Η Μηχανική της Πίεσης του Αερίου

Πίεση αέρα, ατμοσφαιρική πίεση ή βαρομετρική πίεση, είναι η πίεση που ασκείται επί μιας επιφάνειας κατά το βάρος ενός αέρια μάζα (και των μορίων του) πάνω από αυτό.

Η πίεση του αέρα είναι μια δύσκολη ιδέα. Πώς μπορεί κάτι αόρατο να έχει μάζα και βάρος; Ο αέρας έχει μάζα επειδή αποτελείται από α μίγμα αερίων που έχουν μάζα. Προσθέστε το βάρος όλων αυτών των αερίων που συνθέτουν ξηρό αέρα (οξυγόνο, άζωτο, διοξείδιο του άνθρακα, υδρογόνο και άλλα) και παίρνετε το βάρος του ξηρού αέρα.

Το μοριακό βάρος ή η γραμμομοριακή μάζα ξηρού αέρα είναι 28,97 γραμμάρια ανά γραμμομόριο. Ενώ αυτό δεν είναι πάρα πολύ, μια τυπική μάζα αέρα αποτελείται από έναν απίστευτα μεγάλο αριθμό μορίων αέρα. Ως εκ τούτου, μπορείτε να αρχίσετε να βλέπετε πώς ο αέρας μπορεί να έχει σημαντικό βάρος όταν προστίθενται μαζί οι μάζες όλων των μορίων.

Ποια είναι η σχέση μεταξύ των μορίων και της πίεσης του αέρα; Εάν ο αριθμός των μορίων αέρα πάνω από μια περιοχή αυξάνεται, υπάρχουν περισσότερα μόρια για να ασκήσουν πίεση σε αυτή την περιοχή και η συνολική ατμοσφαιρική πίεση αυξάνεται. Αυτό καλούμε

Η πίεση του αέρα δεν είναι ομοιόμορφη σε ολόκληρη τη Γη. Κυμαίνεται από 980 έως 1050 millibars και αλλαγές σε υψόμετρο. Όσο υψηλότερο είναι το υψόμετρο, τόσο χαμηλότερη είναι η πίεση του αέρα. Αυτό συμβαίνει επειδή ο αριθμός των μορίων αέρα μειώνεται σε υψηλότερα υψόμετρα, μειώνοντας έτσι πυκνότητα αέρα και την πίεση του αέρα. Η πίεση του αέρα είναι η υψηλότερη στη στάθμη της θάλασσας, όπου η πυκνότητα του αέρα είναι μεγαλύτερη.

Υπάρχουν 5 βασικά στοιχεία σχετικά με την πίεση του αέρα:

• Αυξάνεται καθώς η πυκνότητα του αέρα αυξάνεται και μειώνεται καθώς μειώνεται η πυκνότητα του αέρα.
• Αυξάνεται καθώς οι θερμοκρασίες αυξάνονται και μειώνονται όσο η θερμοκρασία κρύβεται.
• Αυξάνεται σε χαμηλότερα υψόμετρα και μειώνεται σε υψηλότερα υψόμετρα.
• Ο αέρας μετακινείται από υψηλή πίεση σε χαμηλή πίεση.
• Η πίεση του αέρα μετράται με ένα όργανο καιρού γνωστό ως a βαρόμετρο. (Γι 'αυτό και ονομάζεται μερικές φορές "βαρομετρική πίεση").

ΕΝΑ βαρόμετρο χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ατμοσφαιρικής πίεσης σε μονάδες που ονομάζονται ατμόσφαιρες ή χιλιόμετρα. Ο παλαιότερος τύπος βαρόμετρου είναι ο υδραργύρου barometer. Αυτό το όργανο μετρά υδράργυρο καθώς αυξάνεται ή μειώνεται στον γυάλινο σωλήνα του βαρομέτρου. Δεδομένου ότι η ατμοσφαιρική πίεση είναι βασικά το βάρος του αέρα στο ατμόσφαιρα πάνω από τη δεξαμενή, η στάθμη του υδραργύρου στο βαρόμετρο θα συνεχίσει να αλλάζει μέχρι το βάρος του υδραργύρου στον γυάλινο σωλήνα να είναι ακριβώς ίσο με το βάρος του αέρα πάνω από τη δεξαμενή. Όταν οι δύο έχουν σταματήσει να κινούνται και είναι ισορροπημένες, η πίεση καταγράφεται με "ανάγνωση" της τιμής στο ύψος του υδραργύρου στην κάθετη στήλη.

Εάν το βάρος του υδραργύρου είναι μικρότερο από την ατμοσφαιρική πίεση, το επίπεδο του υδραργύρου στον γυάλινο σωλήνα θα αυξηθεί (υψηλή πίεση). Σε περιοχές υψηλής πίεσης, ο αέρας βυθίζεται πιο γρήγορα προς την επιφάνεια της γης από ό, τι μπορεί να ρέει στις γύρω περιοχές. Δεδομένου ότι ο αριθμός των μορίων του αέρα πάνω από την επιφάνεια αυξάνεται, υπάρχουν περισσότερα μόρια για να ασκήσουν μια δύναμη σε αυτή την επιφάνεια. Με αυξημένο βάρος αέρα πάνω από τη δεξαμενή, το επίπεδο του υδραργύρου ανέρχεται σε υψηλότερο επίπεδο.

