Для начала, давайте вспомним курс физики средней школы, где объясняется, почему и как изменяется атмосферное давление в зависимости от высоты. Чем выше расположена местность над уровнем моря, тем ниже там давление. Объяснить это очень просто: атмосферное давление указывает на силу, с которой давит столб воздуха на все, что находится на поверхности Земли. Естественно, что чем выше ты поднимешься, тем меньше будет высота воздушного столба, его масса и оказываемое давление.
Кроме того, на высоте воздух разрежен, в нем содержится гораздо меньшее количество газовых молекул, что тоже моментально сказывается на массе. И не нужно забывать, что с увеличением высоты воздух очищается от токсичных примесей, выхлопных газов и прочих «прелестей», в результате чего его плотность уменьшается, а показатели атмосферного давления падают.
Исследования показали, что зависимость атмосферного давления от высоты отличается следующим: повышение на десять метров вызывает снижение параметра на одну единицу. До тех пор, пока высота местности не превышает пятисот метров над уровнем моря, изменения показателей давления воздушного столба практически не ощущаются, но если подняться на пять километров, значения будут вдвое меньше оптимальных. Сила оказываемого воздухом давления также зависит от температуры, которая очень понижается при подъеме на большую высоту.
Для уровня АД и общего состояния человеческого организма очень важна величина не только атмосферного, но и парциального давления, которое зависит от концентрации в воздухе кислорода. Пропорционально уменьшению значений давления воздуха понижается и парциальное давление кислорода, что приводит к недостаточному снабжению этим необходимым элементом клеток и тканей организма и развитию гипоксии. Это объясняется тем, что диффузия кислорода в кровь и последующая транспортировка его к внутренним органам происходит благодаря разнице значений парциального давления крови и легочных альвеол, а при подъеме на большую высоту разница этих показаний становится существенно меньше.
Основным негативным фактором, воздействующим на высоте на организм человека, является недостаток кислорода. Именно в результате гипоксии развиваются острые нарушения состояния сердца и кровеносных сосудов, повышение АД, пищеварительные расстройства и ряд других патологий.
Гипертоникам и людям, склонным к скачкам давления, не стоит подниматься высоко в горы и желательно не совершать многочасовые перелеты. О профессиональных занятиях альпинизмом и горном туризме им тоже придется позабыть.
Выраженность происходящих в организме изменений позволила выделить несколько зон высоты:
- До полутора – двух километров над уровнем моря — относительно безопасная зона, в которой не наблюдается особых изменений в работе организма и состоянии жизненно важных систем. Ухудшение самочувствия, понижение активности и выносливости наблюдается очень редко.
- От двух до четырех километров — организм пытается своими силами справиться с дефицитом кислорода, благодаря учащению дыхания и совершению глубоких вдохов. Тяжелую физическую работу, которая требует потребления большого объема кислорода, выполнять тяжело, но легкая нагрузка хорошо переносится в течение нескольких часов.
- От четырех до пяти с половиной километров — самочувствие заметно ухудшается, выполнение физической работы затруднено. Появляются психоэмоциональные расстройства в виде приподнятости настроения, эйфории, неадекватных поступков. При длительном нахождении на такой высоте возникают головные боли, ощущение тяжести в голове, проблемы с концентрацией внимания, вялость.
- От пяти с половиной до восьми километров — заниматься физической работой невозможно, состояние резко ухудшается, высок процент потери сознания.
- Выше восьми километров — на такой высоте человек способен сохранять сознание в течение максимум нескольких минут, после чего следует глубокий обморок и смерть.
Для протекания в организме обменных процессов необходим кислород, дефицит которого на высоте приводит к развитию горной болезни. Основными симптомами расстройства являются:
- Головная боль.
- Учащение дыхания, одышка, нехватка воздуха.
- Носовое кровотечение.
- Тошнота, приступы рвоты.
- Суставные и мышечные боли.
- Нарушения сна.
- Психоэмоциональные нарушения.
