Mọi người đều quen thuộc với áp suất khí quyển, ít nhất là nhờ các bài học vật lý và dự báo thời tiết. Ngoài ra, các sắc thái của tác động của áp lực đối với một người được quan tâm.
Áp suất khí quyển là gì?
Áp suất khí quyển - đây là áp lực của vỏ khí trong hành tinh của chúng ta, bầu khí quyển, tác động lên tất cả các vật thể trong đó, cũng như bề mặt trái đất. Áp suất tương ứng với lực tác động trong khí quyển trên một đơn vị diện tích.
Nói một cách đơn giản hơn, đây là lực mà không khí xung quanh chúng ta tác động lên bề mặt trái đất và các vật thể. Bằng cách theo dõi những thay đổi về áp suất khí quyển, điều kiện thời tiết có thể được dự đoán cùng với các yếu tố khác.
Tại sao và tại sao áp suất khí quyển được tạo ra?
Các chuyên gia nghiên cứu bầu khí quyển Trái đất và các hiện tượng khí tượng khác nhau theo dõi cẩn thận cách các khối không khí di chuyển. Đây là yếu tố chính ảnh hưởng đến điều kiện khí hậu của một khu vực cụ thể. Những quan sát này làm cho có thể hiểu tại sao áp suất khí quyển xảy ra.
Trọng lực là để đổ lỗi. Qua nhiều thí nghiệm, người ta đã chứng minh rằng không khí không có nghĩa là không trọng lượng. Nó bao gồm các loại khí khác nhau có trọng lượng nhất định. Do đó, lực hấp dẫn của Trái đất tác động lên không khí, góp phần hình thành áp lực.
Sự thật thú vị: tất cả không khí trên hành tinh (hoặc toàn bộ bầu khí quyển của Trái đất) nặng 51 x 1014 tấn
Trên toàn cầu, khối lượng không khí không giống nhau. Theo đó, mức áp suất khí quyển cũng dao động. Ở những khu vực có khối lượng không khí lớn hơn sẽ có áp suất cao hơn. Nếu có ít không khí (nó cũng được gọi là rarefied trong những trường hợp như vậy), thì áp suất thấp hơn.
Tại sao trọng lượng của khí quyển thay đổi? Bí mật của hiện tượng này nằm ở sự nóng lên của khối không khí. Thực tế là sự gia nhiệt không khí hoàn toàn không xảy ra từ ánh sáng mặt trời, mà là do bề mặt trái đất.
Gần nó, không khí nóng lên và trở nên nhẹ hơn, tăng lên. Tại thời điểm này, các luồng lạnh trở nên nặng hơn và thấp hơn. Quá trình này đang diễn ra. Mỗi luồng không khí có áp lực riêng, và sự khác biệt của nó gây ra gió.
Thành phần khí quyển ảnh hưởng đến áp suất như thế nào?
Bầu không khí bao gồm một lượng lớn khí. Chủ yếu là nitơ và oxy (98%). Ngoài ra còn có carbon dioxide, neon, argon, v.v.
Thành phần của khí quyển ảnh hưởng đến áp suất do mật độ. Mỗi thành phần có mật độ riêng. Chiều cao càng cao, lớp khí quyển càng mỏng và mật độ thấp hơn. Theo đó, áp lực giảm.
Đo áp suất khí quyển
Trong Hệ thống đơn vị quốc tế, áp suất khí quyển được đo bằng pascal (Pa). Cũng tại Nga, các đơn vị như thanh, milimét thủy ngân và các dẫn xuất của chúng được sử dụng. Việc sử dụng chúng là do các dụng cụ đo áp suất - áp kế thủy ngân. 1 mmHg tương ứng với khoảng 133 Pa.
Phong vũ biểu có hai loại:
- chất lỏng;
- cơ khí (áp kế aneroid).
Áp kế lỏng chứa đầy thủy ngân. Phát minh của thiết bị này là một bằng khen của nhà khoa học người Ý Evangelista Torricelli. Năm 1644, ông đã tiến hành một thí nghiệm với một vật chứa, thủy ngân và một bình rơi vào một chất lỏng có lỗ mở.
Với sự thay đổi áp suất, thủy ngân tăng hoặc giảm trong bình. Áp kế thủy ngân hiện đại với quy mô được coi là chính xác nhất, nhưng không thuận tiện lắm, vì vậy chúng được sử dụng tại các trạm khí tượng.
Phổ biến hơn phong vũ biểu. Thiết kế của một thiết bị như vậy cung cấp một hộp kim loại với không khí hiếm có bên trong. Khi áp suất giảm, hộp mở rộng. Với áp lực ngày càng tăng, hộp co lại và tác động vào lò xo kèm theo. Lò xo điều khiển mũi tên, hiển thị mức áp suất trên thang đo.
