Атмосферное давление газа: Давление газов

Содержание

Давление атмосферное, гидростатическое. Закон Паскаля, сила. Сообщающиеся сосуды, применение

Физика->Молекулярная физика->давление->

Тестирование онлайн

Давление. Основные понятия
Механика жидкостей

Давление

Это физическая скалярная величина, которая определяется по формуле

Атмосферное давление

Атмосфера — это воздушная оболочка Земли, которая удерживается гравитационными силами. Атмосфера имеет вес и давит на все тела на Земле. Давление атмосферы составляет около 760 мм.рт.ст. или 1 атм., или 101325Па. Миллиметр ртутного столба, атмосфера — это различные внесистемные единицы измерения давления. Атмосферное давление уменьшается на 1 мм.рт.ст. при поднятии над Землей на каждые 11м.

Что такое давление в 1 атм? Рукопожатие крепкого мужчины составляет 0,1 атм, удар боксера составляет несколько атмосферных единиц. Давление каблука-шпильки составляет 100 атмосфер. Если на ладонь положить гирю в 100 кг, то получим неравномерное давление в одну атмосферу, при погружении на 10 м под воду получим равномерное давление в 1 атмосферу. Равномерное давление легко переносится человеческим организмом. Нормальное атмосферное давление, которое действует на каждого человека, компенсируется внутренним давлением, поэтому его мы совершенно не замечаем, несмотря на то, что оно является достаточно существенным.

Закон Паскаля

Давление на жидкость или газ передается во всех направлениях одинаково.

Давление внутри жидкости (газа) на одной и той же глубине одинаково во всех направлениях (влево вправо, вниз и вверх!)

Гидростатическое давление

Это давления столбика жидкости на дно сосуда. Какая сила создает давление? Жидкость обладает весом, который давит на дно.

Давление жидкости на дно

Давление на дно сосуда не зависит от формы сосуда, но зависит от площади его дна. При этом сила давления на дно может быть и больше и меньше силы тяжести жидкости в сосуде. В этом заключается «гидростатический парадокс».

На стенку сосуда гидростатическое давление распределено неравномерно: у поверхности жидкости оно равно нулю (без учета атмосферного давления), внутри жидкости изменяется прямо пропорционально глубине и на уровне дна достигает значения . Это переменное давление можно заменить средним давлением

Сообщающиеся сосуды

Это сосуды, которые имеют общий канал внизу.

Однородная жидкость устанавливается в сообщающихся сосудах на одном уровне независимо от формы сосудов, как видно на фотографии.

Разнородные жидкости устанавливаются в сообщающихся сосудах согласно формуле

Гидравлический пресс

Гидравлический пресс состоит из двух сообщающихся сосудов цилиндрической формы. В сосудах двигаются поршни с площадями S₁ и S₂. Цилиндры заполнены техническим маслом.

Объем жидкости, вытесненный малым поршнем поступает в большой цилиндр.

Гидравлический пресс дает выигрыш в силе во столько раз, во сколько площадь большего поршня больше площади меньшего. Выигрыша в работе гидравлический пресс не дает.

На практике вследствие наличия трения:

Давление газа — презентация онлайн

Похожие презентации:

Влияния состава и размера зерна аустенита на температуру фазового превращения и физико-механические свойства сплавов

Газовая хроматография

Геофизические исследования скважин

Искусственные алмазы

Трансформаторы тока и напряжения

Транзисторы

Воздушные и кабельные линии электропередач

Создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса

Магнитные аномалии

Нанотехнологии

1.

Давление газаКакие три состояния вещества вы
знаете? К какому из них относится
воздух? Опишите это состояние
Вспомните, что отличает газ, от других
состояний? Как ведут себя молекулы
газа?
Чем отличается жидкое и твердое
состояния вещества от газообразного?
Два одинаковых шарика при
комнатной температуре
1
а)
б)
Почему шарики на фото (б)
разного размера
Эти же шарики: один в
комнате, другой за окном
2
Объясните, что происходит
на рисунке
3
а)
б)
Почему давление в шарике
на фото (б) больше?
Мяч при комнатной
температуре
4
Объясните появление
вмятины на мяче
Мяч на снегу в морозный день
Расстояния между молeкулами газа
значительно больше. Двигаясь хаотично,
молекулы сталкиваются между собой и
ударяют о стенки, занимаемого им сосуда.
Давление газа на стенки сосуда и вызывается
этими ударами молекул газа.
Давление газа тем больше, чем чаще и
сильнее молекулы ударяют о стенки
сосуда.