На большой высоте организм начинает испытывать недостаток кислорода, в результате чего нарушается работа сердца и сосудов, повышается артериальное и внутричерепное давление, выходят из строя жизненно важные внутренние органы. Чтобы успешно побороть гипоксию нужно включить в рацион питания орехи, бананы, шоколад, крупы, фруктовые соки.
При подъеме на большую высоту понижение атмосферного давления и разреженный воздух вызывают учащение частоты сердечных сокращений, повышение показателей кровяного давления. Однако при дальнейшем увеличении высоты уровень АД начинает снижаться. Уменьшение содержания в воздухе кислорода до критических значений вызывает угнетение сердечной деятельности, заметное понижение давления в артериях, тогда как в венозных сосудах показатели возрастают. Как следствие у человека возникают аритмия, цианоз.
Не так давно группа итальянских исследователей решила впервые подробно изучить, как влияет высота на уровень АД. Для проведения исследований была организована экспедиция на Эверест, в ходе которой каждые двадцать минут определялись показатели давления участников. Во время похода подтвердилось повышение АД при восхождении: результаты показали, что систолическое значение возросло на пятнадцать, а диастолическое на десять единиц. При этом было отмечено, что максимальные значения АД определялись в ночное время суток. Также изучалось действие гипотензивных препаратов на разной высоте. Выяснилось, что исследуемый препарат эффективно помогал на высоте до трех с половиной километров, а при подъеме выше пяти с половиной стал абсолютно бесполезен.
С изменением высоты над уровнем моря можно наблюдать значительные изменения температуры и давления. Рельеф местности может в большой степени повлиять на формирование горного климата.
Инструкция
Принято различать горный и высокогорный климат. Первый характерен для высот менее 3000-4000 м, второй — для более высоких уровней. Нужно отметить, что климатические условия на высоких обширных плато существенно отличаются от условий на горных склонах, в долинах или на отдельных пиках. Разумеется, отличаются они и от климатических условий, характерных для свободной атмосферы над равнинами. Влажность, атмосферное давление, количество осадков и температура меняются с высотой достаточно сильно.
По мере увеличения высоты плотность воздуха и атмосферное давление убывают, к тому же в воздухе уменьшается содержание пыли и водяного пара, что значительно увеличивает его прозрачность для солнечной радиации, ее интенсивность существенно повышается по сравнению с равнинами. В результате небо выглядит более синим и плотным, а уровень освещенности увеличивается. В среднем атмосферное давление за каждые 12 метров подъема уменьшается на 1 мм ртутного столба, но конкретные показатели всегда зависят от местности и температуры. Чем выше температура, тем медленней убывает давление по мере подъема. Нетренированные люди начинают испытывать дискомфорт в связи с пониженным давлением уже на высоте 3000 м.
С высотой в тропосфере падает и температура воздуха. Причем она зависит не только от высоты местности, но и от экспозиции склонов — на северных склонах, где приток радиации не такой большой, температура обычно заметно ниже, чем на южных. На значительных высотах (в высокогорном климате) на температуру оказывают влияние фирновые поля и ледники. Фирновыми полями называют области особого зернистого многолетнего снега (или даже переходной стадии между снегом и льдом), которые образуются выше снеговой линии в горах.
Во внутренних областях горных массивов в зимнее время может возникать застой выхоложенного воздуха. Это зачастую приводит к возникновению температурных инверсий, т.е. повышению температуры по мере увеличения высоты.
Количество осадков в горах до определенного уровня увеличивается с высотой. Это зависит от экспозиции склонов. Наибольшее количество осадков можно наблюдать на тех склонах, которые обращены к основным ветрам, это количество дополнительно увеличивается, если преобладающие ветра переносят влагосодержащие воздушные массы. На подветренных склонах увеличение количества осадков по мере подъема не так заметно.
Большинство ученых сходятся во мнении, что оптимальной температурой для нормального самочувствия человека является от +18 до +21 градуса, когда относительная влажность воздуха не превышает 40-60%. При изменении данных параметров организм реагирует сменой артериального давления, что особенно замечают лица с гипертонией или гипотонией.