Sự thật thú vị: Có một đơn vị áp suất tiêu chuẩn (cũng như các đơn vị khác của đại lượng vật lý). Tiêu chuẩn chính, hiển thị áp suất tuyệt đối chính xác nhất có thể, là ở Viện nghiên cứu đo lường toàn Nga của Mendeleev (St. Petersburg).
Áp suất khí quyển cho con người
Áp suất khí quyển bình thường - Đây là 760 mm Hg hoặc 101 325 Pa ở nhiệt độ 0oC ở mực nước biển (vĩ độ 45 độ). Hơn nữa, bầu khí quyển tác động lên từng centimet vuông của bề mặt Trái đất với lực 1.033 kg. Một cột thủy ngân cao 760 mm cân bằng khối lượng của cột không khí này.
Một chỉ số 760 mm cũng được xác định bởi Torricelli trong thí nghiệm. Ông cũng nhận thấy rằng khi bình chứa đầy thủy ngân, một khoảng trống vẫn còn ở trên đỉnh. Sau đó, hiện tượng này được gọi là "sự trống rỗng của Torricellium". Sau đó, nhà khoa học chưa biết rằng trong thí nghiệm của mình, ông đã tạo ra một khoảng trống - nghĩa là, một không gian không chứa bất kỳ chất nào.
Ở áp suất tiêu chuẩn là 760 mmHg, một người cảm thấy thoải mái nhất. Nếu bạn tính đến dữ liệu trước đó, thì không khí sẽ đè lên một người với lực khoảng 16 tấn. Tại sao sau đó chúng ta không cảm thấy áp lực này?
Thực tế là cũng có áp lực bên trong cơ thể. Không chỉ con người, mà cả đại diện của thế giới động vật cũng thích nghi với áp suất khí quyển. Mỗi cơ quan được hình thành và phát triển dưới ảnh hưởng của một lực nhất định. Khi khí quyển tác động lên cơ thể, lực này được phân bố đều trên toàn bộ bề mặt. Do đó, áp lực được cân bằng, và chúng tôi không cảm thấy nó.
Định mức áp suất khí quyển không nên nhầm lẫn với định mức khí hậu. Mỗi khu vực có tiêu chuẩn riêng cho một thời điểm cụ thể trong năm. Ví dụ, cư dân của Vladivostok rất may mắn, bởi vì ở đó áp suất khí quyển trung bình hàng năm gần như bằng với tiêu chuẩn - 761 mm Hg.
Và tại các khu định cư nằm ở khu vực miền núi (ví dụ, ở Tây Tạng), áp lực thấp hơn nhiều - 413 mmHg. Điều này là do chiều cao khoảng 5000 m.
Tăng và giảm áp suất
Khi áp suất vượt quá mốc 760 mm. Hg. Nghệ thuật., Nó được gọi là tăng, và khi chỉ số nhỏ hơn bình thường - thấp.
Trong vòng 24 giờ, một số giảm áp suất khí quyển xảy ra. Vào buổi sáng và buổi tối, nó tăng lên và sau 12 giờ chiều và đêm - nó giảm dần. Điều này xảy ra do thực tế là nhiệt độ không khí thay đổi và theo đó, dòng chảy của nó di chuyển.
Vào mùa đông, áp suất khí quyển cao nhất được quan sát trên đất liền, bởi vì không khí có nhiệt độ thấp và mật độ cao. Vào mùa hè, tình huống ngược lại được quan sát - có áp lực tối thiểu.
Ở quy mô toàn cầu hơn, mức áp suất cũng phụ thuộc vào nhiệt độ. Bề mặt Trái đất nóng lên khác nhau: hành tinh này có hình dạng Geoid (chứ không phải tròn hoàn hảo) và xoay quanh Mặt trời. Một số vùng nóng lên nhiều hơn, những vùng khác ít hơn. Bởi vì điều này, áp suất khí quyển được phân phối theo vùng trên bề mặt hành tinh.
Các nhà khoa học phân biệt 3 vành đai nơi áp suất thấp chiếm ưu thế và 4 vành đai với cực đại phổ biến. Vùng xích đạo ấm lên nhất, vì vậy không khí ấm nhẹ tăng lên, và áp suất thấp hình thành gần bề mặt.
Gần các cực, điều ngược lại là đúng: không khí lạnh đang rơi, do đó áp suất cao được ghi nhận ở đây. Nếu bạn nhìn vào mô hình phân phối áp lực trên bề mặt hành tinh, bạn sẽ thấy rằng các vành đai của cực tiểu và cực đại thay thế.
