Endringer i atmosfærisk trykk avhengig av høyde. Atmosfærisk trykk i forskjellige høyder

Trenger tillegg...

Det er velkjent fra fysikkkurset at med økende høyde over havet synker atmosfærisk trykk. Hvis opp til en høyde på 500 meter ikke observeres noen signifikante endringer i denne indikatoren, vil atmosfærisk trykk avta nesten halvparten når du når 5000 meter. Når atmosfærisk trykk avtar, synker også partialtrykket av oksygen i luftblandingen, noe som umiddelbart påvirker ytelsen til menneskekroppen. Mekanismen for denne effekten er forklart av det faktum at blodmetning med oksygen og levering til vev og organer utføres på grunn av forskjellen delvis Trykk i blodet og alveolene i lungene, og i høyden minker denne forskjellen.

Opp til en høyde på 3500 - 4000 meter kompenserer kroppen selv for mangelen på oksygen som kommer inn i lungene ved å øke pustehastigheten og øke volumet av innåndet luft (pustedybde). Videre klatring for full kompensasjon negativ påvirkning, krever bruk medisiner og oksygenutstyr (oksygensylinder).

Oksygen er nødvendig for alle organer og vev Menneskekroppen under metabolisme. Dens forbruk er direkte proporsjonal med aktiviteten til kroppen. Mangel på oksygen i kroppen kan føre til utvikling av fjellsyke, som i ekstreme tilfeller - hevelse i hjernen eller lungene - kan føre til døden. Fjellsyke viser seg i symptomer som: hodepine, kortpustethet, rask pust, noen har smerter i muskler og ledd, nedsatt matlyst, urolig søvn m.m.

Høydetoleranse er en veldig individuell indikator, bestemt av egenskapene til kroppens metabolske prosesser og kondisjon.

Større rolle i kampen mot negativ påvirkning høyde spiller en rolle i akklimatisering, hvor kroppen lærer å håndtere mangel på oksygen.

• Kroppens første reaksjon på en reduksjon i blodtrykket er en økning i hjertefrekvensen, blodtrykk og hyperventilering av lungene, skjer utvidelse av kapillærer i vevet. Reserveblod fra milt og lever inngår i blodsirkulasjonen (7 - 14 dager).

• Den andre akklimatiseringsfasen består i nesten en dobling av antall røde blodceller som produseres av benmargen (fra 4,5 til 8,0 millioner røde blodlegemer per mm3 blod), noe som fører til bedre toleranse for høyden.

Inntak av vitaminer, spesielt vitamin C, har en gunstig effekt i høyden.

2. Rototaev P. S. R79 Erobrede kjemper. Ed. 2., revidert og tillegg M., «Tanke», 1975. 283 s. fra kart; 16 l. jeg vil.

Lufttrykk på samme punkt jordens overflate forblir ikke konstant, men endres avhengig av ulike prosesser forekommer i atmosfæren. "Normalt" atmosfærisk trykk anses konvensjonelt å være et trykk lik 760 mmHg, dvs. én (fysisk) atmosfære (§154).

Lufttrykk ved havnivå på alle punkter kloden nær i gjennomsnitt én atmosfære. Når vi stiger opp fra havnivået, vil vi merke at lufttrykket avtar; dens tetthet avtar tilsvarende: luften blir mer og mer sjeldnere. Hvis du åpner et kar på toppen av et fjell som var tett forseglet i dalen, så vil det komme noe av luften ut av det. Tvert imot vil en beholder som er forseglet på toppen tillate litt luft å komme inn hvis den åpnes ved foten av fjellet. I en høyde på ca. 6 km, reduseres trykket og tettheten av luft med omtrent det halve.

Hver høyde tilsvarer et visst lufttrykk; Derfor, ved å måle (for eksempel ved å bruke en aneroid) trykket på et gitt punkt på toppen av et fjell eller i kurven til en ballong og vite hvordan atmosfærisk trykk endres med høyden, kan man bestemme høyden på fjellet eller høyden på ballongen. Følsomheten til en konvensjonell aneroid er så stor at indikatornålen beveger seg merkbart hvis du hever aneroiden med 2-3 m. Når du går opp eller ned trappene med en aneroid i hendene, er det lett å merke en gradvis endring i trykket . Det er praktisk å utføre et slikt eksperiment på rulletrappen til en t-banestasjon. Aneroidet er ofte kalibrert direkte til høyden. Deretter indikerer posisjonen til pilen høyden som enheten er plassert på. Slike aneroider kalles høydemålere (fig. 295). De leveres til fly; de lar piloten bestemme flyhøyden hans.

