ATMOSPHÄRENDRUCK: NORMALWERT, WIE MAN IHN MISST, BEISPIELE - KÖRPERLICH - 2025

Der atmosphärische Druck wird durch das Gewicht der Gase verursacht, aus denen die Atmosphäre über der Erde besteht. Es wird geschätzt, dass die Masse der Atmosphäre etwa 5 x 10 ¹⁸ kg beträgt und alle Lebewesen dem Druck ausgesetzt sind, den diese Masse ausübt.

Der erste, der es maß, war der italienische Wissenschaftler Evangelista Torricelli (1608-1647). Er führte 1644 ein einfaches, aber sehr geniales Experiment durch: Er füllte eine an einem Ende verschlossene Glasröhre vollständig mit Quecksilber, drehte sie um und goss sie in einen Behälter, der auch Quecksilber enthielt.

Abbildung 1. Aneroidbarometer zur Messung des Luftdrucks enthält im Gegensatz zum Quecksilberbarometer keine Flüssigkeit. Quelle: Wikimedia Commons.

Torricelli stellte fest, dass sich das Röhrchen nicht vollständig entleerte, sondern bis zu einer Höhe von 76 cm mit Quecksilber gefüllt war. Überrascht führte er viele Tests mit Röhren unterschiedlicher Form durch, wobei er immer das gleiche Ergebnis erzielte.

Auf diese Weise erkannte Torricelli, dass der atmosphärische Druck anstieg und die Quecksilbersäule im Rohr auf einer Höhe von 760 mm hielt. Auf diese Weise wird der Durchschnittswert des atmosphärischen Drucks ermittelt.

Da Druck als Kraft pro Flächeneinheit definiert ist, sind die Einheiten des atmosphärischen Drucks im internationalen System Newton / Meter oder Pascal, was mit Pa abgekürzt wird. In diesem System hat der atmosphärische Druck P _atm also einen Wert von ::

Dies ist der Normalwert des Luftdrucks bei 0 ºC und auf Meereshöhe.

Atmosphärendruck auf Meereshöhe und andere Schwankungen

Theoretisch liegt der Maximalwert des Luftdrucks nur auf Meereshöhe. Obwohl es auf dieser Ebene so viele Schwankungen gibt, müssen Experten ein Referenzsystem festlegen, das ihnen hilft, seinen Wert zu bestimmen.

Hier sind die Hauptfaktoren, die den Wert des atmosphärischen Drucks an einem bestimmten Ort auf der Erde beeinflussen:

- Höhe : Pro 10 Meter Höhe verringert sich der Druck um 1 mm Hg. Es kommt aber auch vor, dass die Dichte des Gases, aus dem die Atmosphäre besteht, nicht konstant ist. Im Prinzip nimmt mit zunehmender Höhe die Luftdichte ab.

Abbildung 2. Höhenmesser, ein Instrument, das die Höhe über dem Meeresspiegel anhand von Druckänderungen misst. Quelle: Pixabay.

- Temperatur : Je höher die Temperatur, desto geringer die Dichte und desto weniger wiegt die Luft. Daher nimmt der Druckwert ab.

- Breitengrad : Der atmosphärische Druck ist in äquatorialen Breitengraden niedriger, da die Erde keine perfekte Kugel ist. Die Küste am Äquator ist weiter vom Erdmittelpunkt entfernt als die Pole, und dort ist auch die Luftdichte geringer.

- Kontinentalität : Je mehr es sich in Richtung des Inneren der Kontinente bewegt, desto höher ist der atmosphärische Druck, während an Küstenorten der Druck niedriger ist.

Variation des atmosphärischen Drucks mit der Höhe

Die altimetrische Gleichung, die den atmosphärischen Druck P eines Ortes mit seiner Höhe z über dem Meeresspiegel in Beziehung setzt, hat folgende Form:

Hier ist P _o der vorhandene Druck in der Anfangs- oder Referenzhöhe, der normalerweise auf Meereshöhe gemessen wird, ρ _oder die Luftdichte auf Meereshöhe und g der Wert der Erdbeschleunigung. Später im Abschnitt über gelöste Übungen wird Schritt für Schritt abgezogen.

Wie wird der atmosphärische Druck gemessen?

