Kuka ja miten mittasi ensimmäisenä ilmanpaineen. Ilmakehän paine

Ilmanpaine on yksi tärkeimmistä ilmastolliset ominaisuudet joilla on vaikutusta ihmisiin. Se edistää syklonien ja antisyklonien muodostumista ja provosoi sydän- ja verisuonitautien kehittymistä ihmisillä. Todisteita siitä, että ilmalla on painoa, saatiin jo 1600-luvulla, ja siitä lähtien sen vaihteluiden tutkiminen on ollut yksi keskeisistä sääennustajien kannalta.

Mikä on ilmapiiri

Sana "ilmapiiri" on kreikkalaista alkuperää, käännetty kirjaimellisesti "höyryksi" ja "palloksi". Tämä on planeetan ympärillä oleva kaasukuori, joka pyörii sen mukana ja muodostaa yhden kosmisen kappaleen. Se ulottuu maankuoresta tunkeutuen hydrosfääriin ja päättyy eksosfääriin virtaamalla vähitellen planeettojen väliseen avaruuteen.

Planeetan ilmakehä on sen tärkein elementti, joka varmistaa elämän mahdollisuuden maan päällä. Se sisältää ihmiselle välttämätön happea, sääilmaisimet riippuvat siitä. Ilmakehän rajat ovat hyvin mielivaltaisia. On yleisesti hyväksyttyä, että ne alkavat noin 1000 kilometrin etäisyydeltä maan pinnasta ja siirtyvät sitten vielä 300 kilometrin etäisyydellä planeettojen väliseen avaruuteen. NASAn noudattamien teorioiden mukaan tämä kaasukuori päättyy noin 100 kilometrin korkeuteen.

Se syntyi tulivuorenpurkausten ja planeetalle putoavien kosmisten kappaleiden aineiden haihtumisen seurauksena. Nykyään se koostuu typestä, hapesta, argonista ja muista kaasuista.

Ilmanpaineen löytämisen historia

1600-luvulle asti ihmiskunta ei ajatellut, onko ilmalla massaa. Ei ollut aavistustakaan, mikä ilmanpaine oli. Kuitenkin, kun Toscanan herttua päätti varustaa kuuluisat firenzeläiset puutarhat suihkulähteillä, hänen projektinsa epäonnistui surkeasti. Vesipatsaan korkeus ei ylittänyt 10 metriä, mikä oli ristiriidassa kaikkien tuolloisten luonnonlakeja koskevien käsitysten kanssa. Tästä alkaa tarina löydöstä ilmakehän paine.

Galileon oppilas, italialainen fyysikko ja matemaatikko Evangelista Torricelli, alkoi tutkia tätä ilmiötä. Kokeita käyttämällä raskaammalla alkuaineella, elohopealla, hän onnistui muutamaa vuotta myöhemmin todistamaan, että ilmalla on painoa. Hän loi ensimmäisen tyhjiön laboratoriossa ja kehitti ensimmäisen barometrin. Torricelli kuvitteli elohopealla täytetyn lasiputken, johon paineen vaikutuksesta jäi sellainen määrä ainetta, joka tasoitti ilmakehän paineen. Elohopealla kolonnin korkeus oli 760 mm. Veden osalta - 10,3 metriä, tämä on täsmälleen sama korkeus, johon suihkulähteet nousivat Firenzen puutarhoissa. Hän löysi ihmiskunnalle, mikä on ilmanpaine ja miten se vaikuttaa ihmisen elämään. putkessa nimettiin "Torricelli tyhjäksi" hänen kunniakseen.

Miksi ja minkä seurauksena ilmakehän paine syntyy

Yksi meteorologian keskeisistä työkaluista on ilmamassojen liikkeiden ja liikkeiden tutkimus. Tämän ansiosta saat käsityksen siitä, mikä aiheuttaa ilmanpainetta. Kun osoitettiin, että ilmalla on painoa, kävi selväksi, että se, kuten mikä tahansa muu kappale planeetalla, on painovoiman alainen. Tämä aiheuttaa paineen ilmaantumisen, kun ilmakehä on painovoiman vaikutuksen alaisena. Ilmanpaine voi vaihdella eri alueiden ilmamassaerojen vuoksi.