Инструкция
Колебания погоды с существенной сменой температурных режимов, когда перепады составляют более 8 градусов по Цельсию в течение одних суток, негативно влияют на людей с нестабильным артериальным давлением.
При значительном повышении
температуры сосуды
резко расширяются, чтобы кровь быстрее циркулировала и охлаждала тело. Сердце начинает биться значительно чаще. Все это приводит к резкому изменению артериального давления. У
гипертоников
при недостаточной компенсации заболевания может произойти резкий скачок, который приведет к гипертоническому кризу.
Гипотоники при повышении температуры воздуха чувствуют головокружение, но при этом
сердцебиение
становится значительно быстрее, что несколько улучшает самочувствие, особенно если гипотония протекает на фоне брадикардии.
Снижение температуры воздуха приводит к сужению сосудов,
давление
несколько снижается, но на фоне этого может присутствовать сильная головная боль, так как сужение сосудов может привести к спазму. При гипотонии артериальное давление может снизиться до критических отметок.
По мере того, как погода становится стабильной, вегетативная нервная система приспосабливается к температурному режиму, самочувствие стабилизируется у лиц, не имеющих серьезных отклонений состояния здоровья.
Пациенты с хроническими заболеваниями при сильных перепадах температуры воздуха и атмосферного давления должны особо тщательно контролировать свое здоровье, чаще измерять артериальное давление с помощью
тонометрапринимать
назначенные врачом
препараты
. Если на фоне
приема
обычной дозы фармацевтических средств все-таки наблюдается нестабильное артериальное давление, необходимо обратиться к врачу для пересмотра тактики
лечения
или изменения доз назначенных препаратов.
Источники:
- как меняется температура воздуха в 2018
Температура (t) и давление (P) – две взаимосвязанные между собой физические величины. Проявляется это взаимосвязь во всех трех агрегатных состояниях веществ. От колебания этих величин зависит большинство природных явлений.
Инструкция
Очень тесную взаимосвязь можно найти между температурой жидкости и атмосферным давлением. Внутри любой жидкости существует много маленьких пузырьков воздуха, имеющих свое внутреннее давление. При нагревании в эти пузырьки испаряется насыщенный пар из окружающей его жидкости. Все это продолжается до тех пор, пока внутреннее давление не станет равным внешнему (атмосферному). Тогда пузырьки не выдерживают и лопаются – происходит процесс, который называется кипением.
Аналогичный процесс происходит и в твердых телах при плавлении или при обратном процессе — кристаллизации. Твердое тело состоит из кристаллических
решеток
, разрушить которые можно при отдалении атомов друг от друга. Давление же, увеличиваясь, действует в обратном направлении – прижимает атомы друг к другу. Соответственно, для того чтобы тело расплавилось,
требуется больше
энергии и температура повышается.
Уравнение Клапейрона-Менделеева описывает зависимость температуры
от давления
в газе. Формула выглядит так: PV = nRT. Р – давление газа в сосуде. Так как n и R – постоянные величины, становится ясно, что давление прямо пропорционально температуре (при V=const). Это значит, что чем выше Р, тем выше и t. Этот процесс обусловлен тем, что при нагревании межмолекулярное пространство увеличивается, и молекулы начинают двигаться быстро в хаотичном порядке, а значит чаще ударяться об
стенки сосуда
, в котором находится газ. Температура в уравнении Клапейрона-Менделеева измеряется обычно в градусах Кельвина.
Существует понятие стандартной температуры и давления: температура равна -273° по Кельвину (или 0 °С), а давление — 760 мм
ртутного столба
.
Обратите внимание
Лед имеет высокую удельную теплоемкость, равную 335 кДж/кг. Поэтому, чтобы его растопить, нужно потратить много тепловой энергии. Для сравнения: таким же количеством энергии можно нагреть воду до 80 °С.