Εάν το βάρος του υδραργύρου είναι μεγαλύτερο από την ατμοσφαιρική πίεση, η στάθμη του υδραργύρου θα πέσει (χαμηλή πίεση). Σε περιοχές χαμηλής πίεσης, ο αέρας ανεβαίνει περισσότερο από την επιφάνεια της Γης πιο γρήγορα από ότι μπορεί να αντικατασταθεί από τον αέρα που ρέει από τις γύρω περιοχές. Δεδομένου ότι ο αριθμός των μορίων αέρα πάνω από την περιοχή μειώνεται, υπάρχουν λιγότερα μόρια για να ασκήσουν μια δύναμη σε αυτή την επιφάνεια. Με μειωμένο βάρος αέρα πάνω από τη δεξαμενή, το επίπεδο του υδραργύρου πέφτει σε χαμηλότερο επίπεδο.

Άλλοι τύποι βαρομέτρων περιλαμβάνουν ανιροειδή και ψηφιακά βαρόμετρα. Ανεπιθύμητα βαρόμετρα δεν περιέχουν υδράργυρο ή άλλο υγρό, αλλά έχουν σφραγισμένο και αεροστεγή μεταλλικό θάλαμο. Ο θάλαμος επεκτείνεται ή συστέλλεται ως ανταπόκριση στις αλλαγές της πίεσης και ένας δείκτης σε έναν επιλογέα χρησιμοποιείται για να υποδείξει τις τιμές πίεσης. Τα σύγχρονα βαρόμετρα είναι ψηφιακά και μπορούν να μετρήσουν με ακρίβεια και ταχύτητα την ατμοσφαιρική πίεση. Αυτά τα ηλεκτρονικά όργανα εμφανίζουν τις ενδείξεις της τρέχουσας ατμοσφαιρικής πίεσης σε μια οθόνη απεικόνισης.

Η ατμοσφαιρική πίεση επηρεάζεται από τη θέρμανση κατά τη διάρκεια της ημέρας από τον ήλιο. Αυτή η θέρμανση δεν συμβαίνει ομοιόμορφα σε ολόκληρη τη Γη καθώς ορισμένες περιοχές θερμαίνονται περισσότερο από άλλες. Καθώς ο αέρας θερμαίνεται, αυξάνεται και μπορεί να οδηγήσει σε σύστημα χαμηλής πίεσης.

Η πίεση στο κέντρο του σύστημα χαμηλής πίεσης είναι χαμηλότερη από τον αέρα στην γύρω περιοχή. Οι άνεμοι φυσούν προς την περιοχή χαμηλής πίεσης προκαλώντας άνοδο αέρα στην ατμόσφαιρα. Ο υδρατμός στον ανερχόμενο αέρα συμπυκνώνεται σχηματίζοντας σύννεφα και, σε πολλές περιπτώσεις, καθίζηση. Λόγω της Επίδραση Coriolis, αποτέλεσμα της περιστροφής της Γης, οι άνεμοι σε ένα σύστημα χαμηλής πίεσης κυκλοφορούν αριστερόστροφα στο Βόρειο Ημισφαίριο και δεξιόστροφα στο Νότιο Ημισφαίριο. Τα συστήματα χαμηλής πίεσης μπορούν να προκαλέσουν ασταθή καιρικές συνθήκες και καταιγίδες όπως κυκλώνες, τυφώνες και τυφώνες. Ως γενικός κανόνας, τα χαμηλά έχουν πίεση περίπου 1000 millibars (29,54 ίντσες υδραργύρου). Από το 2016, η χαμηλότερη πίεση που καταγράφηκε ποτέ στη Γη ήταν 870 mb (25,69 inHg) στο μάτι του Tiphoon Tip πάνω από τον Ειρηνικό Ωκεανό στις 12 Οκτωβρίου 1979.

Σε συστήματα υψηλής πίεσης, ο αέρας στο κέντρο του συστήματος βρίσκεται σε υψηλότερη πίεση από τον αέρα στην γύρω περιοχή. Ο αέρας σε αυτό το σύστημα βυθίζεται και χτυπά μακριά από την υψηλή πίεση. Αυτός ο φθίνοντος αέρας μειώνει τον υδρατμό και τον σχηματισμό σύννεφων που προκαλούν ελαφρούς ανέμους και σταθερούς καιρούς. Η ροή του αέρα σε ένα σύστημα υψηλής πίεσης είναι αντίθετη από εκείνη ενός συστήματος χαμηλής πίεσης. Ο αέρας κυκλοφορεί δεξιόστροφα στο Βόρειο Ημισφαίριο και αριστερόστροφα στο Νότιο Ημισφαίριο.

Άρθρο που επεξεργάστηκε ο Regina Bailey

• Britannica, Οι συντάκτες της εγκυκλοπαίδειας. "Ατμοσφαιρική πίεση." Encyclopædia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc., 5 Μαρτίου. 2018, www.britannica.com/science/atmosospheric-pressure.
• Εθνική Εταιρεία Γεωγραφίας. "Βαρόμετρο." Εθνική Εταιρεία Γεωγραφίας, 9 Οκτ. 2012, www.nationalgeographic.org/encyclopedia/barometer/.
• "Τα υψηλά και χαμηλά επίπεδα πίεσης του αέρα." Ασφάλεια χειμερινών καιρικών συνθηκών Κέντρο Εκπαίδευσης Επιστημών της UCAR, scied.ucar.edu/shortcontent/highs-and-lows-air-pressure.