Missä on enemmän ilmaa, se on korkeampi. Harvinaisessa tilassa havaitaan ilmanpaineen lasku. Syy muutokseen on sen lämpötilassa. Sitä ei lämmitä auringon säteet, vaan maan pinta. Kun ilma lämpenee, se vaalenee ja nousee, kun taas jäähtyneet ilmamassat vajoavat alas luoden jatkuvaa, jatkuvaa liikettä.Jokaisella näistä virroista on erilainen ilmakehän paine, mikä saa aikaan tuulien ilmaantumisen planeettamme pinnalle.

Vaikutus säähän

Ilmanpaine on yksi meteorologian keskeisistä termeistä. Maapallon sää muodostuu syklonien ja antisyklonien vaikutuksesta, jotka muodostuvat planeetan kaasuverhossa tapahtuvien paineen muutosten vaikutuksesta. Antisykloneille on ominaista korkeat nopeudet (jopa 800 mm Hg ja enemmän). alhainen nopeus liikkeet, kun taas syklonit ovat alueita, joilla on alhaisempi määrä ja suuri nopeus. Tornadot, hurrikaanit ja tornadot muodostuvat myös äkillisistä ilmanpaineen muutoksista - tornadon sisällä se putoaa nopeasti saavuttaen 560 mm Hg.

Ilman liikkuminen aiheuttaa muutoksia sääolosuhteissa. Eri painetasoisten alueiden välillä nousevat tuulet syrjäyttävät sykloneja ja antisykloneja, minkä seurauksena syntyy ilmakehän painetta muodostaen tiettyjä sää. Nämä liikkeet ovat harvoin systemaattisia ja niitä on erittäin vaikea ennustaa. Alueilla, joilla korkea ja matala ilmanpaine törmäävät, ilmasto-olosuhteet muuttuvat.

Vakioindikaattorit

Ihanteellisissa olosuhteissa keskimääräiseksi tasoksi katsotaan 760 mmHg. Painetaso muuttuu korkeuden mukaan: alankoilla tai merenpinnan alapuolella sijaitsevilla alueilla paine on korkeampi; korkeuksissa, joissa ilma on ohutta, päinvastoin, sen indikaattorit laskevat 1 mm elohopeaa jokaisella kilometrillä.

Matala ilmanpaine

Se pienenee korkeuden kasvaessa maanpinnan etäisyyden vuoksi. Ensimmäisessä tapauksessa tämä prosessi selittyy gravitaatiovoimien vaikutuksen vähenemisellä.

Maan lämmittämät kaasut, jotka muodostavat ilman, laajenevat, niiden massa kevenee ja nousevat korkeammalle tasolle Liikettä tapahtuu, kunnes viereiset ilmamassat ovat vähemmän tiheitä, sitten ilma leviää sivuille ja paine tasoittuu.

Trooppisia alueita pidetään perinteisinä alueina, joilla on alhaisempi ilmanpaine. Päiväntasaajan alueilla paine on aina matala. Kuitenkin vyöhykkeet, joilla on korkea ja matala indikaattori, jakautuvat epätasaisesti maan päälle: yhdessä maantieteellinen leveysaste Alueilla voi olla eri tasoisia alueita.

Lisääntynyt ilmanpaine

Suurin osa korkeatasoinen Maapallolla sitä havaitaan etelä- ja pohjoisnavalla. Tämä selittyy sillä, että kylmän pinnan yläpuolella oleva ilma muuttuu kylmäksi ja tiheäksi, sen massa kasvaa, joten painovoima vetää sitä voimakkaammin pintaan. Se laskeutuu ja sen yläpuolella oleva tila täyttyy lämpimällä ilmamassat, minkä seurauksena ilmakehän paine syntyy kohonneella tasolla.

Vaikutus ihmisiin

Normaalit henkilön asuinalueelle ominaiset indikaattorit eivät saa vaikuttaa hänen hyvinvointiinsa. Samaan aikaan ilmakehän paine ja elämä maapallolla liittyvät erottamattomasti toisiinsa. Sen muutos - nousu tai lasku - voi laukaista sydän- ja verisuonitautien kehittymisen ihmisillä, joilla on korkea verenpaine. Henkilö voi kokea kipua sydämen alueella, syyttömän päänsäryn kohtauksia ja heikentynyttä suorituskykyä.