Уменьшение давления воздуха при увеличении высоты – известный научный факт, обосновывающий большое количество явлений, связанных с низким значением давление на большой высоте над уровнем моря.
Вам понадобится
- Учебник по физике 7 класса, учебник по молекулярной физике, барометр.
Инструкция
Прочитайте в учебнике по физике
7 класса
определение понятия давления. Вне зависимости от того, какой вид давления рассматривается, оно равно силе, действующей на единичную площадку. Таким образом, чем больше сила, действующая на некоторую площадь, тем больше значение давления. Если речь идет о давлении воздуха, то рассматриваемой силой является сила тяжести частиц воздуха.
Обратите внимание на то, что каждый слой воздуха в атмосфере создает собственный вклад в давление воздуха нижних слоев. Получается, что с увеличением высоты подъема над уровнем моря растет количество слоев, давящих на нижнюю часть атмосферы. Таким образом, с ростом расстояния до земли увеличивается сила тяжести, действующая на воздух в нижних частях атмосферы. Это приводит к тому, что слой воздуха, расположенный у поверхности земли, испытывает на себе давление всех верхних слоев, а слой, находящийся ближе к верхней границе атмосферы, не испытывает на себе такого давления. Соответственно, воздух нижних слоев атмосферы имеет давление гораздо большее, чем воздух верхних слоев.
Вспомните, как зависит давление жидкости от глубины погружения в жидкость. Закон, описывающий данную закономерность, называется законом Паскаля. Он утверждает, что давление жидкости линейно увеличивается с увеличением глубины погружения в нее. Таким образом, тенденция спада давления с ростом высоты соблюдается и в жидкости, если отсчет высоты начинать со дна емкости.
Заметьте, что физическая сущность повышения давления в жидкости с увеличением глубины та же самая, что и в воздухе. Чем ниже лежат слои жидкости, тем больший им приходится удерживать на себе вес верхних слоев. Поэтому в нижних слоях жидкости давление оказывается больше, чем в верхних. Однако, если в жидкости закономерность повышения давления линейная, то в воздухе это не так. Это обосновано тем, что жидкость не сжимается. Сжимаемость воздуха же приводит к тому, что зависимость давления от высоты подъема над уровнем моря становится экспоненциальной.
Вспомните из курса молекулярно-кинетической теории идеального газа, что подобная экспоненциальная зависимость присуща распределению концентрации частиц с поле тяжести Земли, которая была выявлена Больцманом. Больцмановское распределение, на самом деле, напрямую связано с явлением спада давления воздуха, ибо этот спад и приводит к тому, что концентрация частиц с высотой уменьшается.
Человек проводит свою жизнь, как правило, на высоте поверхности Земли, которая близка уровню моря. Организм в такой ситуации испытывает давление окружающей атмосферы. Нормальной величиной давления принято считать 760 мм ртутного столба, также такую величину называют «одна атмосфера». Давление, которое мы испытываем снаружи, уравновешивается внутренним давлением. В связи с этим организм человека не ощущает тяжести атмосферы.
Атмосферное давление может меняться в течение суток. Его показатели также зависят от сезона. Но, как правило, такие скачки давления происходят в рамках не более двадцати-тридцати миллиметров ртутного столба.
Подобные колебания не заметны для организма здорового человека. Но вот у лиц, страдающих гипертонической болезнью, ревматизмом и другими заболеваниями, эти перемены способны вызвать нарушения функционирования организма и ухудшение общего самочувствия.
Пониженное атмосферное давление человек может ощутить, когда находиться на горе и взлетает на самолете. Основной физиологический фактор высоты это пониженное атмосферное давление и, вследствие этого, пониженное парциальное давление кислорода.
Организм реагирует на пониженное атмосферное давление, прежде всего, усилением дыхания. Кислород на высоте разряжен. Это вызывает возбуждение хеморецепторов сонных артерий, а оно передается в продолговатый мозг к центру, который отвечает за усиление дыхания. Благодаря этому процессу, легочная вентиляция человека, который испытывает пониженное атмосферное давление, возрастает в необходимых пределах и организм получает достаточный объем кислорода.