Газ давит на дно и стенки, занимаемого
им сосуда, по всем направлениям
одинаково.
Свойства газа
1.При уменьшении объёма газа его
давление увеличивается, а при
увеличении объёма — давление
уменьшается (при условии, что масса и
температура газа остаются
неизменными).
2. Давление газа в закрытом сосуде тем
больше, чем выше температура газа (при
условии, что масса газа и объём не
изменяются).
3. При увеличении массы газа давление
увеличивается и наоборот.
Массы водорода, находящегося в разных
закрытых сосудах при одинаковой
температуре, одинаковы.
Укажи, в каком из сосудов давление
водорода наименьшее.
Массы гелия, находящегося в двух
одинаковых закрытых сосудах,
одинаковы. Первый сосуд находится в
тёплом помещении, а второй — в
холодном. Укажи, в каком из
сосудов (первом или втором) давление
гелия меньше.
В ёмкостях, изображённых на рисунке,
кран 1 открыт.
Найди, чему равно давление газа в
правой ёмкости, если давление в левой
ёмкости равно 0,016 Па.

Два сосуда одинакового объёма
соединены трубкой с краном. Сначала
кран закрыт. В первом сосуде находится
газ под давлением 0,066 Па, а во втором
молекулы газа отсутствуют, сосуд пустой.
Вычисли, чему равно давление газа в
сосудах, если открыть кран между
сосудами.
Атмосферное давление и его
измерение. Опыт Торричелли
Атмосферу Земли удерживают
гравитационные силы Земли. Атмосфера
Земли простирается на высоту нескольких
тысяч километров и своим весом давит на
земную поверхность и на все тела на ней
(масса 1 литра воздуха приблизительно
равна 1,29 грамма). Почему это не
ощущается?
Закон Паскаля: давление,
производимое на жидкость или газ,
передаётся без изменения в каждую
точку жидкости или газа.

16. Например, нормальное атмосферное давление на 1 квадратный метр стола равносильно 10-тонной массе, положенной на стол. Со столом

Например, нормальное атмосферное давление
на 1 квадратный метр стола равносильно 10тонной массе, положенной на стол.

Со столом
ничего не происходит, потому что атмосферное
давление воздействует и на нижнюю
поверхность стола. Давления компенсируют
друг друга.
Атмосферное давление измеряется в
миллиметрах ртутного столба (мм рт.
ст.).
Нормальным атмосферным давлением
считают давление, равное 760 мм рт. ст.
760 мм рт. ст. =1013,25 гПа.
В технике используют и другие единицы,
например, атмосферу (атм). 1 атм =760 мм
рт. ст.
Давление в автомобильных шинах
приблизительно равно 2 атм, а давление в
бутылке шампанского равно почти 6
атмосферам.
Для измерения атмосферного давления
используют барометранероид. Давление газов в закрытых
сосудах измеряют манометрами.
Опыт Торричелли
Атмосферное давление равно давлению столба ртути
в трубке.
pатм=pртути=ρgh=13600⋅9.8⋅0.76=101293(Па)

English Русский Правила

9.1: Газы и атмосферное давление

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Идентификатор страницы: 79584

Пол Р. Янг
Университет Иллинойса в Чикаго via ChemistryOnline.com

В главе 2 мы узнали о трех основных состояниях материи; твердые тела, жидкости и газы. Мы объяснили свойства состояний материи с помощью кинетической молекулярной теории (КМТ). Вещества в газообразном состоянии, согласно КМТ , обладают достаточной кинетической энергией, чтобы разрушить все силы притяжения между отдельными частицами газа и поэтому могут свободно разделяться и быстро перемещаться по всему объему своего сосуда. Поскольку между частицами в газе так много пространства, газ имеет хорошо сжимается. Высокая сжимаемость и способность газов принимать форму и объем контейнера — два важных физических свойства газов.

Газ, с которым мы все больше всего знакомы, представляет собой смесь элементов и соединений, которую мы называем «атмосферой». Воздух, которым мы дышим, в основном состоит из азота и кислорода, с гораздо меньшим количеством водяного пара, углекислого газа, инертных газов и органического соединения метана (таблица 9. 1).