Ngoài ra, bạn cần nhớ về sự nóng lên không đều của cả hai bán cầu Trái đất trong năm.Điều này dẫn đến sự dịch chuyển nhất định của đai áp suất thấp và cao. Vào mùa hè, chúng di chuyển về phía bắc, và vào mùa đông - về phía nam.
Tác động của con người
Áp suất khí quyển có ảnh hưởng nghiêm trọng đến cơ thể con người. Điều này là khá tự nhiên, nếu chúng ta tính đến tất cả những điều trên liên quan đến lực tác động của không khí lên cơ thể và lực cản.
Có một khái niệm về sự phụ thuộc khí tượng, được xác nhận bởi khoa học và y học. Meteopaths là những người mà cơ thể phản ứng thậm chí với độ lệch tối thiểu của áp lực so với tiêu chuẩn. Họ cũng bao gồm những người mắc một số bệnh mãn tính (đặc biệt là tim mạch, hệ thần kinh, v.v.).
Nhìn chung, cơ thể con người có thể thích nghi với những thay đổi trong điều kiện khí hậu. Ví dụ, khi đi du lịch đến một quốc gia có điều kiện thời tiết hoàn toàn khác nhau, có thể mất vài ngày để thích nghi.
Những sai lệch đáng kể so với định mức sẽ là điều đáng chú ý đối với bất kỳ người nào. Điều này bao gồm cả huyết áp cao và thấp.
Trong cuộc sống bình thường, sự gia tăng áp suất khí quyển đến mức nghiêm trọng mà tình trạng sức khỏe của một người trở nên tồi tệ hơn không xảy ra (ngoại trừ trường hợp phụ thuộc vào thời tiết nói trên và bệnh mãn tính). Bạn có thể cảm nhận được tác dụng của nó, ví dụ, khi lặn đến độ sâu lớn.
Áp suất khí quyển thấp sẽ nguy hiểm hơn. Hiệu quả của nó có thể dễ dàng cảm thấy ở độ cao. Có khái niệm về bệnh độ cao, trong đó lượng carbon dioxide tăng lên. Khối lượng oxy trong trường hợp này, trái lại, giảm, do đó các mô của cơ thể cảm thấy thiếu oxy. Tàu thuyền nhanh chóng đáp ứng với điều này, gây ra sự gia tăng mạnh về áp lực trong cơ thể.
Lốc xoáy
Lốc xoáy - Đây là một khối không khí khổng lồ quay dưới dạng xoáy xung quanh trục thẳng đứng với đường kính lên tới vài nghìn km. Ở trung tâm của cơn lốc này, một áp lực giảm được quan sát thấy.
Ở Bắc bán cầu, xoáy khí quyển của một cơn lốc xoáy quay ngược chiều kim đồng hồ, ở Nam bán cầu - theo chiều kim đồng hồ. Lốc xoáy xảy ra thường xuyên, vì sự hình thành của chúng liên quan trực tiếp đến sự quay của Trái đất. Không có lốc xoáy gần xích đạo.
Lốc xoáy có hai loại:
- Nhiệt đới. Xảy ra ở vĩ độ nhiệt đới, khác nhau ở kích thước tương đối nhỏ. Tuy nhiên, chúng được đặc trưng bởi một sức mạnh hủy diệt rất lớn của gió.
- Thêm nhiệt đới. Hình thành ở vĩ độ cực và ôn đới. Đạt đường kính vài nghìn km.
Sự thật thú vị: trong các cơn bão nhiệt đới, mắt của cơn bão nhiệt đới thường được quan sát - đây là một khu vực cách trung tâm của cơn lốc khoảng 20 km, trong đó thời tiết rõ ràng và yên tĩnh.
Các tính năng đặc biệt chính của lốc xoáy là năng lượng khổng lồ, biểu hiện dưới dạng gió mạnh, bão, dông, sấm sét, mưa. Lốc xoáy nhiệt đới mạnh mẽ được đặt tên hoặc tên độc đáo, ví dụ, Katrina (2005), Nina (1975), Dorian (2019).
Lốc xoáy
Lốc xoáy - Đây không chỉ là đối nghịch của lốc xoáy. Hiện tượng này có một cơ chế xảy ra khác nhau. Gió ở cả hai bán cầu của Trái đất di chuyển theo hướng ngược lại so với lốc xoáy.
Các cơn bão là một khu vực áp lực cao. Nó được đặc trưng bởi các isobar kín - đây là những đường đánh dấu những nơi có cùng áp suất khí quyển.
Lốc xoáy mang đến điều kiện thời tiết ổn định phù hợp với thời điểm trong năm. Vào mùa hè trời yên tĩnh, thời tiết nóng nực, vào mùa đông băng giá. Nó được đặc trưng bởi một số lượng nhỏ các đám mây hoặc sự vắng mặt hoàn toàn của chúng.