Ihmisille, jotka kärsivät sairauksista hengitysteitä, korkeaa painetta tuovista antisykloneista voi tulla vaarallisia. Ilma laskeutuu ja tihenee, ja haitallisten aineiden pitoisuus kasvaa.

Ilmanpaineen vaihteluiden aikana ihmisen vastustuskyky ja veren leukosyyttitaso heikkenevät, joten kehon fyysistä tai älyllistä rasitusta ei tällaisina päivinä suositella.

Tätä painetta kutsutaan ilmakehän paineeksi. Kuinka iso se on?

Internet-sivustojen lukijoiden lähettämät

fysiikan kirjasto, fysiikan tunnit, fysiikan ohjelma, fysiikan tuntimuistiinpanot, fysiikan oppikirjat, valmiit kotitehtävät

Vastaamme seuraaviin kysymyksiin.

1. Mitä kutsutaan ilmakehän paineeksi?

Ilmalla on painoa ja se painaa maan pintaa ja sen päällä olevia esineitä. Voimaa, jolla ilma painaa maan pintaa, kutsutaan ilmakehän paineeksi. Ilmapylväs maan pinnalta ilmakehän ylärajalle painaa maan pintaa voimalla, joka on noin 1,033 kg/cm2. Tekniikassa tätä arvoa pidetään paineen yksikkönä ja sitä kutsutaan 1 atmosfääriksi.

2. Kuka ja miten ensimmäisenä mittasi ilmanpaineen?

Italialainen tiedemies Evangelista Torricelli mittasi ilmanpaineen ensimmäisen kerran vuonna 1644. Laite on noin 1 m pitkä U-muotoinen putki, joka on sinetöity toisesta päästään ja täytetty elohopealla. Koska putken yläosassa ei ole ilmaa, putkessa olevan elohopean paine syntyy vain putkessa olevan elohopeapatsaan painosta. Ilmakehän paine on siis yhtä suuri kuin putkessa olevan elohopeapatsaan paine ja tämän kolonnin korkeus riippuu ympäröivän ilman ilmanpaineesta: mitä korkeampi on ilmanpaine, sitä korkeampi elohopeapatsas putkessa ja siksi tämän kolonnin korkeutta voidaan käyttää ilmanpaineen mittaamiseen.

3. Mitä laitteita käytetään ilmanpaineen mittaamiseen?

Ilmanpaineen mittaamiseen käytetään elohopeabarometriä, aneroidista barometria ja barographia (kreikkalaisesta graphosta - kirjoitan).

Jos kiinnitämme putkeen asteikon, samanlaisen kuin Torricelli kokeessaan käytti, saamme yksinkertaisimman laitteen ilmanpaineen mittaamiseen - elohopeabarometrin.

Aneroidibarometrin pääosa on pyöreitä aallotettuja metallilaatikoita, jotka on kytketty toisiinsa; laatikoiden sisään syntyy tyhjiö (paine niissä on pienempi kuin ilmakehän paine); ilmakehän paineen noustessa laatikot puristavat ja vetivät niihin kiinnitetyn jousen; jousen pään liike välitetään erikoislaitteiden kautta nuoleen, joka liikkuu asteikolla (asteikossa on jaot ja ilmanpaineen arvo). Ilmanpaineen noustessa laatikko supistuu, ja kun ilmanpaine laskee, se laajenee; nämä värähtelyt vaikuttavat nuoleen liitettyyn jouseen. Nuoli näyttää paineen arvon valitsin asteikolla.

Aneroidibarometri on yksi tärkeimmistä meteorologien käyttämistä instrumenteista ennustaakseen säätä tuleville päiville, koska sään muutokset liittyvät ilmanpaineen muutoksiin.

Barografia käytetään automaattisesti ja jatkuvasti rekisteröimään ilmanpaineen muutoksia. Tässä laitteessa on metallisten aaltopahvilaatikoiden lisäksi mekanismi paperinauhan siirtämiseksi, johon painetaan painearvojen ja viikonpäivien ruudukko. Tällaisten nauhojen avulla voit määrittää, kuinka ilmanpaine muuttui minkä tahansa viikon aikana. Ilmanpaine mitataan elohopeamillimetreinä (mmHg).