Таблица 9.1. Примерный состав атмосферы

Таблица 9.1 Примерный состав атмосферы
Газ	Концентрация, частей на миллиард	Процент
Н ₂	7,8 × 10 ⁸	78%
О ₂	2,0 × 10 ⁸	20%
Н ₂ О	Около 10 ⁶ – 10 ⁷	< 1%
Ар	9,3 × 10 ⁶	< 1%
СО ₂	3,5 × 10 ⁵	< 0,05%
Не	1,8 × 10 ⁴	след
Он	5,2 × 10 ³	след
CH ₄	1,6 × 10 ³	след

Газ, заключенный в сосуд, оказывает давление на внутренние стенки этого контейнера. Это давление является результатом бесчисленных столкновений частиц газа со стенками контейнера. При каждом столкновении передается небольшое количество энергии, создавая чистое давление. Хотя обычно мы этого не осознаем, газы в атмосфере оказывают огромное давление на всех нас. На уровне моря атмосферное давление равно 14,7 фунтов на квадратный дюйм. Если представить это в перспективе, то для человека среднего роста и телосложения общее давление атмосферы, давящей на его тело, составляет около 45 000 фунтов! Почему мы не раздавлены? Напоминаем, у нас тоже есть air

внутри наших тел, и давление изнутри уравновешивает давление снаружи, сохраняя нас красивыми и крепкими, а не мягкими!

Надлежащей единицей СИ для давления является Паскаль (Па), где 1 Па = 1 кг·м ^-1 с ^-2 . В химии, однако, чаще давление измеряют в атмосфере (атм), где 1 атм — это атмосферное давление на уровне моря, или 1 атм = 14,7 фунта на квадратный дюйм (1 атм = 101 325 Па). Атмосферное давление обычно измеряется с помощью устройства, называемого 9. 0032 барометр . Простой ртутный барометр (также называемый барометром Торричелли

, в честь его изобретателя) состоит из стеклянной колонны высотой около 30 дюймов, закрытой с одного конца и заполненной ртутью. Колонку переворачивают и помещают в открытый резервуар, заполненный ртутью. Вес ртути в трубке заставляет столбик опускаться до такой степени, что масса ртутного столбика соответствует атмосферному давлению, оказываемому на ртуть в резервуаре. Атмосферное давление тогда читается как высота ртутного столба. Опять же, работая на уровне моря, 1 атмосфера — это , ровно , равная высоте столба 760 мм ртутного столба. Единицы для преобразования: 1 атм = 760 мм рт. ст., и это точное отношение по отношению к значащим цифрам. Вместо мм рт. ст. иногда используется единица торр (по Торричелли).

Эта страница под названием 9.1: Газы и атмосферное давление распространяется под лицензией CC BY-SA 4.0 и была создана, изменена и/или курирована Полом Р.

Янгом (ChemistryOnline.com) через исходный контент, отредактированный в соответствии со стилем и стандарты платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

Наверх

Была ли эта статья полезной?

Тип изделия
Раздел или Страница
Автор
Пол Р. Янг
Лицензия
CC BY-SA
Версия лицензии
4,0

Показать страницу TOC
№ на стр.
Теги
1. source@https://en. wikibooks.org/wiki/Introductory_Chemistry_Online

5.7 Газы и давление – Химия LibreTexts

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Идентификатор страницы: 218386

Развитие навыков

Определение свойства давления
Определение и преобразование единиц измерения давления

Описать работу обычных приборов для измерения давления газа
Расчет давления по данным манометра

Атмосфера Земли оказывает давление, как и любой другой газ. Хотя обычно мы не замечаем атмосферного давления, мы чувствительны к изменениям давления — например, когда ваши уши «хлопают» во время взлета и посадки во время полета или когда вы ныряете под воду. Давление газа создается силой, с которой молекулы газа сталкиваются с поверхностями объектов (рис. \(\PageIndex{1}\)). Хотя сила каждого столкновения очень мала, любая поверхность значительной площади испытывает большое количество столкновений за короткое время, что может привести к высокому давлению. Фактически, нормальное давление воздуха достаточно велико, чтобы раздавить металлический контейнер, если его не уравновешивает равное давление внутри контейнера.

