فشار اتمسفر

فشار استاتیکی که توسط وزن جو وارد می شود

فشار اتمسفر ، همچنین به عنوان فشار هوا یا فشار هوا (بعد از فشارسنج ) شناخته می شود، فشار درون جو زمین است . اتمسفر استاندارد (نماد: atm) یک واحد فشار است که به عنوان 101,325  Pa (1,013.25  hPa ) تعریف شده است که معادل 1,013.25 میلی بار ، ^[1] 760 میلی‌متر جیوه ، 29.9212 اینچ جیوه ، یا 14.69 psi است . ^[2] واحد اتمسفر تقریباً معادل فشار اتمسفر متوسط ​​سطح دریا در زمین است. یعنی فشار جوی زمین در سطح دریا تقریباً 1 اتمسفر است.    

در بیشتر شرایط، فشار اتمسفر با فشار هیدرواستاتیک ناشی از وزن هوا در بالای نقطه اندازه گیری تقریب نزدیکی دارد . با افزایش ارتفاع ، جرم جوی پوشاننده کمتری وجود دارد، بنابراین با افزایش ارتفاع، فشار اتمسفر کاهش می‌یابد. از آنجایی که اتمسفر نسبت به شعاع زمین نازک است - به ویژه لایه متراکم جو در ارتفاعات پایین - شتاب گرانشی زمین به عنوان تابعی از ارتفاع می تواند ثابت باشد و سهم کمی در این سقوط دارد. فشار نیرو را در واحد سطح، با واحد SI پاسکال (1 پاسکال = 1 نیوتن بر متر مربع ، 1 N/m ² ) اندازه می‌گیرد. به طور متوسط، یک ستون هوا با سطح مقطع 1 سانتیمتر مربع (سانتی متر ^مربع ) که از میانگین (متوسط) سطح دریا تا بالای جو زمین اندازه گیری می شود، جرمی در حدود 1.03 کیلوگرم دارد و نیروی یا نیرو وارد می کند. "وزن" حدود 10.1 نیوتن ، که منجر به فشار 10.1 N/cm2 ^یا 101 kN / ^m2 (101 کیلو پاسکال، کیلو پاسکال) می شود. یک ستون هوا با سطح مقطع 1 در ² وزنی در حدود 14.7 پوند بر فوت خواهد داشت که در نتیجه فشاری برابر با 14.7 پوند بر در ² دارد .     

مکانیسم

فشار اتمسفر ناشی از جاذبه گرانشی سیاره بر روی گازهای اتمسفر بالای سطح است و تابعی از جرم سیاره، شعاع سطح و مقدار و ترکیب گازها و توزیع عمودی آنها در جو است. . ^{[3] [4]} توسط چرخش سیاره و اثرات محلی مانند سرعت باد، تغییرات چگالی به دلیل دما و تغییرات در ترکیب اصلاح می‌شود. ^[5]

فشار متوسط ​​سطح دریا

نقشه ای که فشار اتمسفر را بر حسب mbar یا hPa نشان می دهد

میانگین فشار 15 ساله سطح دریا برای ژوئن، جولای و آگوست (بالا) و دسامبر، ژانویه و فوریه (پایین). تجزیه و تحلیل مجدد ERA-15 .

ارتفاع سنج هواپیمای بارومتریک نوع کولسمن .

فشار متوسط ​​سطح دریا (MSLP) فشار اتمسفر در سطح متوسط ​​دریا است . این فشار اتمسفر است که معمولاً در گزارش های آب و هوا در رادیو، تلویزیون و روزنامه ها یا اینترنت داده می شود .

تنظیم ارتفاع سنج در هوانوردی یک تنظیم فشار اتمسفر است.

میانگین فشار سطح دریا 1013.25 hPa (29.921 اینچ جیوه؛ 760.00 میلی متر جیوه) است. در گزارش های هواشناسی هوانوردی ( METAR )، QNH در سراسر جهان به صورت هکتوپاسکال یا میلی بار (1 هکتوپاسکال = 1 میلی بار) منتقل می شود، به جز در ایالات متحده ، کانادا و ژاپن که در اینچ جیوه (تا دو رقم اعشار) گزارش شده است . . ایالات متحده و کانادا همچنین SLP فشار سطح دریا را که با روشی متفاوت با سطح دریا تنظیم می‌شود، در بخش ملاحظات، نه در بخش بین‌المللی کد، با هکتوپاسکال یا میلی‌بار گزارش می‌کنند. ^[6] با این حال، در گزارش های عمومی آب و هوای کانادا، فشار سطح دریا به کیلو پاسکال گزارش شده است. ^[7]

