FIZYKA

Ciśnienie atmosferyczne:

Ciśnieniem atmosferycznym nazywa się ciśnienie wywierane przez ciężar atmosfery. Jest to siła parcia słupa powietrza o wysokości od danego poziomu do górnej granicy atmosfery i o określonej powierzchni jednostkowej. Liczbowo jest ono równe ciężarowi pionowego słupa powietrza rozciągającego się od powierzchni jednostkowej do zewnętrznej granicy atmosfery. W meteorologii mówi się o tzw. ciśnieniu normalnym. Jest to ciśnienie, które równoważy słup rtęci o wysokości 760 mm, w temperaturze 0°C, na poziomie morza, na 45° szerokości geograficznej. Bardzo często przyjmowaną w meteorologii jednostką do określania wielkości ciśnienia atmosferycznego są milimetry słupa rtęci, a więc jednostki długości, gdy tymczasem ciśnienie powinno wyrażać się w jednostkach siły, czyli w N•m-2. Biorąc za punkt wyjścia gęstość rtęci w temperaturze 0°C równą 13,596 g•cm-3, można znaleźć wielkość siły działającej na powierzchnię 1 cm2 odpowiadającą ciśnieniu 760 mm Hg. Normalnemu ciśnieniu powietrza atmosferycznego równemu 760 mm Hg odpowiada ciśnienie równe 1013,25 hPa. Pomiędzy tymi jednostkami zachodzą następujące związki: 1 mm Hg = 1,33 hPa, 1 hPa = 0,75 mm Hg. Ciśnienie atmosferyczne mierzymy barometrami rtęciowymi lub niekiedy barometrami metalowymi, zwanymi aneroidami. W polskiej sieci stacji meteorologicznych są używane rtęciowe barometry naczyniowe, zwane w skrócie "bar

ometrami stacyjnymi". Barometr umieszcza się w pokoju obserwatora. Głównym elementem tego przyrządu jest szklana rurka, długości ok. 900 mm i średnicy 10 mm, wypełniona rtęcią. Górny koniec rurki jest zamknięty, a dolny zanurzony w metalowym zbiorniczku wypełnionym rtęcią. W rurce ponad rtęcią jest próżnia. Z boku słupka rtęci znajdującego się w rurce jest skala barometru w hektopaskalach lub milimetrach. Gdy ciśnienie powietrza wzrasta, słupek rtęci się wydłuża. Część rtęci z naczynia przechodzi do rurki. Gdy ciśnienie atmosferyczne się zmniejsza, rtęć przemieszcza się w odwrotnym kierunku. Wielkość ciśnienia odczytaną z barometru należy skorygować o wartość poprawki wynikającej z niedoskonałości konstrukcji przyrządu (tzw. poprawka instrumentalna), wartość poprawki wynikającej z położenia geograficznego miejsca pomiaru (poprawka wynikająca z szerokości geograficznej i wysokości nad poziomem morza) oraz o wartość poprawki na temperaturę powietrza (ma na celu wyeliminowanie różnic wskazań barometru wywołanych różnicą temperatur, w jakich odbywają się pomiary). Dopiero po uwzględnieniu powyższych poprawek uzyskuje się wartość wskazania barometru, którą można porównywać z wartościami odczytanymi w podobny sposób w innym czasie i miejscu.

Doświadczenie Torricellego

Przeprowadzone w 1643 r. przez Torricellego, ucznia Galileusza.

Torricelli, który miał wykazać, dlaczego nie można wypompować wody z kopalni pompą znajdującą się na powierzchni ziemi, wymyślił przyrząd demonstrujący to zjawisko.

Doświadczenie polega na napełnieniu metrowej probówki rtęcią. Próbówkę tę wprowadza się denkiem do góry do szerszego naczynia z rtęcią, aby naczynia utworzyły zespół połączony. W wyniku parcia rtęci znajdującej się wyżej na znajdującą się niżej, część płynu wypływa z probówki. Ponad rtęcią tworzy się próżnia zwana "próżnią Torricellego". Po ustaleniu się równowagi w rurce pozostaje część rtęci. Wysokość pozostającego słupa rtęci jest niezależna od długości rurki, a jest zależna od ciśnienia atmosferycznego.

Eksperyment wykazał, że normalne ciśnienie atmosferyczne równoważy ciśnienie hydrostatyczne wywierane przez 0,76 m słupa rtęci (1013 hPa).

Obserwacje wysokości słupa wykazały, że ciśnienie atmosferyczne zmienia się, skonstruowany na tej zasadzie przyrząd służący do pomiaru ciśnienia atmosferycznego nazwany jest barometrem rtęciowym.

Powszechne użycie barometrów rtęciowych do pomiaru ciśnienia atmosferycznego sprawiło, że utworzono obecnie już historyczną, ale będącą jeszcze w użyciu jednostkę ciśnienia – milimetr słupa rtęci, oznaczaną mm Hg, obecnie tor, symbol Tr.