Рисунок \(\PageIndex{1}\) : Атмосфера над нами оказывает большое давление на объекты на поверхности земли, примерно равное весу шара для боулинга, дающего площадь размером с человека миниатюра.

Атмосферное давление обусловлено весом столба молекул воздуха в атмосфере над объектом, например, автоцистерной. На уровне моря это давление примерно такое же, как у взрослого африканского слона, стоящего на коврике у двери, или у типичного шара для боулинга на ногте большого пальца. Это может показаться огромным количеством, и это так, но жизнь на Земле развивалась под таким атмосферным давлением. Если вы на самом деле посадите шар для боулинга на ноготь большого пальца, испытанное давление будет в два раза больше обычного, и ощущение будет неприятным.

Яркая иллюстрация атмосферного давления представлена в этом коротком видеоролике, в котором показано, как железнодорожная цистерна взрывается при снижении внутреннего давления.

Давление определяется как сила, действующая на заданную площадь:

\[P=\dfrac{F}{A} \label{9.2.1}\]

Поскольку давление прямо пропорционально силе и обратно пропорционально площади (уравнение \ref{9.2.1}), давление можно увеличить либо путем увеличения либо количество силы или уменьшение площади, на которую она воздействует. Соответственно, давление может быть уменьшено либо уменьшением силы, либо увеличением площади.

Давайте применим определение давления (уравнение \ref{9.2.1}), чтобы определить, кто с большей вероятностью провалится под тонкий лед на рисунке \(\PageIndex{2}\) — слон или фигурист?

Рисунок \(\PageIndex{2}\) : Хотя (а) вес слона велик, создавая очень большую силу на землю, (б) фигуристка оказывает гораздо большее давление на лед из-за малой площади поверхности ее коньков. (кредит а: модификация работы Гвидо да Роззе; кредит б: модификация работы Рёске Яги).

Большой африканский слон может весить 7 тонн, опираясь на четыре ноги, каждая из которых имеет диаметр около 1,5 фута (площадь следа 250 в ² ), поэтому давление, оказываемое каждой ногой, составляет около 14 фунтов/дюйм 92} \метка{9.2.3}\]

Несмотря на то, что слон более чем в сто раз тяжелее конькобежца, он оказывает меньше половины давления и, следовательно, с меньшей вероятностью упадет на тонкий лед. С другой стороны, если фигуристка снимает коньки и стоит босиком (или в обычной обуви) на льду, большая площадь, на которую приходится ее вес, значительно снижает оказываемое давление:

\[\mathrm{давление\: на\: человека\: фут=120\dfrac{lb}{фигурист}×\dfrac{1\: фигурист}{2\: футы}×\dfrac{1\: фут} {30\:дюйм^2}=2\:фунт/дюйм^2} \метка{9. 2.4}\]

Единицей давления в СИ является паскаль (Па), где 1 Па = 1 Н/м ² , где Н — ньютон, единица силы определяется как 1 кг м/с ² . Один паскаль — это небольшое давление; во многих случаях удобнее использовать единицы измерения килопаскаль (1 кПа = 1000 Па) или бар (1 бар = 100 000 Па). В Соединенных Штатах давление часто измеряется в фунтах силы на площади в один квадратный дюйм — фунтах на квадратный дюйм (psi) — например, в автомобильных шинах. Давление также можно измерить с помощью единицы атмосферы (атм), которая первоначально представляла собой среднее атмосферное давление на уровне моря примерно на широте Парижа (45 °). В таблице \(\PageIndex{1}\) представлена некоторая информация об этих и некоторых других распространенных единицах измерения давления

” The first unit name and abbreviation is pascal, and it is abbreviated as P a. The definition or relation to other unit is 1 P a equals N over m squared and recommended I U P A C unit. The next unit name is kilopascal, and it is abbreviated as k P a. The definition or relation to other unit is 1 k P a equals 1000 P a. The next unit name is pounds per square inch, and it is abbreviated as p s i. The definition or relation to other unit is air pressure at sea level is approximately 14.7 p s i. The next unit name is atmosphere, and is is abbreviated as a t m. The definition or relation to other unit is 1 a t m equals 101,325 P a and air pressure at sea level is approximately one a t m. The next unit name is bar, and it is abbreviated as bar or b. The definition or relation to other unit is 1 bar equals 100,000 P a exactly and commonly used in meteorology. The next unit name is millibar, and it is abbreviated as m b a r or m b. The definition or relation to other unit is 1000 m b a r equals one bar.