در اظهارات کد آب و هوای ایالات متحده، سه رقم تمام ارسال می شود. اعشار و یک یا دو رقم مهم حذف می شوند: 1013.2 hPa (14.695 psi) به صورت 132 منتقل می شود. 1000 hPa (100 kPa) به صورت 000 منتقل می شود. 998.7  hPa به عنوان 987 منتقل می شود. بالاترین فشار سطح دریا بر روی زمین در سیبری رخ می دهد ، جایی که سیبری مرتفع اغلب به فشار سطح دریا بالاتر از 1050 hPa (15.2 psi؛ 31 اینچ جیوه) می رسد، با بالاترین رکورد نزدیک به 1085 hPa (15.74 psi؛ 32.0 اینچ جیوه) . کمترین فشار قابل اندازه‌گیری سطح دریا در مراکز طوفان‌های گرمسیری و گردبادها با پایین‌ترین رکورد 870 hPa (12.6 psi؛ 26 اینچ جیوه) مشاهده می‌شود.

فشار سطحی

فشار سطحی فشار اتمسفر در مکانی روی سطح زمین ( زمین و اقیانوس ها ) است. با جرم هوای بالای آن مکان نسبت مستقیم دارد .

به دلایل عددی، مدل‌های جوی مانند مدل‌های گردش عمومی (GCM) معمولاً لگاریتم غیربعدی فشار سطح را پیش‌بینی می‌کنند .

میانگین فشار سطحی روی زمین 985 hPa است. ^[8] این برخلاف فشار متوسط ​​سطح دریا است که شامل برون یابی فشار به سطح دریا برای مکان‌های بالاتر یا پایین‌تر از سطح دریا است. فشار متوسط ​​در سطح متوسط ​​دریا ( MSL ) در جو استاندارد بین المللی ( ISA ) 1013.25 hPa یا 1 اتمسفر (atm) یا 29.92 اینچ جیوه است.

فشار (P)، جرم (m) و شتاب ناشی از گرانش (g) با P = F/A = (m*g)/A مرتبط هستند، جایی که A مساحت سطح است. بنابراین فشار اتمسفر متناسب با وزن در واحد سطح جرم اتمسفر بالای آن مکان است.

تنوع ارتفاع

طوفان بسیار محلی در بالای Snæfellsjökull ( ایسلند ) که ابرهایی را نشان می دهد که بر روی کوه توسط بالابر کوه نگاری تشکیل شده اند.

تغییر در فشار اتمسفر با ارتفاع، برای 15 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی 0 درصد محاسبه شده است.

این بطری پلاستیکی در ارتفاع تقریبی 4300 متر (14000 فوت) مهر و موم شده بود و با افزایش فشار اتمسفر که در ارتفاع 2700 متری (9000 فوت) و 300 متری (1000 فوت) ثبت شد، خرد شد و به سمت سطح دریا پایین آمد.

فشار روی زمین با ارتفاع از سطح متفاوت است، بنابراین فشار هوا در کوه ها معمولا کمتر از فشار هوا در سطح دریا است. فشار از سطح زمین تا بالای مزوسفر به آرامی تغییر می کند . اگرچه فشار با آب و هوا تغییر می کند، ناسا شرایط را برای تمام نقاط زمین در طول سال به طور میانگین محاسبه کرده است. با افزایش ارتفاع، فشار اتمسفر کاهش می یابد. می توان فشار اتمسفر را در یک ارتفاع معین محاسبه کرد. ^[9] دما و رطوبت نیز بر فشار اتمسفر تأثیر می گذارد. فشار متناسب با دما و رابطه معکوس با رطوبت است و هر دوی اینها برای محاسبه یک رقم دقیق ضروری هستند. نمودار برای دمای 15 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی 0٪ توسعه یافته است.در سمت راستبالا

در ارتفاعات پایین از سطح دریا، فشار به ازای هر 100 متر حدود 1.2 کیلو پاسکال (12 hPa) کاهش می یابد. برای ارتفاعات بالاتر در تروپوسفر ، معادله زیر ( فرمول فشار سنجی ) فشار اتمسفر p را به ارتفاع h مرتبط می کند : ${\displaystyle {\begin{aligned}p&=p_{0}\cdot \left(1-{\frac {L\cdot h}{T_{0}}}\right)^{\frac {g\cdot M}{R_{0}\cdot L}}\\&=p_{0}\cdot \left(1-{\frac {g\cdot h}{c_{\text{p}}\cdot T_{0}}}\right)^{\frac {c_{\text{p}}\cdot M}{R_{0}}}\approx p_{0}\cdot \exp \left(-{\frac {g\cdot h\cdot M}{T_{0}\cdot R_{0}}}\right)\end{aligned}}}$

مقادیر در این معادلات عبارتند از:

تنوع محلی

طوفان ویلما در 19 اکتبر 2005. فشار در چشم طوفان 882 hPa (12.79 psi) در زمان ثبت تصویر بود.