Der atmosphärische Druck wird mit dem Barometer gemessen. Das einfachste ist wie das von Torricelli, das auf Quecksilber basiert. Die Neigung des Rohrs oder der Durchmesser verändert die Höhe der Quecksilbersäule nicht, es sei denn, die klimatischen Faktoren sind dafür verantwortlich.

Beispielsweise bilden sich Wolken in Regionen mit niedrigem Druck. Wenn der Barometerwert sinkt, ist dies ein Zeichen dafür, dass schlechtes Wetter kommt.

Tatsächlich könnten anstelle von Quecksilber auch andere Flüssigkeiten verwendet werden, beispielsweise kann ein Wasserbarometer hergestellt werden. Das Problem ist, dass die Größe der Säule 10,33 m beträgt, was für den Transport sehr unpraktisch ist.

Es gibt auch Instrumente, die den Druck mechanisch messen - durch Verformungen in Rohren oder Spiralen -: Aneroidbarometer und Manometer. Sie können die Druckdifferenz zwischen zwei Punkten messen oder auch einen Druck messen, wobei der atmosphärische Druck als Referenz dient.

Druckeinheiten

Der normale Druckwert wird verwendet, um eine neue Druckeinheit zu definieren: die Atmosphäre, abgekürzt atm. Der atmosphärische Druck beträgt 1 atm; Auf diese Weise können andere Drücke als atmosphärischer Druck ausgedrückt werden, was für alle ein sehr vertrauter Wert ist:

Die folgende Tabelle zeigt die in Wissenschaft und Technik am häufigsten verwendeten Einheiten zur Druckmessung und das entsprechende Äquivalent in Pascal:

Einheit	Äquivalenz in Pascal
N / m 2	einer
Geldautomat	101,355
mm Hg	133.3
lb / in 2	6894,76
Pub	1x 10 5

Hydrostatischer, absoluter und Manometerdruck

Auf die freie Oberfläche einer Flüssigkeit im statischen Gleichgewicht und offen zur Atmosphäre wirkt atmosphärischer Druck. Aber an den inneren Punkten der Flüssigkeit wirkt natürlich das Gewicht der Flüssigkeitssäule.

Das Gewicht der Säule hängt von ihrer Höhe und der Dichte der Flüssigkeit ab, die wir ebenso wie die Temperatur als konstant annehmen. In diesem Fall ist der Druck P:

Dies ist der hydrostatische Druck an jedem Punkt innerhalb eines Fluids mit konstanter Dichte und ist direkt proportional zur Tiefe z des Fluids.

In Bezug auf den absoluten Druck P _abs in einem Fluid in Ruhe ist er definiert als die Summe des atmosphärischen Drucks P _atm und des hydrostatischen Drucks P:

Schließlich ist der Manometerdruck P _man in einer ruhenden Flüssigkeit die Differenz zwischen dem absoluten und dem atmosphärischen Druck und entspricht in diesem Fall der Messung des hydrostatischen Drucks:

Beispiele

Die Kraft, die die Atmosphäre auf den Körper ausübt

Die Größe der Gesamtkraft, die die Atmosphäre auf einen menschlichen Körper ausübt, kann geschätzt werden. Angenommen, der Körper hat ungefähr eine Oberfläche von 2 m ² , da der Druck als Kraft pro Flächeneinheit definiert ist, können wir die Kraft lösen und berechnen:

Für diese Berechnung verwenden wir den zu Beginn ermittelten Normalwert des atmosphärischen Drucks:

Dieses Ergebnis entspricht mehr oder weniger 20 Tonnen Kraft, stellt jedoch kein Problem für Lebewesen dar, die auf der Erdoberfläche leben und wie Fische im Meer daran angepasst sind.

Obwohl es eine ziemlich große Kraft ist. Wie kommt es, dass wir nicht davor zusammenbrechen?

Nun, der Druck im Körper entspricht dem Druck außerhalb. Wir kollabieren nicht, weil die innere Kraft durch eine andere äußere Kraft ausgeglichen wird. Einige Menschen sind jedoch von der Höhe betroffen und können beim Aufstieg auf sehr hohe Berge aus der Nase bluten. Dies liegt daran, dass das Gleichgewicht zwischen Blutdruck und Atmosphärendruck gestört ist.