The next unit name is inches of mercury, and it is abbreviated as i n period, H g. The definition or relation to other unit is one i n period H g equals 3386 P a and is used by the aviation industry and also some weather reports. The next unit is torr. The definition or relation to other unit is 1 torr equals 1 over 760 a t m and named after Evangelista Torricelli, inventor of the barometer. The last unit name is millimeters of mercury, and it is abbreviated as m m H g. The definition or relation to other unit is 1 m m H g is approximately 1 torr.»>

**Таблица \(\PageIndex{1}\):** Единицы давления
Наименование и сокращение блока	Определение или отношение к другой единице	Комментарий
паскаль (Па)	1 Па = 1 Н/м ²	рекомендованный блок ИЮПАК
килопаскаль (кПа)	1 кПа = 1000 Па
фунтов на квадратный дюйм (psi)	давление воздуха на уровне моря составляет ~14,7 фунтов на квадратный дюйм
атмосфера (атм)	1 атм = 101 325 Па	атмосферное давление на уровне моря ~1 атм
бар (бар или б)	1 бар = 100 000 Па (точно)	обычно используется в метеорологии
миллибар (мбар или мб)	1000 мбар = 1 бар
дюймов ртутного столба (дюймов ртутного столба)	1 дюйм ртутного столба = 3386 Па	используется авиационной промышленностью, а также некоторые сводки погоды
торр	\(\mathrm{1\: торр=\dfrac{1}{760}\:атм}\)	назван в честь Евангелиста Торричелли, изобретателя барометра
миллиметров ртутного столба (мм рт. ст.)	1 мм рт.ст. ~1 торр

Пример \(\PageIndex{1}\): преобразование единиц давления

Национальная служба погоды США сообщает о давлении как в дюймах ртутного столба, так и в миллибарах. Преобразовать давление 29,2 дюйма ртутного столба в:

торр
атм
кПа
мбар

Решение

Проблема с преобразованием единиц измерения. Соотношения между различными единицами измерения давления приведены в таблице 9.2.1.

\(\mathrm{29,2\отменить{дюйм\: Hg}×\dfrac{25,4\отменить{мм}}{1\отменить{дюйм}} ×\dfrac{1\: торр}{1\отменить{мм \: рт.ст.}} =742\: торр}\)
\(\mathrm{742\cancel{torr}×\dfrac{1\: atm}{760\cancel{torr}}=0,976\: atm}\)
\(\mathrm{742\cancel{торр}×\dfrac{101,325\: кПа}{760\cancel{торр}}=98,9\: кПа}\)
\(\mathrm{98. 9\cancel{кПа}×\dfrac{1000\cancel{Па}}{1\cancel{кПа}} \times \dfrac{1\cancel{бар}}{100 000\cancel{Па}} \times\dfrac{ 1000\: мбар}{1\отмена{бар}}=989\: мбар}\)

Упражнение \(\PageIndex{1}\)

Типичное атмосферное давление в Канзас-Сити составляет 740 торр. Чему равно это давление в атмосферах, миллиметрах ртутного столба, килопаскалях и барах?

Ответить: 0,974 атм; 740 мм рт.ст.; 98,7 кПа; 0,987 бар

Мы можем измерить атмосферное давление, силу воздействия атмосферы на земную поверхность, с помощью барометра (рис. \(\PageIndex{3}\)). Барометр представляет собой стеклянную трубку, которая закрыта с одного конца и заполнена нелетучей жидкостью, такой как ртуть, а затем перевернута и погружена в сосуд с этой жидкостью. Атмосфера давит на жидкость снаружи трубки, столб жидкости давит внутри трубки, а давление на поверхности жидкости внутри и снаружи трубки одинаково. Таким образом, высота жидкости в трубке пропорциональна давлению атмосферы.

Рисунок \(\PageIndex{3}\) : В барометре высота h столба жидкости используется для измерения атмосферного давления. Использование очень плотной жидкой ртути (слева) позволяет создавать барометры разумного размера, тогда как использование воды (справа) потребует барометра высотой более 30 футов.