فشار اتمسفر به طور گسترده ای در زمین متفاوت است و این تغییرات در مطالعه آب و هوا و آب و هوا مهم هستند . فشار اتمسفر یک چرخه روزانه یا نیمه روزانه (دو بار در روز) را نشان می دهد که توسط جزر و مد جهانی جو ایجاد می شود . این تأثیر در مناطق گرمسیری، با دامنه چند هکتوپاسکال، و در مناطق قطبی تقریباً صفر است. این تغییرات دارای دو چرخه روی هم قرار دارند، یک چرخه شبانه روزی (24 ساعت) و یک چرخه نیمه شبانه روزی (12 ساعت).

سوابق

بالاترین فشار بارومتریک تنظیم شده نسبت به سطح دریا که تاکنون روی زمین ثبت شده است (بالای 750 متر) 1084.8 hPa (32.03 اینچ جیوه) بود که در 19 دسامبر 2001 در Tosontsengel، مغولستان اندازه گیری شد. ^[10] بالاترین فشار بارومتری تنظیم شده به سطح دریا تا کنون ثبت شده (زیر 750 متر) در آگاتا در منطقه خودمختار Evenk ، روسیه (66 درجه و 53 دقیقه  شمالی، 93 درجه و 28 دقیقه  شرقی، ارتفاع: 261 متر، 856 فوت) در 31 دسامبر 1968 از 1083.8 hPa (32.005 اینچ جیوه) ثبت شد. ^[11] این تبعیض به دلیل مفروضات مشکل ساز (با فرض نرخ افت استاندارد) مرتبط با کاهش سطح دریا از ارتفاعات بالا است. ^[10]

دریای مرده ، پایین‌ترین مکان روی زمین با 430 متر (1410 فوت) زیر سطح دریا، دارای فشار اتمسفر معمولی 1065  هکتوپاسکال است. ^[12] رکورد فشار سطح زیر سطح دریا 1081.8 hPa (31.95 اینچ جیوه) در 21 فوریه 1961 ثبت شد. ^[13]

کمترین فشار اتمسفر غیر گردبادی که تاکنون اندازه‌گیری شده است، 870 hPa (0.858 اتمسفر؛ 25.69 اینچ جیوه) بود که در 12 اکتبر 1979 در جریان طوفان نوک در غرب اقیانوس آرام ثبت شد. این اندازه گیری بر اساس یک مشاهده ابزاری انجام شده از یک هواپیمای شناسایی بود. ^[14]

اندازه گیری بر اساس عمق آب

یک اتمسفر (101.325 کیلو پاسکال یا 14.7 psi) نیز فشار ناشی از وزن ستون آب شیرین تقریباً 10.3 متر (33.8 فوت) است. بنابراین، یک غواص 10.3 متری زیر آب فشاری حدود 2 اتمسفر (1 اتمسفر هوا به اضافه 1 اتمسفر آب) را تجربه می کند. برعکس، 10.3 متر حداکثر ارتفاعی است که می توان آب را با استفاده از مکش در شرایط جوی استاندارد بالا برد.

فشارهای پایین، مانند خطوط گاز طبیعی ، گاهی اوقات بر حسب اینچ آب مشخص می شوند که معمولاً به عنوان گیج wc (ستون آب) یا گیج wg (اینچ آب) نوشته می شود. یک دستگاه معمولی مسکونی گازسوز در ایالات متحده برای حداکثر 1/2  psi (3.4 کیلو پاسکال؛ 34 میلی‌بار) رتبه‌بندی می‌شود که تقریباً 14 Wg واحدهای متریک مشابه با طیف گسترده‌ای از نام‌ها و نمادها بر اساس میلی‌متر ، سانتی‌متر یا متر در حال حاضر کمتر استفاده می شود.