Ris. 295. Flyhøydemåler. Den lange viseren teller hundrevis av meter, den korte viseren teller kilometer. Hodet lar deg plassere nullpunktet på skiven under pilen på jordoverflaten før du starter flyturen

Nedgangen i lufttrykk under oppstigning forklares på samme måte som nedgang i trykk i havdypet ved oppstigning fra bunn til overflate. Luft ved havnivå komprimeres av vekten av hele jordens atmosfære, mens høyere lag av atmosfæren komprimeres av vekten av bare luften som ligger over disse lagene. Generelt følger endringen i trykk fra punkt til punkt i atmosfæren eller i enhver annen gass under påvirkning av tyngdekraften de samme lovene som trykket i en væske: trykket er det samme på alle punkter i horisontalplanet; når du beveger deg fra bunn til topp, synker trykket med vekten av luftsøylen, hvis høyde er lik høyden på overgangen, og tverrsnittsarealet er lik enhet.

Ris. 296. Plotte en graf over trykk som avtar med høyden. Høyre side viser luftsøyler av samme tykkelse, tatt fra forskjellige høyder. Søyler med mer trykkluft som har høyere tetthet skygges tettere

Men på grunn av den høye komprimerbarheten til gasser, viser det samlede bildet av trykkfordelingen over høyden i atmosfæren seg å være helt annerledes enn for væsker. Faktisk, la oss plotte nedgangen i lufttrykk med høyden. Vi vil plotte høyder osv. over et visst nivå (for eksempel over havet) langs ordinataksen, og trykk langs abscisseaksen (fig. 296). Vi vil klatre opp trinnene i høyden. For å finne trykket på neste trinn, må du trekke fra trykket på forrige trinn vekten av luftsøylen i høyden lik . Men når høyden øker, reduseres lufttettheten. Derfor vil reduksjonen i trykk som oppstår når du går opp til neste trinn være mindre, jo høyere trinnet er plassert. Dermed, når du stiger oppover, vil trykket avta ujevnt: ved lav høyde, hvor lufttettheten er større, synker trykket raskt; jo høyere den er, jo lavere lufttetthet og jo langsommere synker trykket.

I vårt resonnement antok vi at trykket i hele tykkelseslaget er det samme; Derfor fikk vi en trinnvis (stiplet) linje på grafen. Men, selvfølgelig, reduksjonen i tetthet når du stiger til en viss høyde skjer ikke i hopp, men kontinuerlig; derfor ser grafen i virkeligheten ut som en jevn linje (heltrukken linje på grafen). Således, i motsetning til den lineære trykkgrafen for væsker, er loven om synkende trykk i atmosfæren avbildet med en buet linje.

For små luftmengder (rom, ballong) det er nok å bruke en liten del av grafen; i dette tilfellet kan den buede seksjonen erstattes uten store feil med en rett seksjon, som for en væske. Faktisk, med en liten høydeendring, endres lufttettheten ubetydelig.

Ris. 297. Grafer over trykkendringer med høyde for ulike gasser

Hvis det er et visst volum av annen gass enn luft, reduseres også trykket i den fra bunn til topp. For hver gass kan du konstruere en tilsvarende graf. Det er klart at ved samme trykk under vil trykket av tunge gasser avta med høyden raskere enn trykket til lette gasser, siden en kolonne med tung gass veier mer enn en kolonne med lett gass i samme høyde.

I fig. 297 slike grafer ble konstruert for flere gasser. Grafene er bygget for et lite høydeintervall, så de ser ut som rette linjer.

175. 1. Et L-formet rør, hvis lange albue er åpen, er fylt med hydrogen (fig. 298). Hvor vil gummifilmen som dekker kort kne rør?

Ris. 298. For øvelse 175.1

Du vil trenge

• kvikksølvbarometer eller aneroidbarometer. Og hvis du trenger å ta trykkavlesninger kontinuerlig, bør du bruke en barograf.

Bruksanvisning

Kvikksølv viser vanligvis atmosfærisk trykk i millimeter kvikksølv. Bare se på nivået i kolben på skalaen - og det er det atmosfæriske trykket i rommet ditt. Som regel er denne verdien 760±20 mmHg. Hvis du trenger å vite trykket, bruk et enkelt translasjonssystem: 1 mmHg. = 133,3 Pa. For eksempel 760 mmHg. = 133,3*760 Pa = 101308 Pa. Dette trykket regnes som normalt ved havnivå ved 15°C.