4. Miksi ilmanpaine on sisällä eri paikkoja eri?

Päällä maanpinta ilmanpaine vaihtelee paikasta toiseen ja ajan myötä. Erityisen tärkeitä ovat sään määräävät ei-jaksolliset ilmanpaineen muutokset, jotka liittyvät hitaasti liikkuvien alueiden syntymiseen, kehittymiseen ja tuhoutumiseen. korkeapaine(antisyklonit) ja suhteellisen nopeasti liikkuvat valtavat pyörteet (syklonit), joissa vallitsee matala paine. Mitä kylmempi ilma, sitä suurempi sen tiheys. Sen yläpuolella olevan ilman tiheys riippuu alla olevan pinnan kuumenemisesta. Jos ilma on tiheää, sen massa on suurempi, ja siksi se puristaa pintaa kovemmin.

5. Miten ilmanpaine muuttuu korkeuden mukaan?

Ilmanpaine laskee korkeuden myötä. Tämä johtuu kahdesta syystä. Ensinnäkin, mitä korkeammalla olemme, sitä alhaisempi on yläpuolellamme oleva ilmapylväs, ja siksi sitä vähemmän painoa painaa meitä. Toiseksi, korkeuden myötä ilman tiheys pienenee, se harvinaistuu, eli siinä on vähemmän kaasumolekyylejä, joten sillä on vähemmän massaa ja painoa.

Jos kuvittelemme ilmapatsaan maan pinnalta ilmakehän ylempiin kerroksiin, niin tällaisen ilmapatsaan paino on yhtä suuri kuin paino 760 mm korkea elohopeapylväs. Tätä painetta kutsutaan normaaliksi ilmanpaineeksi. Tämä on ilmanpaine yhdensuuntaisessa 45° lämpötilassa 0°C merenpinnan tasolla. Jos pylvään korkeus on yli 760 mm, painetta lisätään, vähemmän - lasketaan. Ilmanpaine mitataan elohopeamillimetreinä (mmHg).

6. Miten kartat osoittavat ilman lämpötilan ja ilmanpaineen jakautumisen lähellä maan pintaa?

Sään analysoimiseksi asiantuntijat käyttävät karttoja, joihin meteorologisten määrien arvot piirretään. Käsitellessään meteorologisia karttoja meteorologit yhdistävät pisteet, joilla on samat ilman lämpötilan ja ilmanpaineen arvot, linjoilla, joita kutsutaan isotermeiksi (saman lämpötilan viivat) ja isobaarit (saman paineen viivat). Tämän menetelmän avulla voit selvittää korkeiden ja korkeiden alueiden sijainnin alhainen paine, alueet, joissa lämpötila on korkea ja matala.

1. Mikä on ilmanpaine. Kuinka ilmanpainetta mitattiin kaukaisessa menneisyydessä.

Ilmanpaine on voima, jolla pylväs vaikuttaa ilmakehän ilmaa painaa maan pintaa.

Kuvassa 1 Käytä nuolia näyttääksesi elohopeapatsaan suunnan ja keskipaineen putkessa ja ilmakehän ilmapatsaan elohopean pinnalla kupissa. (Putken poikkipinta-ala elohopealla on 1 cm2.)

Kuvassa 2 kirjoita putkeen elohopeapatsaan korkeus, jos tiedetään, että ilmanpaine on 760 mm Hg. Taide.

Täytä puuttuvat sanat kuvaamaan ilmanpaineen muutoksia merellä ja maalla päivän aikana.

Aamutunneilla auringonsäteet eivät käytännössä lämmitä maan ja meren pintaa.

Yön aikana pinta- ja pintailmakerrosten lämpötilat ovat lähes jäähtyneet, joten ilmakehän paineen (Рс) ja meren (Рм) välillä ei ole havaittavia eroja.

Päivän aikana auringonsäteet lämmittävät maan pintaa voimakkaasti ja maan pinta luovuttaa lämpöä maaperälle ilmakerrokselle, jonka tiheys vähenee.

Näin ollen ilmanpaine on korkeampi maan päällä. Myös veden pinta lämpenee päivän aikana auringonsäteiden vaikutuksesta, mutta lämpö siirtyy syvemmille kerroksille ja ”kertyy” vesipatsaan. Näin ollen ilman pintakerros on vähemmän tiheä kuin pintakerros, se lämpenee myöhemmin. Meren ylle muodostuu suhteellisen alhainen ilmanpaine.