Если жидкость представляет собой воду, нормальное атмосферное давление будет поддерживать столб воды высотой более 10 метров, что довольно неудобно для изготовления (и считывания) барометра. Поскольку ртуть (Hg) примерно в 13,6 раза плотнее воды, ртутный барометр должен быть только \(\dfrac{1}{13,6}\) высотой, как водяной барометр — более подходящий размер. Стандартное атмосферное давление 1 атм на уровне моря (101 325 Па) соответствует ртутному столбу высотой около 760 мм (290,92 дюйма) в высоту. Первоначально предполагалось, что торр будет единицей, равной одному миллиметру ртутного столба, но теперь он не соответствует точно. Давление, создаваемое жидкостью под действием силы тяжести, известно как гидростатическое давление, p :

\[p=hρg \метка{9.2.5}\]

где

\(h\) высота жидкости,
\(ρ\) — плотность жидкости, а
\(г\) — ускорение свободного падения.

Пример \(\PageIndex{2}\): расчет барометрического давления 95\:Pa} \end {align*}\]

Упражнение \(\PageIndex{2}\)

Рассчитайте высоту водяного столба при температуре 25 °C, которая соответствует нормальному атмосферному давлению. Плотность воды при этой температуре составляет 1,0 г/см ³ .

Ответить: 10,3 м

Манометр — это устройство, похожее на барометр, которое можно использовать для измерения давления газа, находящегося в сосуде. Манометр с закрытым концом представляет собой U-образную трубку с одним закрытым плечом, другое плечо, которое соединяется с измеряемым газом, и нелетучей жидкостью (обычно ртутью) между ними. Как и в случае с барометром, расстояние между уровнями жидкости в двух ответвлениях трубки ( ч на диаграмме) пропорциональна давлению газа в баллоне. Манометр с открытым концом (рис. \(\PageIndex{3}\)) аналогичен манометру с закрытым концом, но одно его плечо открыто в атмосферу. В этом случае расстояние между уровнями жидкости соответствует разнице давлений между газом в сосуде и атмосферой.

Рисунок \(\PageIndex{4}\): Манометр можно использовать для измерения давления газа. (Разница) высоты между уровнями жидкости (h) является мерой давления. Ртуть обычно используется из-за ее большой плотности.

Пример \(\PageIndex{3}\): расчет давления с помощью открытого манометра

Давление пробы газа измеряется на уровне моря ртутным манометром с открытым концом, как показано ниже. Определить давление газа в:

мм рт.ст.
атм
кПа

Раствор

Давление газа равно гидростатическому давлению столба ртути высотой 13,7 см плюс давление атмосферы на уровне моря. (Давление на нижней горизонтальной линии одинаково по обеим сторонам трубы. Давление слева обусловлено газом, а давление справа — 13,7 см рт. ст. плюс атмосферное давление.) 92\:кПа}\)

Упражнение \(\PageIndex{3}\)

Давление пробы газа измеряется на уровне моря ртутным манометром с открытым концом, как показано ниже. Определите давление газа в:

мм рт.ст.
атм
кПа

Ответить на

642 мм рт.ст.
Ответ б: 0,845 атм
Ответ c: 85,6 кПа

Метеорология, климатология и атмосферные науки

На протяжении веков люди наблюдали за облаками, ветрами и осадками, пытаясь определить закономерности и предсказать: когда лучше сажать и собирать урожай; безопасно ли отправляться в морское путешествие; и многое другое. Сейчас мы сталкиваемся со сложными проблемами, связанными с погодой и атмосферой, которые окажут серьезное влияние на нашу цивилизацию и экосистему. Несколько различных научных дисциплин используют химические принципы, чтобы помочь нам лучше понять погоду, атмосферу и климат. Это метеорология, климатология и наука об атмосфере. Метеорология изучает атмосферу, атмосферные явления и влияние атмосферы на погоду на Земле. Метеорологи стремятся понять и предсказать погоду в краткосрочной перспективе, что может спасти жизни и принести пользу экономике. Прогнозы погоды (рис. \(\PageIndex{5}\)) являются результатом тысяч измерений атмосферного давления, температуры и т. д., которые компилируются, моделируются и анализируются в метеорологических центрах по всему миру.