Å ta trykkavlesninger fra barografskalaen er også veldig enkelt. Denne enheten er basert på handlingen til en aneroidboks, som endres. Hvis trykket øker, bøyer veggene i denne boksen innover, hvis trykket synker, retter veggene seg. Hele dette systemet er koblet til en peker, og du trenger bare å se hvilken verdi pekeren viser på instrumentskalaen. Ikke bli skremt hvis skalaen er i enheter som hPa - dette er en hektopascal: 1 hPa = 100 Pa. Og for å konvertere til de mer kjente mm.Hg. bare bruk likheten fra forrige avsnitt.

Og du kan finne det atmosfæriske trykket i en viss høyde selv uten å bruke en enhet, hvis du kjenner trykket ved havnivå. Alt du trenger er noen matematiske ferdigheter. Bruk denne formelen: P=P0 * e^(-Mgh/RT) I denne formelen: P er ønsket trykk i høyden h;
P0 er trykket ved havnivå i ;
M er molar, lik 0,029 kg/mol;
g - jordens akselerasjon på grunn av tyngdekraften, omtrent lik 9,81 m/s²;
R er den universelle gasskonstanten, tatt som 8,31 J/mol K;
T – lufttemperatur i Kelvin (for å konvertere fra °C til K, bruk formelen
T = t + 273, hvor t er temperatur °C);
h er høyden over havet der vi finner trykket, målt i meter.

Nyttige råd

Som du kan se, trenger du ikke engang å være på et bestemt sted for å måle atmosfærisk trykk. Det kan lett beregnes. Se på den siste formelen - jo høyere vi hever oss over bakken, desto lavere vil atmosfærisk trykk være. Og allerede i 4000 meters høyde vil vann koke ved en temperatur på ikke 100°C, som vi er vant til, men ved ca. 85°C, siden trykket der ikke er 100.500 Pa, men ca. 60.000 Pa. Derfor blir kokeprosessen i denne høyden lengre.

Kilder:

• hvordan finne atmosfærisk trykk

Bestemmes av tilgjengelighet egen vekt luften som utgjør jordens atmosfære. Denne atmosfæren presser på overflaten og gjenstandene på den. Samtidig presses en gjennomsnittlig person av en last tilsvarende 15 tonn! Men siden luften inne i kroppen trykker med samme kraft, kjenner vi ikke denne belastningen.

Du vil trenge

• Kvikksølvbarometer, aneroidbarometer, linjal

Bruksanvisning

Atmosfærisk barometer. De enkleste og mest effektive enhetene inkluderer kvikksølv. Den består av et kar fylt med kvikksølv og et 1 m langt rør forseglet på den ene siden. Fyll røret med kvikksølv og senk det ned i et kar, der det også skal være igjen en viss mengde av dette stoffet. Etter dette vil det synke noe. Mål forsiktig høyden på kvikksølvkolonnen over væskenivået i . Trykket i denne kvikksølvkolonnen vil være lik trykket. Normalt atmosfærisk trykk er 760 mm kvikksølv.

For å konvertere trykk i mmHg til internasjonale pascal, bruk koeffisienten 133,3. Bare multipliser med dette det atmosfæriske trykket i mmHg.

En annen måte å måle atmosfærisk trykk på er med et aneroidbarometer. Inne i den er det en metallboks med korrugerte vegger for å øke kontaktområdet mellom luft og overflaten. Luften har blitt pumpet ut av den, så den trekker seg sammen når atmosfærisk trykk øker og utvider seg igjen når det synker.

Denne metallboksen kalles faktisk en aneroid. En mekanisme er festet til den som overfører bevegelsen til en peker med en skala, som er gradert i mm kvikksølv og kilopascal. Det brukes til å bestemme det atmosfæriske trykket i hvert øyeblikk på et gitt punkt. Det er et kjent faktum at atmosfærisk trykk endres med observatørens høyde over havet. For eksempel, i en dyp gruve øker den, og inn høyt fjell– minker.

Hvis det atmosfæriske trykket ved havnivå er kjent, kan det beregnes. For å gjøre dette, heve eksponenten (2,72) til en potens, for å beregne hvilken multipliser tallene 0,029 og 9,81, multipliser resultatet med høyden på stigningen eller fallet av kroppen. Del den resulterende verdien med tallet 8,31 og lufttemperaturen i Kelvin. Sett et minustegn foran eksponenten. Multipliser eksponenten hevet til den resulterende kraften med trykkverdien ved havnivå P=P0 e^(-0,029 9,81 h/8,31 T).

