高度1000メートルの大気圧。さまざまな高度の気圧とアネロイド気圧計

高度が上がると気圧が下がることは多くの人が知っています。なぜ気圧が高さとともに減少するのかという問題を考え、圧力の高さ依存性の公式を与え、得られた公式を使用して問題を解く例も考えてみましょう。

空気とは何ですか？

空気は、地球の大気を構成する無色のガスの混合物です。多くの異なるガスで構成されており、主なものは窒素 (78%)、酸素 (21%)、アルゴン (0.9%)、二酸化炭素 (0.03%) などです。

物理学の観点から見ると、地球上の既存の条件下での空気の挙動は、理想気体の法則に従います。このモデルによると、気体の分子と原子は互いに相互作用せず、それらの間の距離は他のものに比べて非常に大きくなります。その大きさ、および室温での移動速度は約 1000 m /With です。

空気圧

圧力の高さへの依存性の問題を考えると、「圧力」という概念が物理的な観点からどのようなものかを理解する必要があります。気圧とは、空気柱が表面を押す力を指します。物理学ではパスカル (Pa) で測定されます。 1 Pa は、面積 1 m2 の表面に垂直に 1 ニュートン (N) の力がかかることを意味します。したがって、１Ｐａという圧力は非常に小さい圧力である。

海面では、気圧は 101,325 Pa です。または四捨五入で0.1MPaとなります。この値は通常 1 気圧と呼ばれます。与えられた図は、空気が 100 kN の力で 1 m 2 の面積を押すことを示しています。これは大きな力ですが、体内の血液が同様の圧力を生み出すため、人はそれを感じません。また、空気は流体物質です（液体も含みます）。これは、すべての方向に均等な圧力がかかることを意味します。最後の事実大気圧が異なる側面一人当たり相互に補償されます。

気圧の高度依存性

私たちの惑星の周囲の大気は、地球の重力によって所定の位置に保たれています。重力高度の上昇に伴う気圧の低下にも関与します。公平を期すために、圧力の低下につながるのは重力だけではないことに注意する必要があります。また、気温の低下も寄与しています。

空気は流体物質であるため、圧力の深さ (高さ) への依存性を表す静水圧公式、つまり ΔP = ρ*g*Δh を使用できます。ここで、 ΔP - 高さが変化するときの圧力変化量Δh、ρ - 空気密度、g - 重力加速度によって変化します。

空気が理想気体であると考えると、理想気体の状態方程式からρ = P*m/(k*T) となります。ここで、m は 1 分子の質量、T はその温度、k はボルツマン定数です。

上記の 2 つの式を組み合わせて、結果として得られる圧力と高さの方程式を解くと、次の式を得ることができます: P h = P 0 *e -m*g*h/(k*T) ここで、P h と P 0 は次のとおりです。それぞれ高さ h と海抜高度での圧力。結果として得られる式は気圧式と呼ばれます。これは、気圧の高度依存性を計算するために使用できます。

場合によっては、実用的な目的のために、逆問題を解く、つまり圧力を知って高さを求めることが必要になることがあります。気圧の公式から、気圧レベルに対する高度の依存性を簡単に求めることができます: h = k*T*ln(P 0 /P h)/(m*g)。

問題解決の例

ボリビアの都市ラパスは世界で最も標高の高い首都です。さまざまな情報源から、この都市は海抜 3250 メートルから 3700 メートルの標高に位置していることがわかります。課題は、ラパスの高さの気圧を計算することです。

この問題を解決するには、圧力の高さ依存性の公式を使用します: P h = P 0 *e -m*g*h/(k*T)、ここで: P 0 = 101,325 Pa、g = 9.8 m/ s 2、k = 1.38*10 -23 J/K、T = 293 K (20 ℃)、h = 3475 m (3250 m と 3700 m の間の平均)、m = 4.817*10 -26 kg (考慮空気のモル質量 29 g/mol)。数値を代入すると、P h = 67,534 Pa が得られます。

したがって、ボリビアの首都の気圧は海面気圧の 67% です。気圧が低いと、山岳地帯に登るとめまいや全身の衰弱が引き起こされます。

ラジオで天気について報告するとき、アナウンサーは通常、「気圧 760 mmHg (または 749、または 754 など)」と言って終わります。しかし、これが何を意味するのか、また気象予報士がこのデータをどこから入手しているのかを理解している人はどれだけいるでしょうか? この記事では、気圧の測定方法、気圧がどのように変化し、人に影響を与えるかについて学びます。

ちょっとした歴史

初めて気圧を測定したのは、1643 年にイタリアの科学者エヴァンジェリスタ・トリチェリでした。ガリレオの教えを発展させたトリチェッリは、多くの実験を経て、空気には重さがあり、大気の圧力は 32 フィート (10.3 メートル) の水柱によってバランスが保たれていることを証明し、さらに研究を進め、後に発明しました。大気圧を測定するための装置 - 気圧計。

大気圧、これは何ですか？

大気圧 - 圧力大気その中の物体と地球の表面に。大気中の各点では、大気圧は、単位面積に等しい底をもつその上にある空気柱の重量に等しくなります。大気圧は高度が上がるにつれて低下します。に従って国際システム単位 (SI システム) 大気圧を測定するための基本単位はヘクトパスカル (hPa) ですが、多くの組織では古い単位であるミリバール (mb) と水銀柱ミリメートル (mm Hg) の使用が許可されています。。通常の大気圧（海面）は、0℃で760 mmHg（mmHg）です。

なぜ測定されるのですか?