Рисунок \(\PageIndex{6}\): Метеорологи используют карты погоды для описания и предсказания погоды. Области высокого (H) и низкого (L) давления оказывают большое влияние на погодные условия. Серые линии представляют места постоянного давления, известные как изобары. (кредит: модификация работы Национального управления океанических и атмосферных исследований)

С точки зрения погоды, системы низкого давления возникают, когда атмосферное давление на поверхности земли ниже, чем в окружающей среде: влажный воздух поднимается вверх и конденсируется, образуя облака. Движение влаги и воздуха в пределах различных погодных фронтов провоцирует большинство погодных явлений.

Атмосфера — это газовый слой, окружающий планету. Атмосфера Земли толщиной примерно 100–125 км состоит примерно из 78,1 % азота и 21,0 % кислорода и может быть дополнительно подразделена на области, показанные на рисунке \(\PageIndex{7}\): экзосфера (самая удаленная от Земли , > 700 км над уровнем моря), термосфера (80–700 км), мезосфера (50–80 км), стратосфера (второй нижний уровень нашей атмосферы, 12–50 км над уровнем моря) и тропосфера ( до 12 км над уровнем моря, примерно 80% земной атмосферы по массе и слой, в котором происходит большинство погодных явлений). По мере того, как вы поднимаетесь выше в тропосфере, плотность воздуха и температура уменьшаются.

Рисунок \(\PageIndex{7}\): Атмосфера Земли состоит из пяти слоев: тропосферы, стратосферы, мезосферы, термосферы и экзосферы.

Климатология — это изучение климата, усредненных погодных условий за длительные периоды времени с использованием атмосферных данных. Однако климатологи изучают закономерности и эффекты, происходящие в течение десятилетий, столетий и тысячелетий, а не более короткие временные рамки часов, дней и недель, как метеорологи. Наука об атмосфере — еще более широкая область, объединяющая метеорологию, климатологию и другие научные дисциплины, изучающие атмосферу.

Практическое использование давления воздуха

Колодец — это выемка или сооружение, созданное в земле путем рытья, проходки, бурения или бурения для доступа к подземным водам в подземных водоносных горизонтах. Колодезная вода часто забирается насосом (рис. \(\PageIndex{1}\)). К сожалению, только поверхностным насосом невозможно откачать воду из очень глубоких слоев земли. Ключом к пониманию этого является осознание того, что всасывание, создаваемое насосом, — это не сила, а просто устранение силы, противодействующей силе давления воздуха, которая уже существует. Когда вы втыкаете трубу в глубокую яму в бассейн с водой на дне колодца, воздух внутри трубы давит на воду в трубе, а воздух снаружи трубы давит на воду снаружи трубы, который, в свою очередь, давит на воду внутри трубы — все находится в равновесии.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Ручной водяной насос забирает воду из колодца, создавая вакуум, который заполняется водой. Ручной насос для откачки воды из колодца в деревне недалеко от Ченнаи в Индии. Изображение использовано с разрешения (CC BY 2.0; Альянс устойчивой санитарии).

Допустим, вы удаляете воздух из трубы. Вода выталкивается вверх так же, как и раньше, но нет противодействующей силы, толкающей воду вниз, поэтому вода начинает подниматься внутри трубы (Рисунок \(\PageIndex{2}\)). Пока все хорошо, но вода перестает подниматься на какой-то высоте, потому что вода тянется вниз под действием силы тяжести (т.е. чем больше воды в трубе, тем больше она весит). Поскольку сила воздуха снаружи трубы не меняется, в конечном итоге вес воды равен давлению воздуха снаружи трубы. Когда это происходит, система снова приходит в равновесие и вода перестает течь. 95 \,Паскалей\)), что эквивалентно 10,3-метровому водяному столбу. Вот как можно откачивать воду из глубины (с помощью поверхностного насоса; другие насосы под давлением могут работать глубже).

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Поперечное сечение и детали поверхностного насоса, используемого в скважине. Изображение использовано с разрешения (CC BY-SA 3.0; Manco Capac).

