วิธีการคำนวณความดันบรรยากาศ

เนื้อหา

• TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)
• บารอมิเตอร์แบบปรอท
• สูตร Barometric

อากาศเป็นก๊าซ แต่สำหรับการคำนวณความดันบรรยากาศคุณอาจถือว่ามันเป็นของเหลวและคำนวณความดันที่ระดับน้ำทะเลโดยใช้นิพจน์สำหรับความดันของของเหลว การแสดงออกนี้คือ P = ∂ghโดยที่∂คือความหนาแน่นของอากาศ g คือการเร่งความเร็วของแรงโน้มถ่วงและ h คือความสูงของชั้นบรรยากาศ วิธีนี้ใช้ไม่ได้ผลเนื่องจาก neither หรือ h ไม่คงที่ วิธีการแบบดั้งเดิมคือการวัดความสูงของคอลัมน์ของปรอทแทน หากคุณกำลังมองหาความดันบรรยากาศที่ระดับความสูงหนึ่ง ๆ คุณสามารถใช้สูตรวัดความกดอากาศ นี่เป็นความสัมพันธ์ที่ค่อนข้างซับซ้อนซึ่งขึ้นอยู่กับตัวแปรหลายตัวดังนั้นจึงง่ายต่อการค้นหาค่าที่คุณต้องการในตาราง

TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)

นักวิทยาศาสตร์คำนวณความดันบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเลโดยการวัดความสูงของคอลัมน์ปรอทและคำนวณความดันบรรยากาศต้องออกแรงเพื่อยกเสาให้สูงขึ้น

บารอมิเตอร์แบบปรอท

จุ่มหลอดแก้วที่มีปลายปิดในถาดปรอทและปล่อยให้อากาศทั้งหมดหนีออกมาจากนั้นหมุนหลอดตั้งตรงโดยที่ช่องเปิดจมอยู่ในปรอท คุณจะมีคอลัมน์ของปรอทภายในหลอดและสุญญากาศระหว่างส่วนบนของคอลัมน์และส่วนท้ายของหลอด แรงดันที่กระทำโดยชั้นบรรยากาศบนปรอทในถาดรองรับคอลัมน์ดังนั้นความสูงของคอลัมน์จึงเป็นวิธีการวัดความดันบรรยากาศ หากหลอดจบการศึกษาในหน่วยมิลลิเมตรความสูงของคอลัมน์จะอยู่ที่ประมาณ 760 มม. ขึ้นอยู่กับสภาพบรรยากาศ นี่คือนิยามของ 1 บรรยากาศของความกดดัน

ปรอทเป็นของเหลวดังนั้นคุณสามารถคำนวณแรงดันที่จำเป็นในการรองรับคอลัมน์โดยใช้สมการ P = ∂gh ในสมการนี้∂คือความหนาแน่นของปรอทและ h คือความสูงของคอลัมน์ ในหน่วย SI (ตัวชี้วัด) หนึ่งชั้นบรรยากาศมีค่าเท่ากับ 101,325 Pa (Pascals) และในหน่วยของอังกฤษจะมีค่าเท่ากับ 14.696 psi (ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) torr คือหน่วยความดันบรรยากาศอื่นที่ แต่เดิมกำหนดไว้ให้เท่ากับ 1 มม. ปรอท คำจำกัดความปัจจุบันคือ 1 torr = 133.32 Pa. หนึ่งบรรยากาศ = 760 torr

สูตร Barometric

แม้ว่าคุณจะไม่สามารถรับแรงดันบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเลจากความสูงทั้งหมดของบรรยากาศ แต่คุณสามารถคำนวณการเปลี่ยนแปลงของแรงดันอากาศจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งได้ ความจริงเรื่องนี้พร้อมกับข้อพิจารณาอื่น ๆ รวมถึงกฎหมายก๊าซอุดมคติทำให้เกิดความสัมพันธ์แบบทวีคูณระหว่างความดันระดับน้ำทะเล (P)₀) และความดันที่ระดับความสูง h (P_{ชั่วโมง}) ความสัมพันธ์นี้เรียกว่าสูตร barometric คือ:

P_{ชั่วโมง} = P₀อี^{-mgh / โฮเทล}

แม้ว่าสมการนี้จะทำนายแรงกดดันที่ระดับความสูงต่าง ๆ การคาดการณ์ของมันนั้นแตกต่างจากการสังเกต ตัวอย่างเช่นมันทำนายความดัน 25 torr ที่ความสูง 30 กม. (19 ไมล์) แต่ความดันที่สังเกตได้ที่ความสูงนั้นมีเพียง 9.5 torr ความแตกต่างเป็นหลักเนื่องจากความจริงที่ว่าอุณหภูมิจะเย็นกว่าที่ระดับความสูงที่สูงขึ้น