Torricelli Experiment Atmosfäriska tryckåtgärder, betydelse

han Torricelli -experiment Det genomfördes av den italienska fysikern och matematikern.

Detta experiment uppstod från behovet av att förbättra vattenförsörjningen i städer. Evangelist Torricelli (1608-1647), som var matematiker av domstolen i Grand Duke of Toscana Fernando II, hade studerat med Galileo de hydrauliska fenomenen.

Figur 1. Torricellis experiment, där kvicksilverkolonnen är 760 mm på grund av atmosfärstryck. Källa: f. Zapata.

[TOC]

Experimentet

1644 gjorde Torricelli följande upplevelse:

- Kvicksilver introducerade i ett rör med 1 m längd, öppen i ena änden och stängd av den andra.

- När röret var helt fullt investerade han det och välter det i en behållare som också innehöll kvicksilver.

- Torricelli observerade att kolonnen sjönk och stannade vid cirka 76 cm hög.

- Han insåg också att i det utrymme som var gratis hade ett vakuum genererats, även om det inte var perfekt.

Torricelli upprepade experimentet med olika rör. Han genomförde till och med en liten variant: han tilllade vatten till hinken som, som var lättare, flöt på kvicksilver. Sedan höjde röret som innehöll kvicksilver till vattenytan långsamt.

Då kom kvicksilveret ner och vattnet klättrade. Det tomrum som erhållits, som vi redan har sagt, var inte perfekt, eftersom det alltid fanns rester av kvicksilver eller vattenånga.

Måttet på atmosfärstryck

Atmosfären är en blandning av gaser där kväve och syre dominerar, med spår av andra gaser såsom argon, koldioxid, väte, metan, kolmonoxid, vattenånga och ozon.

Kan tjäna dig: stjärnregn: bildning, hur man observerar dem, egenskaper

Gravitationsattraktionen som utövas av jorden är ansvarig för att hålla hela omgivningen av planeten.

Naturligtvis är kompositionen inte heller enhetlig, inte heller densiteten, eftersom den beror på temperaturen. Nära ytan finns det en god mängd damm, sand och föroreningar från naturliga händelser och även mänsklig aktivitet. De tyngsta molekylerna är närmare marken.

Eftersom det finns så mycket variation är det nödvändigt att välja en referenshöjd för atmosfärstryck, som har tagits som havsnivå.

Här är inte någon havsnivå, eftersom det också presenterar fluktuationer. Nivån o Utgångspunkt Med hjälp väljs något geodetiskt referenssystem som fastställs av gemensamt avtal mellan experter.

Hur mycket är atmosfärstrycket nära marken? Torricelli hittade sitt värde när den mätte kolonnens höjd: 760 mm kvicksilver.

Torricelli -barometern

I den övre delen av röret är trycket 0, eftersom det finns ett vakuum. Under tiden på ytan av kvicksilverens badkar P₁ Det är atmosfäriskt tryck.

Vi väljer referenssystemets ursprung på kvicksilverens fria yta, högst upp på röret. Därifrån tills du når ytan på kvicksilver i behållaren mäts den H, Kolonnens höjd.

figur 2. Torricelli -barometern. Källa: Allmän fysik för ingenjörer. J. Lägga. Förbannad.

Trycket vid punkten markerad med rött, på djupet och₁ är:

P₁ = P_antingen + ρ_Hg . g.och₁

Var ρ_Hg  Det är densitet av kvicksilver. Eftersom och₁ = H och PO = 0:

P₁ = ρ_Hg . g.H

H = p₁/ ρ_Hg.g

Eftersom kvicksilverdensiteten är konstant och tyngdkraften också visar det sig att höjden på kvicksilverkolonnen är proportionell mot P_1, Vad är atmosfäriskt tryck. Ersätta kända värden:

Kan tjäna dig: vad är delbarhet i fysiken?

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 för tryck i det internationella systemet är Pascal, förkortad PA. Enligt Torricellis experiment är atmosfärstrycket 101.3 kpa.

Betydelsen av atmosfärstryck för klimat

Torricelli observerade att nivån på kvicksilver i röret upplevde små variationer varje dag, så han drog drog ut att atmosfärstrycket också skulle förändras.

Atmosfäriskt tryck ansvarar för en stor del av vädret, men dess dagliga variationer går obemärkt. Det beror på att de inte är lika anmärkningsvärda som stormar eller kyla, till exempel.

Dessa variationer i atmosfärstryck är emellertid ansvariga för vindar, vilket i sin tur påverkar regn, temperatur och relativ fuktighet. När marken värms upp expanderar luften och tenderar att stiga, vilket får trycket att minska.

När barometern indikerar höga tryck kan du förvänta dig bra väder, medan det med låga tryck finns en chans att stormar. För att göra kärnklimatförutsägelser är det dock nödvändigt att ha mer information om andra faktorer.

han Torr och andra enheter för tryck

Även om det låter konstigt, eftersom trycket definieras som kraft per enhetsenhet, i meteorologi är det giltigt att uttrycka det atmosfäriska trycket i millimeter av kvicksilver, som Torricelli etablerade det.

Det beror på att kvicksilverbarometern fortsätter att användas idag med få variationer sedan den tiden, så att för att hedra Torricelli är 760 mm Hg lika med 1 torr. Med andra ord:

1 Torr = 760 mm Hg = 30 tum Hg = 1 tryckatmosfär = 101.3 kpa

Om Torricelli hade använt vatten istället för kvicksilver, skulle kolonnhöjden vara 10.3 m. Kvicksilverbarometer är mer praktisk för att vara mer kompakt.

Det kan tjäna dig: Theory of the Big Bang: Egenskaper, stadier, bevis, problem

Andra enheter med utökad användning är barer och millibar. En millibar motsvarar en hektopascal eller 10² Pascales.

Byte

En höjdmätare är ett instrument som indikerar höjden på en plats och jämför det atmosfäriska trycket i den höjden som det finns på marken eller en annan referensplats.

Om höjden inte är särskilt stor kan vi i princip anta att lufttätheten förblir konstant. Men detta är ett tillvägagångssätt, eftersom vi vet att atmosfärens densitet minskar med höjden.

Genom ekvationen som används ovan används lufttäthet istället för kvicksilver:

P₁ = P_antingen + ρ_luft . g.H

I detta uttryck P_antingen Det tas som atmosfäriskt tryck på jordnivå och P1 Det är den plats vars höjd kommer att bestämmas:

H = (p₁ - P_antingen) / ρ_luft . g

Variationen av trycket med höjden är bättre tillvägagångssätt till verkligheten med en exponentiell modell, genom vilken altimetrisk ekvation, som relaterar till atmosfärstrycket på en plats med sin höjd:Var P_antingen Det är referenstrycket, normalt vid havsnivån, P₁ är trycket på den aktuella platsen, H dess höjd med avseende på havsnivån, ρ luftens täthet vid havsnivån och g Värdet på tyngdkraften.

Den altimetriska ekvationen visar att trycket minskar exponentiellt med höjden: till H = 0, p₁= P_antingen och om H → ∞, så P₁=0.

Referenser

1. Figueroa, D. 2005. Serie: Physics for Science and Engineering. Volym 5. Vätskor och termodynamik. Redigerad av Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, l. 2007. Fysik: En titt på världen. 6: e förkortade upplagan. Cengage Learning.
3. Lay, J. 2004. Allmän fysik för ingenjörer. Förbannad.
4. Mott, r. 2006. Flytande mekanik. 4th. Utgåva. Pearson Education. 
5. Strangeways, jag. 2003. Mätning av den naturliga miljön. 2: a. Utgåva. Cambridge University Press.