На этом уроке мы узнаем, каким образом и при помощи каких приборов измеряют атмосферное давление, чему равно нормальное атмосферное давление и от чего оно зависит.

Воздух, окружающий Землю, обладает весом вследствие действующей на него силы тяжести. Атмосферное давление – это давление воздуха на земную поверхность и тел, находящихся на ней.

Чему же равно атмосферное давление? Как его измерить? Для вычисления атмосферного давления мы не можем воспользоваться формулой p = gρh, так как у атмосферы нет определенной высоты и плотность воздуха на разных высотах различна.

Измерить атмосферное давление можно с помощью опыта, предложенного в XVIIвеке итальянским ученым Эванджелиста Торричелли.

Торричелли поставил такой опыт. Он взял стеклянную трубку длиной около метра, запаянную с одного конца, и наполнил доверху ртутью. Затем, плотно закрыв отверстие пальцем, трубку перевернул и опустил в чашку с ртутью. Убрал палец и увидел, что ртуть из трубки вылилась в чашу, но не вся. В трубке осталась ртуть высотой около 76 см. Торричелли установил, что эта высота не зависит ни от высоты трубки, ни от глубины погружения трубки в ртуть. Когда ртуть выливается, то над ней в трубке образуется безвоздушное пространство.

Торричелли дал объяснение этому опыту. Ртуть в чашке испытывает давление с двух сторон: это атмосферное давление и давление столба оставшейся ртути в трубке. Так как ртуть находится в покое, значит, эти давления равны. Иначе под действием большего из давлений изменялся бы уровень ртути в трубке. Отсюда следует вывод: атмосферное давление равно давлению столба ртути в трубке. Если увеличивается атмосферное давление, то высота столба ртути в трубке тоже увеличивается, если же атмосферное давление понижается, то и высота столба ртути в трубке уменьшается. Поэтому, атмосферное давление можно измерять высотой ртутного столба. Например, атмосферное давление равно 760 мм рт. ст. – значит, воздух оказывает такое же давление, что и столбик ртути высотой 760 мм.

Известно, что давление измеряется в Паскалях. Установим связь между единицей давления Паскаль и миллиметрами ртутного столба. Для этого в формулу p = gρh подставим значения плотности ртути 13600 кг/м3, высоты столба ртути 1 мм = 0, 001 м, коэффициента тяжести 9,8 Н/кг.

Трубка Торричелли с ртутью и линейка в роли шкалы могут служить в качестве простейшего барометра – прибора для измерения атмосферного давления (от греческих слов «барос» – тяжесть, «метрео» – измеряю).

Ртутные барометры очень точны, но неудобны для практического применения: они могут разбиться, а пары ртути ядовиты. Поэтому на практике применяют барометры-анероиды (от греческого «анероид» – безжидкостный).

Главная часть барометра-анероида – легкая, упругая, полая внутри, металлическая коробочка с волнистой поверхностью.

Внутри коробочки нет воздуха. Чтобы ее не раздавило атмосферным давлением, стенки коробочки растягивает пружинящая металлическая пластинка, к которой прикреплена стрелка. Все детали барометра помещены в специальный корпус со стеклянным окошком. При увеличении атмосферного давления крышка коробочки прогибается внутрь и натягивает пружину. При уменьшении атмосферного давления пружина оттягивает поверхность коробочки вверх. Стрелка-указатель передвигается по шкале, размеченной в мм. рт. ст. Гофрированная поверхность коробочки позволяет повысить ее чувствительность к малейшим изменениям давления, а удаление изнутри нее воздуха позволяет избежать влияния температуры на давление внутри коробочки.

Знание атмосферного давления позволяет предсказывать погоду. При ухудшении погоды атмосферное давление уменьшается, говорят, давление «упало», имея в виду понижение ртутного столба. К солнечной ясной погоде барометр показывает более высокое давление.

Атмосферное давление, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0° называется нормальным атмосферным давлением

В международной системе единиц нормальное атмосферное давление равно 101300 Па = 1013 гПа (1 гектопаскаль = 100 Па).

Атмосферное давление зависит не только от погоды, но и от высоты. Чем больше высота местности над уровнем моря, тем меньше атмосферное давление. Это объясняется тем, что слои воздуха вблизи земной поверхности сжимаются тяжестью всех вышележащих слоев атмосферы и поэтому давление больше, чем в горах. Чем выше над землей, тем меньше атмосферное давление. Для этого есть две причины: уменьшается высота столба воздуха, давящего вниз своим весом, и уменьшается плотность воздуха. Измерения показывают, что в среднем на каждые 12 м высоты атмосферное давление уменьшается на 1 мм. рт. ст.

Зная зависимость давления от высоты, можно определить высоту над уровнем моря. Такие анероиды, снабженные шкалой отсчета высоты, называют высотомерами и применяют в авиации, при подъемах в горы, при полетах на воздушных шарах.

Барометр – прибор для измерения атмосферного давления. Ртутный барометр впервые применил Торричелли.

Атмосферное давление, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0° называется нормальным атмосферным давлением

Нормальное атмосферное давление равно 101300 Па = 1013 гПа.

Атмосферное давление зависит от погоды. При ухудшении погоды атмосферное давление уменьшается. Увеличение атмосферного давления предсказывает ясную солнечную погоду.

Атмосферное давление зависит от высоты. Чем выше местность над уровнем моря, тем меньше атмосферное давление из-за уменьшения высоты столба воздуха и уменьшения плотности воздуха. При небольших подъемах в среднем через каждые 12 м атмосферное давление уменьшается на 1 мм. рт. ст.

На практике атмосферное давление измеряют при помощи барометра-анероида.