Illalla, kuten aamullakin, ilman lämpötila ja ilmanpaine maalla ja merellä ovat lähes samat.

Yöllä auringonsäteet eivät lämmitä maan pintaa (maa ja meri).

Maan pinta jäähtyy kuin meren pinta, luovuttaa lämpönsä pintailmakerrokseen, sen lämpötila laskee nopeammin kuin pintailmakerroksen lämpötila. Näin ollen ilma maan päällä on vähemmän tiheää kuin meren päällä ja maan päällä vähemmän tiheää kuin meren päällä.

2. Ilmanpaine muuttuu korkeuden mukaan

Samoissa ilmanlämmitysolosuhteissa ilmanpaine laskee korkeuden myötä.

Määritä ilmanpaineen arvot kahdessa oppikirjan tekstin avulla asutuilla alueilla Maapallo.

Tiibetin buddhalainen Rongbukin luostari (perustettu 1902) on maan korkein paikka, jossa ihmiset asuvat pysyvästi. Legendaarinen luostari sijaitsee Himalajan pohjoispuolella, Everestin juurella 5029 metrin korkeudessa. Kiipeilijät kulkevat Rongbukin kautta perusleirille, josta alkaa maailman korkeimman huipun, Mount Everestin, valloitus. . Munkit tulevat leirille rukoilemaan rohkeiden sielujen puolesta ja suorittamaan rituaaleja.

Jos Maailman valtameren tasolla ilmanpaine on 760 mm Hg, niin Rongbukin luostarin tasolla se on 292 mm Hg.

Boliviassa ( Etelä-Amerikka) 3660 metrin korkeudessa Andeilla sijaitsee miljoonan asukkaan La Pazin kaupunki, jota kutsutaan maailman korkeimmiksi pääkaupungiksi. Bolivian virallinen pääkaupunki on Sucren pikkukaupunki, jossa vain korkein oikeus maat. Todellinen pääoma, poliittinen, taloudellinen ja Kulttuurikeskus maa - La Pazin kaupunki. Tässä ovat Bolivian toimeenpano- ja lainsäädäntövalta, parlamenttirakennus, presidentin asuinpaikka ja ministeriöt. Kaupungin perusti vuonna 1548 espanjalainen valloittaja Alonso Mendoza, ja se nimettiin pitkään sodassa olleiden espanjalaisten valloittajien sovinnon kunniaksi.

Jos maailman valtameren tasolla ilmanpaine on 760 mm Hg. Art., sitten La Pazin kaupungin tasolla 418 mm Hg. Taide.

Täydennä määritelmästä puuttuvat sanat.

Viivoja, jotka yhdistävät pisteitä, joilla on samat ilman lämpötila-arvot, kutsutaan isotermeiksi.

Viivoja, jotka yhdistävät pisteitä, joilla on samat ilmanpainearvot, kutsutaan isobaariksi.

Maantieteilijä-Pathfinder School

Määritä ilmanpaineen määrä maantiedon luokassa, koulurakennuksen ensimmäisessä ja viimeisessä kerroksessa. (erikseen)

Ympäröivä tunnelma Maapallo, kohdistaa painetta maan pintaan ja kaikkiin maan päällä oleviin esineisiin. Lepoilmakehässä paine missä tahansa kohdassa on yhtä suuri kuin päällä olevan ilmapatsaan paino, joka ulottuu ilmakehän ulkokehälle ja jonka poikkileikkaus on 1 cm 2.

Italialainen tiedemies mittasi ensimmäistä kertaa ilmanpaineen Evangelista Torricelli vuonna 1644. Laite on noin 1 m pitkä U-muotoinen putki, joka on sinetöity toisesta päästään ja täytetty elohopealla. Koska putken yläosassa ei ole ilmaa, putkessa olevan elohopean paine syntyy vain putkessa olevan elohopeapatsaan painosta. Ilmakehän paine on siis yhtä suuri kuin putkessa olevan elohopeapatsaan paine ja tämän kolonnin korkeus riippuu ympäröivän ilman ilmanpaineesta: mitä korkeampi on ilmanpaine, sitä korkeampi elohopeapatsas putkessa ja siksi tämän kolonnin korkeutta voidaan käyttää ilmanpaineen mittaamiseen.

