Torricelli eksperiment atmosfæretrykkstiltak, betydning

Han Torricelli -eksperiment Det ble utført av den italienske fysikeren og matematikeren.

Dette eksperimentet oppsto fra behovet for å forbedre vannforsyningen i byer. Evangelist Torricelli (1608-1647), som var matematiker av retten til Grand Duke of Toscany Fernando II, hadde studert sammen med Galileo det hydrauliske fenomenet.

Figur 1. Torricellis eksperiment, der kvikksølvkolonnen er 760 mm på grunn av atmosfæretrykk. Kilde: f. Zapata.

[TOC]

Eksperimentet

I 1644 gjorde Torricelli følgende opplevelse:

- Kvikksølv introdusert inne i et 1 m lengderør, åpent i den ene enden og lukket av den andre.

- Da røret var helt fullt, investerte han det og veltet det i en beholder som også inneholdt kvikksølv.

- Torricelli observerte at kolonnen gikk ned og stoppet omtrent 76 cm høy.

- Han innså også at i det rommet som var gratis, hadde et vakuum blitt generert, selv om det ikke var perfekt.

Torricelli gjentok eksperimentet ved hjelp av forskjellige rør. Han gjennomførte til og med en liten variant: Han la vann i bøtta som, som var lettere, fløt på Merkur. Da økte røret som inneholdt kvikksølv til overflaten av vannet sakte.

Så kom kvikksølvet ned og vannet klatret. Det oppnådde tomrommet, som vi allerede har sagt, var ikke perfekt, fordi det alltid var rester av kvikksølv eller vanndamp.

Målet på atmosfæretrykk

Atmosfæren er en blanding av gasser der nitrogen og oksygen dominerer, med spor av andre gasser som argon, karbondioksid, hydrogen, metan, karbonmonoksid, vanndamp og ozon.

Kan tjene deg: Star Rain: Formasjon, hvordan du observerer dem, egenskaper

Gravitasjonsattraksjonen utøvd av jorden er ansvarlig for å beholde hele rundt planeten.

Selvfølgelig er ikke sammensetningen ensartet, og heller ikke tettheten, fordi den avhenger av temperaturen. I nærheten av overflaten er det en god mengde støv, sand og miljøgifter fra naturlige hendelser og også menneskelig aktivitet. De tyngste molekylene er nærmere bakken.

Siden det er så mye variabilitet, er det nødvendig å velge en referansehenvisning for atmosfæretrykk, som er blitt tatt som havnivå.

Her er ikke noe havnivå, fordi det også presenterer svingninger. Nivået o Datum Med hjelp er det valgt noe geodetisk referansesystem satt av felles avtale mellom eksperter.

Hvor mye er atmosfæretrykk nær bakken? Torricelli fant sin verdi da den målte høyden på kolonnen: 760 mm kvikksølv.

Torricelli -barometeret

I den øvre delen av røret er trykket 0, siden det er etablert det et vakuum. I mellomtiden, på overflaten av karet til kvikksølvet, trykket P₁ Det er atmosfærisk trykk.

Vi velger opprinnelsen til referansesystemet på den frie overflaten av kvikksølvet, øverst i røret. Derfra til du kommer til overflaten av kvikksølvet i beholderen den måles H, Høyden på kolonnen.

Figur 2. Torricelli -barometeret. Kilde: Generell fysikk for ingeniører. J. Legge. Usach.

Trykket på punktet markert med rødt, på dybden og₁ er:

P₁ = S_enten + ρ_Hg . g.og₁

Hvor ρ_Hg  Det er tettheten av kvikksølv. Siden og₁ = H og PO = 0:

P₁ = ρ_Hg . g.H

H = s₁/ ρ_Hg.g

Ettersom tettheten av kvikksølvet er konstant og tyngdekraften også, viser det seg at høyden på kvikksølvkolonnen er proporsjonal med P_1, Hva er atmosfærisk trykk. Erstatte kjente verdier:

Kan tjene deg: Hva er delbarhet i fysikken?

