласит, что каждый компонент воздушной смеси должен вести себя так, как если бы он был один в атмосфере.Тогда можно было бы ожидать, что разные компоненты будут иметь разные шкала высоты определяется их молекулярной массой. В частности, учитывая разницу в молекулярной массе между N2 и O2, можно было ожидать, что соотношение смешивания O2 будет уменьшаться с высотой. Тем не мение, гравитационное разделение воздушной смеси происходит за счет молекулярная диффузия, которая значительно медленнее, чем турбулентное вертикальное перемешивание воздуха на высотах ниже 100 км ( проблема 4. 9 ). Таким образом, турбулентное перемешивание поддерживает однородную нижнюю атмосферу.Только на высоте более 100 км начинает происходить значительное гравитационное разделение газов, причем более легкие газы обогащаются на больших высотах. Во время дебатов о вредном воздействии хлорфторуглеродов (ХФУ) на стратосферный озон некоторые не очень уважаемые ученые утверждали, что ХФУ не могут достичь стратосферы из-за их высокого молекулярного веса и, следовательно, низкого масштаба. В действительности турбулентное перемешивание воздуха гарантирует, что соотношения смешивания CFC в воздухе, поступающем в стратосферу, по существу такие же, как и в приземном воздухе.
.
Стандартная атмосфера США
«Стандартная атмосфера» может рассматриваться как среднее давление, температура и плотность воздуха для различных высот.
« U.S. Standard Atmosphere 1976» представляет собой атмосферную модель того, как давление, температура, плотность и вязкость атмосферы Земли изменяются с высотой. Он определен как имеющий температуру 288,15 K (15 o C, 59 o F) на уровне моря 0 км геопотенциальной высоты и 101325 Па ( 1013.25 гПа, 1013,25 мбар, 760 мм рт. Ст., 29,92 дюйма рт. Ст.) .
Атмосфера разделена на
- Тропосфера - диапазон от 0 до 11 км (36000 футов) высота
- стратосфера - диапазон 11–51 км (167000 футов) высота
- Мезосфера - диапазон 51-71 км (232000 футов) высота
- Ионосфера - диапазон более 71 км (более 232000 футов) высота
U.S. Стандартные свойства атмосферного воздуха - британские единицы (BG)
Стандартные свойства атмосферного воздуха США - единицы СИ
| Геопотенциал Высота над уровнем моря - ч - (м) | Температура - т - ( o C) | Ускорение свободного падения - g - (м / с 2 ) | Абсолютное давление - p - ( 10 4 Н / м 2 ) | Плотность - ρ - ( кг / м 3 ) | Динамическая вязкость - μ - ( 10 -5 Н с / м 2 ) | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -1000 | 21.50 | 9,810 | 11,39 | 1,347 | 1,821 | |||||||
| 0 | 15,00 | 9,807 | 10,13 | 1,225 | 1,789 | |||||||
| 1.758 | ||||||||||||
| 2000 | 2.00 | 9.801 | 7.950 | 1.007 | 1.726 | |||||||
| 3000 | -4.49 | 9,797 | 7,012 | 0,9093 | 1,694 | |||||||
| 4000 | -10,98 | 9,794 | 6,166 | 0,8194 | 6,166 | 0,8194 | 1,61191 | 91130,7364 | 1,628 | |||
| 6000 | -23,96 | 9,788 | 4,722 | 0,6601 | 1,595 | |||||||
| 7000 | -30.45 | 9,785 | 4,111 | 0,5900 | 1,561 | |||||||
| 8000 | -36,94 | 9,782 | 3,565 | 0,5258 | 1,527 | 4 | 0,4671 | 1,493 | ||||
| 10000 | -49,90 | 9,776 | 2,650 | 0,4135 | 1,458 | |||||||
| 15000 | -56.50 | 9,761 | 1,211 | 0,1948 | 1,422 | |||||||
| 20000 | -56,50 | 9,745 | 0,5529 | 0,08891 | 1,422 | 0,08891 | 1,422 | 0,08891 | 1,422 | 1,422 | 0,04008 | 1,448 |
| 30000 | -46,64 | 9,715 | 0,1197 | 0,01841 | 1,475 | |||||||
| 40000 | -22.80 | 9,684 | 0,0287 | 0,003996 | 1,601 | |||||||
| 50000 | -2,5 | 9,654 | 0,007978 | 0,001027 | 0,0003097 | 1,584 | ||||||
| 70000 | -53,57 | 9,594 | 0,00052 | 0,00008283 | 1.438 | |||||||
| 80000 | -74,51 | 9,564 | 0,00011 | 0,00001846 | 1,321 |
Атмосфера США - температура в зависимости от высоты
.