Normaali ilmanpaine (merenpinnan tasolla) on 760 mmHg (mmHg) 0 °C:ssa. Jos ilmanpaine on esimerkiksi 780 mm Hg. Art., tämä tarkoittaa, että ilma tuottaa saman paineen kuin pystysuora 780 mm korkea elohopeapylväs.

Tarkkaillessaan elohopeapatsaan korkeutta putkessa päivästä toiseen Torricelli havaitsi, että tämä korkeus oli muuttumassa ja ilmanpaineen muutokset liittyivät jotenkin sään muutoksiin. Kiinnittämällä pystysuoran asteikon putken viereen Torricelli sai yksinkertaisen laitteen ilmanpaineen mittaamiseen - barometrin. Myöhemmin paine mitattiin aneroidisella ("nestettömällä") barometrilla, joka ei käytä elohopeaa, ja paine mitattiin metallijousella. Käytännössä ennen lukemien ottamista on napautettava kevyesti sormella laitteen lasia kitkan voittamiseksi vipuvaihteistossa.

Perustuu Torricelli-putkeen asema kuppibarometri, joka on pääasiallinen ilmanpaineen mittauslaite sääasemat tällä hetkellä. Se koostuu barometrisesta putkesta, jonka halkaisija on noin 8 mm ja pituus noin 80 cm ja joka on laskettu vapaalla päällään barometriseen kuppiin. Koko barometrinen putki on suljettu messinkikehykseen, jonka yläosaan on tehty pystysuora leikkaus havainnoimaan elohopeapylvään meniskiä.

Samassa ilmanpaineessa elohopeapatsaan korkeus riippuu lämpötilasta ja kiihtyvyydestä vapaa pudotus, joka vaihtelee jonkin verran leveysasteen ja korkeuden mukaan. Barometrin elohopeapylvään korkeuden riippuvuuden poissulkemiseksi näistä parametreista mitattu korkeus lasketaan 0 °C:n lämpötilaan ja painovoiman kiihtyvyys merenpinnan tasolla 45 °:n leveysasteella ja ottamalla käyttöön instrumentaali korjaus, paine asemalla saadaan.

Mukaisesti kansainvälinen järjestelmä yksiköt (SI-järjestelmä) ilmanpaineen mittauksen perusyksikkö on hektopaskali (hPa), mutta useiden organisaatioiden palveluksessa on sallittua käyttää vanhoja yksiköitä: millibar (mb) ja elohopeamillimetri (mm Hg) .

1 mb = 1 hPa; 1 mmHg = 1,333224 hPa

Ilmakehän paineen tilajakauma on ns painekenttä. Painekenttä voidaan esittää visuaalisesti käyttämällä pintoja, joiden kaikissa kohdissa paine on sama. Tällaisia ​​pintoja kutsutaan isobaarisiksi. Isobar-kartat muodostetaan merenpinnan tasolla, jotta saadaan visuaalinen esitys paineen jakautumisesta maan pinnalla. Voit tehdä tämän maantieteellinen kartta näyttää sääasemilla mitatun ja merenpinnan tasoon normalisoidun ilmanpaineen. Sitten pisteet, joilla on sama paine, yhdistetään tasaisilla kaarevilla viivoilla. Suljettujen isobaarien alueita, joissa on korkea paine keskellä, kutsutaan painemaksimiksi tai antisykloneiksi, ja suljettujen isobaarien alueita, joiden keskellä on alhainen paine, kutsutaan paineen alamaiksi tai sykloneiksi.

Ilmakehän paine maanpinnan jokaisessa pisteessä ei pysy vakiona. Joskus paine muuttuu hyvin nopeasti ajan kuluessa, joskus se pysyy lähes muuttumattomana melko pitkään. Päivittäisessä paineen vaihtelussa havaitaan kaksi maksimia ja kaksi minimiä. Maksimit havaitaan noin 10 ja 22 tuntia paikallista aikaa, minimit noin 4 ja 16 tuntia. Vuosikurssi paine riippuu voimakkaasti fyysisistä ja maantieteellisistä olosuhteista. Tämä liike on havaittavissa enemmän mantereilla kuin valtamerillä.