نقطه جوش مایعات

آب جوش

آب خالص در 100 درجه سانتیگراد (212 درجه فارنهایت) در فشار اتمسفر استاندارد زمین می جوشد . نقطه جوش دمایی است که در آن فشار بخار با فشار اتمسفر اطراف مایع برابر است. ^[15] به همین دلیل، نقطه جوش مایعات در فشار کمتر کمتر و در فشار بالاتر بیشتر است. بنابراین پخت و پز در ارتفاعات بالا مستلزم تنظیم دستور پخت ^[16] یا پخت تحت فشار است . یک تقریب تقریبی از ارتفاع را می توان با اندازه گیری دمایی که آب در آن می جوشد به دست آورد. در اواسط قرن 19، این روش توسط کاشفان مورد استفاده قرار گرفت. ^[17] برعکس، اگر کسی بخواهد مایعی را در دمای پایین‌تری تبخیر کند، مثلاً در تقطیر ، فشار اتمسفر ممکن است با استفاده از یک پمپ خلاء کاهش یابد ، مانند اواپراتور چرخشی .

اندازه گیری و نقشه ها

یک کاربرد مهم دانش مبنی بر اینکه فشار اتمسفر مستقیماً با ارتفاع تغییر می کند در تعیین ارتفاع تپه ها و کوه ها به لطف دستگاه های اندازه گیری فشار قابل اعتماد بود. در سال 1774، ماسکلین نظریه گرانش نیوتن را در کوه شیهالیون در اسکاتلند و روی آن تأیید می کرد و او نیاز داشت ارتفاعات طرفین کوه را به دقت اندازه گیری کند. ویلیام روی ، با استفاده از فشار هوا، توانست تعیین ارتفاع ماسکلین را تایید کند، توافق در یک متر (3.28 فوت) بود. این روش برای کارهای نقشه برداری و نقشه برداری مفید بوده و همچنان ادامه دارد. ^[18]

همچنین ببینید

• چگالی اتمسفر  - جرم در واحد حجم جو زمین
• جو زمین
• فرمول بارومتریک  - فرمولی که برای مدل‌سازی چگونگی تغییر فشار هوا با ارتفاع استفاده می‌شود
• باروتروما  - آسیب ناشی از فشار مایع خارجی - آسیب فیزیکی به بافت های بدن ناشی از اختلاف فشار بین فضای هوای داخل یا کنار بدن و گاز یا مایع اطراف.
• فشار کابین  - فرآیند حفظ فشار هوای داخلی در هواپیما یا فضاپیما
• کاویتاسیون  - حفره های کم فشار که در مایعات ایجاد می شوند
• قوطی در حال فروپاشی - یک قوطی آلومینیومی در اثر فشار اتمسفر اطراف آن خرد می شود
• اثرات ارتفاع زیاد بر انسان  - اثرات محیطی بر فیزیولوژی و سلامت روان
• منطقه پرفشار  - منطقه با فشار اتمسفر بالاتر
• جو استاندارد بین المللی  - مدل جوی، جدولی از تغییرات معمولی متغیرهای ترمودینامیکی اصلی جو (فشار، چگالی، دما، و غیره) با ارتفاع، در عرض های جغرافیایی متوسط.
• منطقه کم فشار  - ناحیه ای با فشار هوا کمتر از مناطق مجاور
• هواشناسی  - مطالعه علمی میان رشته ای جو با تمرکز بر پیش بینی آب و هوا
• NRLMSISE-00 ، یک مدل جوی مرجع تجربی و جهانی از زمین از زمین تا فضا
• محفظه پلنوم  - محفظه ای حاوی مایع تحت فشار
• فشار  - نیروی توزیع شده در یک منطقه
• اندازه گیری فشار
• اتمسفر استاندارد (واحد)  - واحد فشار به عنوان 101325 Pa تعریف شده است
• عرض های جغرافیایی اسب  - عرض های جغرافیایی 30-35 درجه شمال و جنوب استوا