Trinken Sie Getränke mit einem Strohhalm oder Strohhalm

Atmosphärischer Druck ermöglicht es, Soda mit einem Strohhalm oder Strohhalm zu trinken. Die Sumerer und andere alte Kulturen hatten entdeckt, dass sie Bier trinken konnten, indem sie hohle Pflanzenstiele oder Schilf als Strohhalme verwendeten.

Viel später, im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert, wurden in den Vereinigten Staaten verschiedene Modelle von Strohhalmen patentiert, darunter solche mit einem akkordeonförmigen Ellbogen, die heute weit verbreitet sind.

Abbildung 3. Bei atmosphärischem Druck können Sie mit einem Strohhalm nippen. Quelle: Pixabay.

So funktionieren sie: Wenn die Flüssigkeit durch den Strohhalm absorbiert wird, verringert sich der Druck über der Flüssigkeit im Strohhalm, wodurch der Druck unter dem Strohhalm, der höher ist, die Flüssigkeit zum leichteren Trinken nach oben drückt.

Aus diesem Grund ist es nach einer Extraktion oder Zahnoperation nicht ratsam, Flüssigkeiten auf diese Weise zu schlürfen, da der Druckabfall dazu führen kann, dass sich die Wunde öffnet und zu bluten beginnt.

Übungen

- Übung 1

Leiten Sie die altimetrische Gleichung P (z) her:

-Po ist der Druck auf dem Referenzniveau (Meeresspiegel)

-z ist die Höhe

-ρ _o ist die Dichte der Flüssigkeit auf Meereshöhe

-g ist der Wert der Erdbeschleunigung

Lösung

Zunächst sei dp ein Differenzdruck, der nach der Grundgleichung der Hydrostatik wie folgt ausgedrückt wird:

Das Minuszeichen berücksichtigt die Tatsache, dass der Druck mit zunehmendem z abnimmt. Luft wird auch als ideales Gas angenommen, daher hängen Druck und Dichte zusammen mit:

Die Dichte wird sofort ersetzt, um Folgendes zu erhalten:

Wenn Sie nun Druck auf diese Weise schreiben, wird davon ausgegangen, dass die Atmosphäre in Schichten der Höhe dz unterteilt ist, so etwas wie ein Stapel Pfannkuchen mit dem Druck dp. Auf diese Weise wird eine Differentialgleichung erhalten, die durch Trennen der Variablen p und z gelöst wird:

Es wird dann auf beiden Seiten integriert, was dem Hinzufügen der Druckbeiträge jeder Schicht entspricht. Im Integral links wird es von einem Druck P _{oder einem} Anfangs- zu einem Enddruck P gemacht. Auf die gleiche Weise wird das Integral rechts von z _o bis z ausgewertet :

Das Folgende ist für P mit dem Exponential zu lösen:

Wenn schließlich sowohl T als auch g konstant gehalten werden, ist ρ _o = (M / RT) P _o , dann ist M / RT = ρ _o / P _o, und wir können auch z _o = 0 machen.

- Übung 2

Welchen Wert hat der Luftdruck in La Paz, Bolivien, auf 3640 m über dem Meeresspiegel? Nehmen Sie die mittlere Luftdichte als 1.225 kg / m ³ auf Meereshöhe.

Lösung

Ersetzen Sie einfach die in der altimetrischen Gleichung angegebenen numerischen Werte:

Zusammenfassend ist es etwa 66% des Normaldrucks.

Verweise

1. Figueroa, D. (2005). Reihe: Physik für Wissenschaft und Technik. Band 5. Flüssigkeiten und Thermodynamik. Herausgegeben von Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, L. 2007. Physik: Ein Blick auf die Welt. 6. gekürzte Ausgabe. Lernen einbinden.
3. Die Standardatmosphäre. Wiederhergestellt von: av8n.com
4. Sevilla Universität. Variation des atmosphärischen Drucks. Wiederhergestellt von: laplace.us.es.
5. Wikipedia. Hypsometrische Gleichung. Wiederhergestellt von: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Luftdruck. Wiederhergestellt von: es.wikipedia.org.