Kilder:

• atmosfærisk trykkoversettelse

Mange vet at når høyden øker, synker lufttrykket. La oss vurdere spørsmålet om hvorfor lufttrykket avtar med høyden, gi en formel for avhengigheten av trykk på høyden, og også vurdere et eksempel på å løse et problem ved å bruke den resulterende formelen.

Hva er luft?

Luft er en fargeløs blanding av gasser som utgjør atmosfæren på planeten vår. Den inneholder mange forskjellige gasser, hvorav de viktigste er nitrogen (78%), oksygen (21%), argon (0,9%), karbondioksid(0,03%) og andre.

Fra et fysikksynspunkt adlyder luftens oppførsel under eksisterende forhold på jorden lovene til den ideelle gassen - en modell som viser at molekyler og gassatomer ikke samhandler med hverandre, avstandene mellom dem er enorme sammenlignet med deres størrelser, og bevegelseshastigheten ved romtemperatur er ca 1000 m/s.

Lufttrykk

Med tanke på spørsmålet om avhengigheten av trykk på høyden, er det nødvendig å forstå hva konseptet "trykk" er fra et fysisk synspunkt. Lufttrykk refererer til kraften som en luftsøyle presser på en overflate. I fysikk måles det i pascal (Pa). 1 Pa betyr at en kraft på 1 newton (N) påføres vinkelrett på en overflate med et areal på 1 m2. Dermed er et trykk på 1 Pa et veldig lite trykk.

Ved havnivå er lufttrykket 101 325 Pa. Eller, avrundet opp, 0,1 MPa. Denne verdien kalles vanligvis trykket på 1 atmosfære. Den gitte figuren sier at luft presser på et område på 1 m 2 med en kraft på 100 kN! Dette er en stor kraft, men en person føler det ikke, siden blodet inni ham skaper et lignende trykk. I tillegg er luft et flytende stoff (dette inkluderer også væsker). Dette betyr at den utøver likt trykk i alle retninger. Siste faktum indikerer at atmosfærisk trykk fra forskjellige retninger på en person er gjensidig kompensert.

Trykkavhengighet av høyde

Atmosfæren rundt planeten vår holdes på plass av jordens tyngdekraft. Gravitasjonskrefter er også ansvarlige for fallet i lufttrykket med økende høyde. For å være rettferdig bør det bemerkes at ikke bare tyngdekraften fører til en reduksjon i trykket. Og også nedgangen i temperatur bidrar også.

Siden luft er et flytende stoff, kan du for det bruke den hydrostatiske formelen for trykkavhengigheten av dybden (høyden), det vil si ΔP = ρ*g*Δh, hvor: ΔP - mengden trykk endres når høyden endringer med Δh, ρ - lufttetthet, g - tyngdeakselerasjon.

Tatt i betraktning at luft er en ideell gass, følger det av tilstandsligningen til en ideell gass at ρ = P*m/(k*T), der m er massen til 1 molekyl, T er dets temperatur, k er Boltzmanns konstant .

Ved å kombinere de to formlene ovenfor og løse den resulterende ligningen for trykk og høyde, kan vi få følgende formel: P h = P 0 *e -m*g*h/(k*T), hvor P h og P 0 er trykket i henholdsvis høyde h og havnivå. Det resulterende uttrykket kalles den barometriske formelen. Den kan brukes til å beregne avhengigheten av atmosfærisk trykk på høyden.

Noen ganger for praktiske formål er det nødvendig å løse det omvendte problemet, det vil si å finne høyden, vite trykket. Fra barometrisk formel du kan enkelt få høydens avhengighet av trykknivået: h = k*T*ln(P 0 /P h)/(m*g).

Eksempel på problemløsning

Den bolivianske byen La Paz er den høyeste hovedstaden i verden. Fra ulike kilder Det følger at byen ligger i en høyde på 3250 meter til 3700 meter over havet. Oppgaven er å beregne lufttrykket i høyden av La Paz.

For å løse problemet bruker vi formelen for trykkavhengigheten av høyden: P h = P 0 *e -m*g*h/(k*T), hvor: P 0 = 101 325 Pa, g = 9,8 m/ s 2, k = 1,38*10 -23 J/K, T = 293 K (20 o C), h = 3475 m (gjennomsnitt mellom 3250 m og 3700 m), m = 4,817*10 -26 kg (inkludert molar masse luft 29 g/mol). Ved å erstatte tallene får vi: P h = 67 534 Pa.

Dermed er lufttrykket i Bolivias hovedstad 67 % av trykket ved havnivå. Lavt lufttrykk forårsaker svimmelhet og generell svakhet i kroppen når en person klatrer til fjellområder.