Как это влияет на полет - основные сведения
Международная стандартная атмосфера (ISA) - это модель, используемая для стандартизации авиационных приборов. Он был создан с таблицами значений для диапазона высот, чтобы обеспечить общие справочные данные для температуры и давления. Полеты при температурах ISA-plus отрицательно скажутся на характеристиках самолета. Если температура ISA-plus слишком высока, самолет может не набирать высоту с ожидаемой скоростью и / или может быть не в состоянии поддерживать высоту.
Ниже приводится обзор базовой информации, которую вам необходимо знать об ISA:
1. Модель ISA состоит из нескольких компонентов
ISA - это гипотетическая модель, представляющая идеальную атмосферу на основе уравнения термодинамики, как определено Международная организация гражданской авиации, лишенная водяного пара, ветра и турбулентности. Он использует стандартные эталоны для давления, плотности, вязкости и температуры на разных высотах в атмосфере. Он состоит из таблицы значений и показывает, как эти значения изменяются в диапазоне высот.
2. Стандарты измерений
Температуры на модели ISA чаще всего указываются в градусах Цельсия, но также могут быть указаны в градусах Фаренгейта или Кельвина - в зависимости от предпочтений пользователя и желаемых результатов. Точно так же высота
.атмосферное давление | Определение и вариации
Атмосферное давление , также называемое барометрическим давлением , сила на единицу площади, действующая на столб атмосферы (то есть на всю массу воздуха над указанной областью). Атмосферное давление можно измерить с помощью ртутного барометра (отсюда обычно используется синоним барометрическое давление ), который указывает высоту столбика ртути, который точно уравновешивает вес столба атмосферы над барометром.Атмосферное давление также измеряется с помощью барометра-анероида, в котором чувствительный элемент представляет собой один или несколько полых, частично вакуумированных, гофрированных металлических дисков, поддерживаемых от сжатия внутренней или внешней пружиной; изменение формы диска при изменении давления может быть записано с помощью ручки пера и вращающегося барабана с часовым приводом.
изменения атмосферного давления с высотойУ поверхности Земли атмосферное давление уменьшается почти линейно с увеличением высоты.Однако изучение данных на больших высотах показывает, что зависимость экспоненциальная.
Encyclopædia Britannica, Inc.Подробнее по этой теме
климат: атмосферное давление и ветер
Атмосферное давление и ветер являются важными факторами, влияющими на погоду и климат Земли. Хотя эти двое ...
Узнайте об атмосферном давлении, его единицах и методах измеренияОписание давления и его измерения.
© Josef Martha—sciencemanconsulting.com Посмотреть все видеоролики к этой статьеАтмосферное давление выражается в нескольких различных системах единиц: миллиметры (или дюймы) ртутного столба, фунты на квадратный дюйм (psi), дин на квадратный сантиметр, миллибар (мб), стандартные атмосферы или килопаскали. Стандартное давление на уровне моря по определению равно 760 мм (29,92 дюйма) ртутного столба, 14,70 фунта на квадратный дюйм, 1013,25 × 10 3 дин на квадратный сантиметр, 1013,25 миллибара, одной стандартной атмосфере или 101.325 килопаскалей. Вариации этих значений очень малы; например, самые высокие и самые низкие когда-либо зарегистрированные давления на уровне моря составляют 32,01 дюйма (в центре Сибири) и 25,90 дюйма (во время тайфуна в южной части Тихого океана). Существующие небольшие колебания давления в значительной степени определяют характер ветра и шторма на Земле.
Узнайте, почему присоскам требуется внешнее атмосферное давление для давления на внутреннюю часть низкого давления.Узнайте, почему отсутствие атмосферного давления в космическом вакууме делает присоски непригодными для использования.
Encyclopædia Britannica, Inc. Посмотреть все видео к этой статьеУ поверхности Земли давление уменьшается с высотой со скоростью около 3,5 мбар на каждые 30 метров (100 футов). Однако над холодным воздухом падение давления может быть намного сильнее, потому что его плотность больше, чем у более теплого воздуха. Давление на высоте 270 000 метров (10 −6 мбар) сравнимо с давлением в лучшем из когда-либо созданных человеком вакууме. На высотах от 1500 до 3000 метров (от 5000 до 10000 футов) давление достаточно низкое, чтобы вызвать горную болезнь и серьезные физиологические проблемы, если не будет предпринята тщательная акклиматизация.
.