Lốc xoáy được hình thành ở một số khu vực nhất định. Ví dụ, hầu hết chúng thường phát sinh trên các khối băng lớn: ở Nam Cực, Greenland và Bắc Cực. Cũng được tìm thấy ở vùng nhiệt đới.
Lốc xoáy cũng mang đến một hậu quả nguy hiểm và khó chịu. Chúng có thể góp phần gây ra hỏa hoạn, hạn hán kéo dài.Với sự vắng mặt lâu dài của gió ở các thành phố lớn, các chất và khí độc hại tích tụ, đặc biệt cấp tính cho những người mắc bệnh hô hấp.
Sự thật thú vị: Có các lốc xoáy chặn hình thành trên một khu vực cụ thể và không di chuyển bất cứ nơi nào. Tuy nhiên, chúng không vượt qua các khối không khí khác. Thông thường chúng kéo dài không quá 5 ngày, nhưng thường xuyên ở khu vực châu Âu của thuốc chống bão Nga kéo dài khoảng một tháng. Lần cuối cùng là vào năm 2015. Kết quả là nắng nóng, hạn hán, cháy rừng.
Làm thế nào để áp suất khí quyển thay đổi theo chiều cao? Biểu đồ công thức
Áp suất khí quyển phụ thuộc trực tiếp vào độ cao. Áp suất càng cao và ngược lại. Nếu bạn tăng 12 m so với mực nước biển, thanh thủy ngân trong phong vũ biểu sẽ giảm 1 mm.
Áp lực thường được hiển thị theo haopascals thay vì mmHg. st .: 1 mm = 133,3 Pa = 1, 333 hPa. Mối quan hệ giữa chiều cao và áp lực có thể được hiển thị bằng một công thức đơn giản:
H / P = 12 m / mmHg. st hoặc h / P = 9 m / hPa,
Trong đó h là sự thay đổi về chiều cao,
P - thay đổi áp suất.
Do đó, khi tăng lên 9 mét, mức áp suất giảm 1 hPa. Chỉ số này được gọi là giai đoạn baric. Định mức áp suất khí quyển là 1013 hPa (có thể làm tròn đến 1000).
Làm thế nào để sử dụng dữ liệu này để tính toán sự thay đổi áp suất ở một độ cao khác nhau? Ví dụ, khi nâng 90 m, áp suất sẽ giảm 10 hPa. Trong trường hợp này, hóa ra khi tăng lên 900 m, áp suất giảm xuống 0.
Nhưng mật độ không khí cũng thay đổi theo chiều cao, do đó, khi đến một khoảng cách lớn hơn (bắt đầu từ 1,5-2 km), tất cả các tính toán phải được thực hiện có tính đến chỉ số này.
Biểu đồ áp suất khí quyển thay đổi theo độ cao cho thấy rõ tất cả những điều trên. Nó có dạng một đường cong chứ không phải đường thẳng. Do mật độ của khí quyển không giống nhau, với độ cao ngày càng tăng, áp lực bắt đầu giảm chậm hơn. Tuy nhiên, nó sẽ không bao giờ đạt đến không, bởi vì có một loại chất ở khắp mọi nơi - không có khoảng trống trong Vũ trụ.
Áp suất khí quyển ở vùng núi
Ở vùng núi, áp lực sẽ thấp hơn. Làm thế nào một người cảm thấy cùng một lúc phụ thuộc vào chiều cao, cũng như các điều kiện bổ sung. Ví dụ, ở độ ẩm bình thường, việc leo lên 3.000 m có thể gây ra điểm yếu và hiệu suất kém. Điều này là do thiếu oxy.
Trong khí hậu ẩm ướt, những cảm giác tương tự đã xuất hiện ở độ cao 1000 m. Thực tế là các phân tử nước thay thế các phân tử oxy - trong không khí ẩm thì ít hơn. Và trong điều kiện khí hậu khô, bạn gần như có thể leo lên tới 5000 m.
Độ cao khác nhau và tác dụng của chúng:
- 5 km - một cảm giác thiếu oxy.
- 6 km là chiều cao tối đa mà tại đó các khu định cư cố định được đặt.
- 8,9 km - chiều cao của đỉnh Everest. Nước sôi ở nhiệt độ + 68 ℃. Trong một thời gian ngắn, những người được đào tạo có thể ở cấp độ này.
- 13,5 km - an toàn chỉ ở lại khi có oxy tinh khiết. Chiều cao tối đa cho phép mà bạn có thể ở mà không cần bảo vệ đặc biệt.
- 20 km - một độ cao không thể chấp nhận được đối với con người. Chỉ có thể ở trong một cabin kín.