H = 760 mm = 760 x 10 ^-3 m

G = 9.8 m/s²

ρ_Hg = 13.6 g /cc = 13.6 x 10 ³ kg/m³

P₁ = 13.6 x 10 ³ kg/m³ x 9.8 m/s² x 760 x 10 ^-3 M = 101.293 N/m²= 101.3 kN/m²

Enheten for press i det internasjonale systemet er Pascal, forkortet PA. I følge Torricellis eksperiment er atmosfæretrykket 101.3 kPa.

Betydningen av atmosfærisk trykk for klima

Torricelli observerte at nivået av kvikksølv i røret opplevde små variasjoner hver dag, så han trukket at atmosfæretrykket også skulle endre seg.

Atmosfærisk trykk er ansvarlig for en stor del av været, men dets daglige variasjoner blir upåaktet hen. Det er fordi de ikke er like bemerkelsesverdige som stormer eller kulde, for eksempel.

Imidlertid er disse variasjonene i atmosfæretrykk ansvarlige for vind, noe som igjen påvirker regn, temperatur og relativ fuktighet. Når bakken varmes opp, utvides luften og har en tendens til å stige, noe som får trykket til å avta.

Hver gang barometeret indikerer høyt trykk kan du forvente godt vær, mens det med lavt trykk er en sjanse for stormer. For å lage kjerneklima spådommer er det imidlertid nødvendig å ha mer informasjon om andre faktorer.

Han Torr og andre enheter for trykk

Selv om det høres rart ut, siden trykket er definert som kraft per enhet, er det i meteorologi gyldig å uttrykke atmosfæretrykket i millimeter av kvikksølv, slik Torricelli etablerte det.

Det er fordi kvikksølvbarometeret fortsetter å brukes i dag med få varianter siden den gang, slik at til ære for Torricelli, 760 mm Hg, tilsvarer 1 Torr. Med andre ord:

1 Torr = 760 mm Hg = 30 tommer Hg = 1 trykkatmosfære = 101.3 kPa

Hvis Torricelli hadde brukt vann i stedet for kvikksølv, ville kolonnehøyden være 10.3 m. Kvikksølvbarometer er mer praktisk å være mer kompakt.

Det kan tjene deg: Teori om Big Bang: Kjennetegn, stadier, bevis, problemer

Andre enheter med utvidet bruk er barer og millibar. En millibar tilsvarer en hektopascal eller 10² Pascales.

Altimeter

En høydemåler er et instrument som indikerer høyden på et sted, og sammenligner atmosfæretrykket i den høyden som det er på bakken eller et annet referansested.

Hvis høyden ikke er veldig stor, kan vi i prinsippet anta at lufttettheten forblir konstant. Men dette er en tilnærming, fordi vi vet at atmosfærens tetthet avtar med høyden.

Gjennom ligningen brukt ovenfor brukes lufttetthet i stedet for kvikksølv:

P₁ = S_enten + ρ_luft . g.H

I dette uttrykket P_enten Det tas som atmosfæretrykk på jordnivå og P1 Det er stedet hvis høyde vil bli bestemt:

H = (P₁ - P_enten) / ρ_luft . g

Variasjonen av trykket med høyden er bedre tilnærminger til virkeligheten med en eksponentiell modell, gjennom hvilken altimetrisk ligning, Det knytter det atmosfæriske trykket til et sted med høyden:Hvor P_enten Det er referansetrykket, normalt ved havnivå, P₁ er presset fra det aktuelle stedet, H dens høyde med hensyn til havnivå, ρ Tettheten av luften ved havnivå og g Verdien av tyngdekraften.

Den altimetriske ligningen viser at trykket avtar eksponentielt med høyden: til H = 0, P₁= S_enten og hvis H → ∞, så P₁=0.

Referanser

1. Figueroa, d. 2005. Serier: Fysikk for vitenskap og ingeniørfag. Volum 5. Væsker og termodynamikk. Redigert av Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, l. 2007. Fysikk: En titt på verden. 6. forkortet utgave. Cengage Learning.
3. Lay, J. 2004. Generell fysikk for ingeniører. Usach.
4. Mott, r. 2006. Væskemekanikk. 4. plass. Utgave. Pearson Education. 
5. Strangeways, i. 2003. Måling av det naturlige miljøet. 2. Utgave. Cambridge University Press.