Важным физиологическим механизмом, который запускается при пониженном атмосферном давлении, считается усиление деятельности органов, отвечающих за кроветворение. Проявляется этот механизм в увеличении количества гемоглобина и эритроцитов в крови. В таком режиме организм способен транспортировать больше кислорода.
Кипение – это процесс парообразования, то есть перехода вещества из жидкого состояния в газообразное состояние. От испарения оно отличается гораздо большей скоростью и бурным протеканием. Любая чистая жидкость кипит при определенной температуре. Однако в зависимости от внешнего давления и примесей температура кипения может существенно меняться.
Вам понадобится
- — колба;
- — исследуемая жидкость;
- — корковая или резиновая пробка;
- — лабораторный термометр;
- — изогнутая трубка.
Инструкция
В качестве простейшего прибора для определения температуры
кипения можно использовать колбу емкостью порядка 250–500 миллилитров с круглым дном и широким горлом. В нее налейте исследуемую
жидкость
(желательно в пределах 20-25%
от объема
сосуда), горловину заткните корковой или резиновой пробкой с двумя отверстиями. В одно из отверстий вставьте
длинный
лабораторный термометр, в другое – изогнутую трубку, играющую роль предохранительного
клапана
для отвода паров.
Если предстоит определить температуру кипения чистой жидкости – кончик термометра должен быть вблизи нее, но не касаясь. Если же надо измерить температуру кипения раствора – кончик должен быть в жидкости.
С помощью какого источника тепла можно нагреть колбу с жидкостью? Это может быть водяная или песчаная баня, электроплитка, газовая горелка. Выбор зависит от свойств жидкости и предполагаемой температуры ее кипения.
Сразу после того как начнется процесс
кипения , запишите
температуру , которую показывает ртутный столбик термометра. Ведите наблюдение за показаниями термометра минимум 15 минут, записывая показания каждые несколько минут, через равные промежутки времени. Например, измерения проводились сразу после 1-й, 3-й, 5-й, 7-й, 9-й, 11-й, 13-й и 15-й
минуты
опыта. Всего их было 8. После
окончания
опыта вычислите среднюю арифметическую
температуру
кипения по формуле: tcp = (t1 + t2 +…+t8)/8.
При этом необходимо учесть очень важный момент. Во всех физических, химических, технических справочниках
показатели температуры кипения жидкостей
даны при нормальном атмосферном давлении (760 мм. рт. ст.). Из этого следует, что одновременно с измерением температуры надо с помощью барометра измерить
атмосферное
давление и внести в расчеты необходимую поправку. Точно такие же поправки приведены
в таблицах
температур
кипения для самых разных жидкостей.
Источники:
- как будет меняться температура кипения воды в 2018
Как изменяется температура и атмосферное давление в горах
Атмосферное давление
Атмосферное давление — это сила давления воздуш- ного столба на единицу площади. Исчисляется оно в килограммах на 1 см2 поверхности, но так как раньше оно измерялось только ртутными манометрами, то ус- ловно принято выражать эту величину в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.). Нормальным атмосферным давлением является 760 мм рт. ст., или 1,033 кг/см2, что принято считать за одну атмосферу (1 ата).
При выполнении отдельных видов работ иногда при- ходится работать при повышенном или пониженном ат- мосферном давлении, причем эти отклонения от нормы иногда бывают в значительных пределах (от 0,15— 0,2 ата до 5 — 6 ата и более).
При подъеме на высоту атмосферное давление понижается: чем выше над уровнем моря, тем меньше атмосферное давление. Так, на высоте 1000 м над уровнем моря оно равно 734 мм рт. ст., 2000 м — 569 мм, 3000 м —526 мм, а на высоте 15000 м — 90 мм рт. ст.