Закон идеального газа

Идеальный газ — это мифическая субстанция, в которой частицы газа не имеют ни объема, ни межмолекулярных сил притяжения. Такого вещества не существует, но с помощью приближения создается очень простое математическое описание образца газа, закон идеального газа. Закон идеального газа, PV = nRT , связывает четыре переменные, которые описывают любой образец газа:

P — давление , сила на единицу площади, действующая на молекулы газа, когда они отскакивают от поверхностей, с которыми сталкиваются. Существует множество единиц измерения давления газа. Единицей, которую вы, возможно, видели в прогнозе погоды, являются дюймы ртутного столба (в рт.ст.), которые удобно использовать при измерении давления с помощью ртутного манометра. Другой распространенной единицей измерения является фунт на квадратный дюйм (psi). Однако мы будем использовать единицу измерения атмосферы (атм), более старую единицу измерения давления, которая когда-то определялась как давление, необходимое для удержания 760-миллиметрового столба ртутного столба при 0,9.0073 o C. В просторечии 1,00 атм — это давление, создаваемое атмосферой на уровне моря в среднем за день.

V соответствует объему , объему пространства, в котором находится образец газа. Для измерения объема мы будем использовать литры.

n для молей , количество молей частиц газа в образце.

T соответствует температуре , свойству, которое позволяет нам определить направление теплового потока, а также дает нам представление о кинетической энергии молекул газа. Мы будем использовать температурную шкалу Кельвина для температуры, потому что у нас не может быть никаких отрицательных температур при описании газов. (Помните, температура в Кельвинах = температура в градусах Цельсия плюс 273,15 ^или . K = 273,15 + ^o C.)

R — газовая постоянная , 0,08206 \(\dfrac{L·atm}{моль·K} \). Это значение можно получить из отношения \(\dfrac {(22,4 \; л)(1,00 \; атм)}{(1,00 \; моль)(273,15 \; K)} \), используя объем, который 1,00 моль идеального газа занимает при давлении 1,00 атм и температуре 273,15 К, но это верно для любого идеального газа при любом наборе условий.

Закон идеального газа полезен, потому что если мы знаем значения любых трех из четырех переменных ( P , V , T и n ) для образца газа, мы можем вычислить значение четвертой переменной для этого газа. Уравнение также позволяет нам предсказать конечное состояние образца газа (т. е. его конечную температуру, давление, объем и количество) после любых изменений условий, если параметры ( P , В , T и n ) указаны для исходного состояния . Некоторые приложения проиллюстрированы в следующих примерах. Подход, используемый повсюду, заключается в том, чтобы всегда начинать с одного и того же уравнения — закона идеального газа — и затем определять, какие величины даны, а какие необходимо рассчитать. Начнем с простых случаев, когда нам даны три из четырех параметров, необходимых для полного физического описания газообразного образца.

Пример \(\PageIndex{1}\)

Баллон объемом 31 150 л необходимо заполнить идеальным газом. Если температура на уровне земли 303 К, а атмосферное давление 0,980 атм, сколько молей газообразного водорода потребуется для заполнения воздушного шара?

Приведенные: Объем, температура и давление

Просили: Моли газа

Стратегия:

. 3 моль \)

Упражнение \(\PageIndex{1}\)

Предположим, что «пустой» аэрозольный баллончик из-под краски имеет объем 0,406 л и содержит 0,0250 моль газа-вытеснителя, такого как CO ₂ . Каково давление газа при 25,0°С?

Ответить: 1,51 л

Резюме

Газы оказывают давление, которое представляет собой силу на единицу площади. Давление газа может быть выражено в единицах СИ паскаль или килопаскаль, а также во многих других единицах, включая торр, атмосферу и бар. Атмосферное давление измеряется с помощью барометра; другие давления газа могут быть измерены с использованием одного из нескольких типов манометров.

Ключевые уравнения

\(P=\dfrac{F}{A}\)
р = л.с.г

Глоссарий

атмосфера (атм): единица давления; 1 атм = 101 325 Па

бар: (бар или б) единица давления; 1 бар = 100 000 Па

барометр: прибор для измерения атмосферного давления

гидростатическое давление: давление, создаваемое жидкостью под действием силы тяжести

манометр: Устройство, используемое для измерения давления газа, находящегося в сосуде

паскаль (Па): Единица давления в системе СИ; 1 Па = 1 Н/м ²

фунтов на квадратный дюйм (psi): единица давления, распространенная в США

давление: сила, действующая на единицу площади

торр: единица давления; \(\mathrm{1\: торр=\dfrac{1}{760}\,атм}\)

Авторы

Пол Флауэрс (Университет Северной Каролины, Пемброк), Клаус Теопольд (Университет Делавэра) и Ричард Лэнгли (Государственный университет Стивена Ф.

Атмосферное давление газа: Давление газов — урок. Физика, 7 класс.