مراجع

1. «بیانیه (2001)». BIPM . بازیابی 2022-03-19 .
2. سازمان بین المللی هواپیمایی کشوری. Manual of the Standard Atmosphere ICAO , Doc 7488-CD, Third Edition, 1993. ISBN 92-9194-004-6 . 
3. «فشار اتمسفر (مدخل دایره المعارف)». نشنال جئوگرافیک . بایگانی شده از نسخه اصلی در 28 فوریه 2018 . بازبینی شده در 28 فوریه 2018 .
4. "پرسش و پاسخ: فشار - گرانش مهم است؟". گروه فیزیک . دانشگاه ایلینویز Urbana-Champaign. بایگانی شده از نسخه اصلی در 28 فوریه 2018 . بازبینی شده در 28 فوریه 2018 .
5. جیکوب، دانیل جی (۱۹۹۹). مقدمه ای بر شیمی اتمسفر. انتشارات دانشگاه پرینستون شابک 9780691001852. بایگانی شده از نسخه اصلی در 2021-10-01 . بازیابی شده 2020-10-15 .
6. نمونه METAR از CYVR بایگانی شده در 25-05-2019 در Wayback Machine Nav Canada
7. Montreal Current Weather، CBC Montreal، Canada، بایگانی شده از نسخه اصلی در 30-03-2014 ، بازیابی شده در 30-03-2014
8. Jacob, Daniel J. Introduction to Atmospheric Chemistry بایگانی شده 25/07/2020 در Wayback Machine . انتشارات دانشگاه پرینستون، 1999.
9. یک مشتق سریع مربوط به ارتفاع به فشار هوا ذخیره شده در 2011-09-28 در Wayback Machine توسط انجمن هوافضای ایالت پورتلند، 2004، دسترسی به 05032011
10. World: بالاترین فشار هوای سطح دریا بالاتر از 750 متر، بایگانی جهانی آب و هوا و اقلیم سازمان جهانی هواشناسی، 2001-12-19، بایگانی شده از نسخه اصلی در 2012-10-17 ، بازیابی شده در 2013-04-15
11. جهان: بالاترین فشار هوای سطح دریا زیر 750 متر، بایگانی جهانی آب و هوا و اقلیم سازمان جهانی هواشناسی، 31-12-1968، بایگانی شده از نسخه اصلی در 14-05-2013 ، بازیابی شده در 15-04-2013
12. کرامر، MR؛ اسپرینگر سی; Berkman N; گلیزر ام; Bublil M; بار یشای ای; گادفری اس (مارس 1998). "توانبخشی بیماران هیپوکسمی مبتلا به COPD در ارتفاع کم در دریای مرده، پایین ترین مکان روی زمین" (PDF) . سینه . 113 (3): 571-575. doi :10.1378/chest.113.3.571. PMID  9515826. بایگانی شده از نسخه اصلی (PDF) در 29-10-2013.
13. کورت، آرنولد (1969). "فشار غیرممکن: 1070 مگابایت". بولتن انجمن هواشناسی آمریکا . 50 (4): 248-50. JSTOR  26252600.
14. کریس لندسی (2010-04-21). "موضوع: E1)، شدیدترین طوفان استوایی ثبت شده کدام است؟ آزمایشگاه اقیانوس شناسی و هواشناسی اقیانوس اطلس . بایگانی شده از نسخه اصلی در 6 دسامبر 2010 . بازیابی شده در 2010-11-23 .
15. فشار بخار، Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu، بایگانی شده از نسخه اصلی در 14-09-2017 ، بازیابی شده در 17-10-2012
16. آشپزی در ارتفاع بالا، Crisco.com، 30-09-2010، بایگانی شده از نسخه اصلی در 07-09-2012 ، بازیابی شده در 17-10-2012
17. بربران- سانتوس، MN; بودونوف، EN; Pogliani, L. (1997). "بر روی فرمول فشارسنجی". مجله فیزیک آمریکا . 65 (5): 404-412. Bibcode :1997AmJPh..65..404B. doi :10.1119/1.18555.
18. هویت، ریچل، نقشه یک ملت – بیوگرافی بررسی مهمات ISBN 1-84708-098-7 

لینک های خارجی

• نقشه فعلی فشار متوسط ​​جهانی سطح دریا
• اتمسفر استاندارد 1976 از ناسا
• کد منبع و معادلات اتمسفر استاندارد 1976
• یک مدل ریاضی از جو استاندارد ایالات متحده در سال 1976
• ماشین حساب با استفاده از چندین واحد و ویژگی برای جو استاندارد 1976
• ماشین حسابی که فشار هوای استاندارد را در ارتفاع مشخص یا ارتفاعی که در آن فشار استاندارد است، می دهد
• محاسبه فشار از ارتفاع و بالعکس

آزمایشات

• فیلم‌هایی درباره آزمایش‌های فشار اتمسفر از وب‌سایت HyperPhysics دانشگاه ایالتی جورجیا - به QuickTime نیاز دارد
• آزمایش نشان می دهد که یک قوطی پس از جوشاندن آب در داخل آن له شده و سپس آن را در یک وان آب سرد یخ منتقل می کند.