При пониженном атмосферном давлении отмечается учащение и углубление дыхания, учащение сердечных сокращений (сила их более слабая), некоторое падение кровяного давления, наблюдаются также изменения в крови в виде увеличения количества красных кровяных телец.
В основе неблагоприятного влияния пониженного атмосферного давления на организм лежит кислородное голодание. Оно обусловлено тем, что с понижением атмосферного давления понижается и парциальное давление кислорода, поэтому при нормальном функционировании органов дыхания и кровообращения в организм поступает меньшее количество кислорода. В результате этого кровь недостаточно насыщается кислородом и не обеспечивает в полном объеме доставку его органам и тканям, что приводит к кислородному голоданию (аноксемии). Более тяжело протекают подобные изменения при быстром снижении атмосферного давления, что бывает при быстрых взлетах на большую высоту, при работе на скоростных подъемных механизмах (фуникулерах и т. п.). Быстро развивающееся кислородное голодание затрагивает клетки головного мозга, что вызывает головокружение, тошноту, иногда рвоту, расстройство координации движений, понижение памяти, сонливость; сокращение окислительных процессов в мышечных клетках ввиду недостатка кислорода выражается в мышечной слабости, быстрой усталости.
Практика показывает, что подъем на высоту более 4500 м, где атмосферное давление ниже 430 мм рт.ст., без подачи кислорода для дыхания переносится тяжело, а на высоте 8000 м (давление 277 мм рт. ст.) человек теряет сознание.
Кровь, как и любая другая жидкость, при контакте с газообразной средой (в данном случае в альвеолах легких) растворяет определенную часть газов, — чем выше парциальное давление их, тем большее насыщение крови этими газами. При снижении атмосферного давления изменяется парциальное давление составных частей воздуха и, в частности, основных его компонентов— азота (78%) и кислорода (21%); вследствие этого из крови начинают выделяться эти газы до уравнивания парциального давления. Во время быстрого снижения атмосферного давления выделение газов, особенно азота, из крови настолько велико, что они не успевают удаляться через органы дыхания и скапливаются в кровеносных сосудах в виде мелких пузырьков. Эти пузырьки газов могут растягивать ткани (вплоть до мелких надрывов), причиняя острую боль, а в некоторых случаях образовывать газовые тромбы в мелких сосудах, затрудняя кровообращение.
Описанный выше комплекс физиологических и патологических изменений, возникающих вследствие понижения атмосферного давления, получил название высотной болезни, так как эти изменения связаны обычно с подъемом на высоту.
Одним из широко распространенных и эффективных мероприятий по борьбе с высотной болезнью является подача кислорода для дыхания при подъеме на большую высоту (свыше 4500 м). Почти все современные самолеты, летающие на большой высоте, и тем более космические корабли, оборудованы герметичными кабинами, где независимо от высоты и атмосферного давления за бортом давление поддерживается постоянным на уровне, вполне обеспечивающем нормальное состояние летного состава и пассажиров. Это одно из радикальных решений данного вопроса.
При выполнении физических и напряженных умственных работ в условиях пониженного атмосферного давления необходимо учитывать относительно быстрое наступление усталости, поэтому следует предусматривать периодические перерывы, а в ряде случаев и сокращенный рабочий день.
Для работы в условиях пониженного атмосферного давления следует отбирать физически наиболее крепких лиц, абсолютно здоровых, преимущественно мужчин в возрасте 20 — 30 лет. При подборе летного состава требуется обязательная проверка на так называемые тесты высотной квалификации в специальных камерах с пониженным давлением.
Важную роль в профилактике высотной болезни играет тренировка и закаливание. Необходимо заниматься спортом, систематически выполнять ту или иную физическую работу. Питание работающих при пониженном атмосферном давлении должно быть высококалорийным, разнообразным и богатым витаминами и минеральными солями.
Полезная информация:
Атмосфе́рное давле́ние — давление атмосферы, действующее на все находящиеся в ней предметы и на земную поверхность, равное модулю силы, действующей в атмосфере на единицу площади поверхности по нормали к ней. В покоящейся стационарной атмосфере давление численно равно весу вышележащего столба воздуха на основание с площадью, равной единице. Атмосферное давление является одним из термодинамических параметров состояния атмосферы, оно изменяется в зависимости от места и времени. Давление — величина скалярная, имеющая размерность L−1MT−2, измеряется барометром.
Единицей измерения в Международной системе единиц (СИ) является паскаль (русское обозначение: Па; международное: Pa). Кроме того, в Российской Федерации в качестве внесистемных единиц давления допущены к использованию бар, миллиметр ртутного столба, миллиметр водяного столба, метр водяного столба, килограмм-сила на квадратный сантиметр и атмосфера техническая. Атмосферное давление, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0 °C, называется нормальным атмосферным давлением (101 325 Па). С высотой атмосферное давление уменьшается. Например, горная болезнь начинается на высоте около 2-3 км, а атмосферное давление на вершине Эвереста составляет примерно 1/4 от показателя на уровне моря.
Наличие атмосферного давления привело людей в замешательство в 1638 году, когда не удалась затея герцога Тосканского украсить сады Флоренции фонтанами — вода не поднималась выше 10,3 метров. Поиски причин этого и опыты с более тяжёлым веществом — ртутью, предпринятые Эванджелистой Торричелли, привели к тому, что в 1643 году он доказал, что воздух имеет вес. Совместно с В. Вивиани, Торричелли провёл первый опыт по измерению атмосферного давления, изобретя первый ртутный барометр — стеклянную трубку, в которой нет воздуха. В такой трубке ртуть поднимается на высоту около 760 мм.
На земной поверхности атмосферное давление изменяется от места к месту и во времени. Особенно важны определяющие погоду непериодические изменения атмосферного давления, связанные с возникновением, развитием и разрушением медленно движущихся областей высокого давления (антициклонов) и относительно быстро перемещающихся огромных вихрей (циклонов), в которых господствует пониженное давление. Отмечены колебания атмосферного давления на уровне моря в пределах 641 — 816 мм рт. ст. (внутри смерча давление падает и может достигать значения 560 мм ртутного столба).
В стационарных условиях атмосферное давление уменьшается по мере увеличения высоты, поскольку оно создаётся лишь вышележащим слоем атмосферы. Зависимость давления от высоты описывается барометрической формулой.
На картах атмосферное давление изображается с помощью изобар — изолиний, соединяющих точки с одинаковым приземным атмосферным давлением, обязательно приведенным к уровню моря.
Атмосферное давление — очень изменчивый метеоэлемент. Из его определения следует, что оно зависит от высоты соответствующего столба воздуха, его плотности, от ускорения силы тяжести, которая меняется от широты места и высоты над уровнем моря.
| 1 Па = 0,0075 мм рт. ст. Или 1 мм рт. ст. = 133,3 Па |
В химии стандартным атмосферным давлением с 1982 года по рекомендации IUPAC считается давление, равное 100 кПа. Атмосферное давление является одной из наиболее существенных характеристик состояния атмосферы. В покоящейся атмосфере давление в любой точке равно весу вышележащего столба воздуха с единичным сечением.
В системе СГС 760 мм рт. ст. эквивалентно 1,01325 бар (1013,25 мбар) или 101 325 Па в Международной системе единиц (СИ).
Уравнение статики выражает закон изменения давления с высотой: −Δp=gρΔz{displaystyle -Delta p=grho Delta z}, где: p{displaystyle p} — давление, g{displaystyle g} — ускорение свободного падения, ρ{displaystyle rho } — плотность воздуха, Δz{displaystyle Delta z} — толщина слоя. Из основного уравнения статики следует, что при увеличении высоты (Δz>0{displaystyle Delta z>0}) изменение давления отрицательное, то есть давление уменьшается. Строго говоря, основное уравнение статики справедливо только для очень тонкого (бесконечно тонкого) слоя воздуха Δz{displaystyle Delta z}. Однако на практике оно применимо, когда изменение высоты достаточно мало по отношению к приблизительной толщине атмосферы.
Высота, на которую надо подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1 гПа (гектопаскаль), называется «барической (барометрической) ступенью». Барической ступенью удобно пользоваться при решении задач, не требующих высокой точности, например, для оценки давления по известной разности высот. Считая, что атмосфера не испытывает существенного вертикального ускорения (то есть находится в квазистатическом состоянии), из основного закона статики получаем, что барическая ступень h{displaystyle h} равна:
h=−Δz/Δp=1/gρ{displaystyle h=-Delta z/Delta p=1/grho }.
При температуре воздуха 0 °C и давлении 1000 гПа, барическая ступень равна 8 м/гПа. Следовательно, чтобы давление уменьшилось на 1 гПа, нужно подняться на 8 метров.
С ростом температуры и увеличением высоты над уровнем моря она возрастает (в частности, на 0,4 % на каждый градус нагревания), то есть она прямо пропорциональна температуре и обратно пропорциональна давлению. Величина, обратная барической ступени, — вертикальный барический градиент, то есть изменение давления при поднятии или опускании на 100 метров. При температуре 0 °C и давлении 1000 гПа он равен 12,5 гПа.
При повышении температуры на 1 градус давление увеличивается на 0,28 мм рт. ст.
Многие метеостанции рассылают так называемые «синоптические телеграммы», в которых указывается давление, приведённое к уровню моря (см. КН-01, METAR). Это делается для того, чтобы давление было сравнимо на станциях, расположенных на разных высотах, а также для нужд авиации. Приведённое давление используется также и на синоптических картах.
При приведении давления к уровню моря используют сокращенную формулу Лапласа:
z2−z1=18400(1+λt)lg(p1/p2){displaystyle z_{2}-z_{1}=18400(1+lambda t)lg(p_{1}/p_{2})}.
То есть, зная давление и температуру на уровне z2{displaystyle z_{2}}, можно найти давление p1{displaystyle p_{1}} на уровне моря z1=0{displaystyle z_{1}=0}.
Вычисление давления на высоте h{displaystyle h} по давлению на уровне моря P0{displaystyle P_{0}} и температуре воздуха T{displaystyle T}:
P=P0e−Mgh/RT{displaystyle P=P_{0}e^{-Mgh/RT}},
где P0{displaystyle P_{0}} — давление Па на уровне моря ;
M{displaystyle M} — молярная масса сухого воздуха, M = 0,029 кг/моль;
g{displaystyle g} — ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с²;
R{displaystyle R} — универсальная газовая постоянная, R = 8,31 Дж/моль·К;
T{displaystyle T} — абсолютная температура воздуха, К, T=t+273,15{displaystyle T=t+273,15}, где t{displaystyle t} — температура Цельсия, выражаемая в градусах Цельсия (обозначение: °C);
h{displaystyle h} — высота, м.
На небольших высотах каждые 12 м подъёма уменьшают атмосферное давление на 1 мм рт. ст. На больших высотах эта закономерность нарушается.
Более простые расчёты (без учёта температуры) дают:
P=P0(0,87)h=P0⋅10−0,06h{displaystyle P=P_{0}(0,87)^{h}=P_{0}cdot 10^{-0,06h}},
где h{displaystyle h} — высота в километрах.
Измерения и расчёт показывают в полном согласии, что при подъёме над уровнем моря на каждый километр давление будет падать на 0,1 долю; то же самое относится и к спуску в глубокие шахты под уровень моря — при опускании на один километр давление будет возрастать на 0,1 своего значения.
Речь идёт об изменении на 0,1 от значения на предыдущей высоте. Это значит, что при подъёме на один километр давление уменьшается до 0,9 (точнее 0,87) от давления на уровне моря.
В прогнозах погоды и сводках, распространяемых для населения через интернет и по радио, используется неприведённое давление, то есть, фактическое давление на уровне местности.
Видеоурок: атмосферное давление