気圧は、起こり得る天候の変化をより正確に予測するために測定されます。気圧の変化と天候の変化の間には直接的な関係があります。ある程度の確率で気圧が上昇または下降すると、天気の変化の兆候として機能することがあります。

高度による気圧の変化

ガスは圧縮性が高く、ガスが圧縮されるほど密度が増し、発生する圧力も大きくなります。空気の下層は、上にあるすべての層によって圧縮されます。地表からの高度が高くなるほど、空気の圧縮が低下し、密度が低くなり、したがって空気が生成する圧力も低くなります。たとえば、次のようなときバルーン地球の上空に上昇すると、ボール上の空気の圧力は小さくなります。これは、その上の気柱の高さが減少するだけでなく、上部の空気密度が下部よりも低いためでもあります。気圧を測定するすべての気象観測所は異なる高度に位置しているため、そこで得られる指標はほとんどの場合海抜につながります。大気圧は高度とともに大幅に低下するため、このようなことが行われます。つまり、標高5,000メートルではすでに約2倍低くなります。したがって、大気圧の実際の空間分布のアイデアを取得し、さまざまな地域およびさまざまな高度でのその値を比較できるようにするために、総観図を作成するために、圧力は単一のレベル、つまり海面まで下げられます。

日中、気圧も変化しますが、ほんのわずかです。日周期があります。夜も上がるし、日中も上がる最高温度低下する。特に規則的な日周期を持っています。熱帯諸国、1日の変動は2.4 mmHgに達します。芸術、そして夜 - 1.6 mm Hg。美術。緯度が高くなると血圧の変化の振幅は小さくなりますが、同時に気圧の非周期的な変化が強くなります。

気圧分布地球の表面動きを決める気団そして大気前線、風の方向と速度を決定します。

大気圧が幸福に及ぼす影響

特定の地域にかなり長い間住んでいる人の幸福は正常です。特有の圧力によって健康状態が特に悪化することはありません。

高気圧の状態にいるのとほとんど変わりません。通常の状態。非常に高血圧の場合にのみ、心拍数がわずかに低下し、最低血圧が低下します。呼吸は少なくなりますが、より深くなります。聴覚や嗅覚がわずかに低下する、声がこもる、皮膚が少ししびれる、粘膜が乾燥するなどの症状が現れますが、これらの現象はすべて比較的容易に耐えられます。

大気圧の変化、つまり増加（圧縮）、特に通常への減少（減圧）の期間中に、さらに好ましくない現象が観察されます。圧力の変化がゆっくりと起こるほど、人体は悪影響を与えることなく、より良く適応します。

気圧が低下すると、呼吸が増加して深くなり、心拍数が増加し（その強さが弱くなり）、血圧がわずかに低下し、赤い血の数の増加という形で血液の変化も観察されます。細胞。低気圧が体に与える悪影響は、酸素欠乏。これは、気圧が低下すると酸素分圧も低下するため、呼吸器や循環器が正常に機能していても体内に入る酸素が少なくなります。

私たちは天気に影響を与えることはできません。しかし、この困難な時期を体が乗り切るのを助けることは、まったく難しいことではありません。著しい劣化が予想される場合気象条件したがって、気圧の急激な変化には、まずパニックにならず、落ち着いて、できるだけ圧力を下げる必要があります。身体活動、適応がかなり難しい方は医師と相談して適切な薬を処方する必要があります。

空気の重さ。概念の定義

他の物体と同様に、空気にも重さがあり、その下の表面を圧迫します。空気柱は 1 立方メートルを圧縮します。 1kgの重りと同じ力で表面1cmにかかると33gになります。

大気圧 -空気が地表やその上の物体を押す力。

その人はそれを感じていない高圧空気がそれに押し付けられるため、体内の気圧によってバランスが保たれています。

異なる高度の空気の質量は同じではありません。高いほど大気圧は低くなります。

米。 1. 高度による気圧と気温の変化表

気圧を測定する機器

大気圧を測定するためのさまざまな機器があります。

1. 水銀気圧計

2. アネロイド

3. 体温計

米。 2.水銀気圧計

気圧計の大気圧は水銀柱ミリメートル (mmHg) 単位で測定されます。

通常の大気圧 –圧力760mmHg。美術。緯度 45 度、海抜 0 度の場合、水銀高度が 760 mm Hg を超える場合。アート、そのような圧力は上昇と呼ばれ、その逆も同様です。すべての地点が高度 0 メートル、緯度 45 度にあるわけではないため、地球の各領域には通常の大気圧を示す独自の指標があります。たとえば、モスクワの場合、通常の大気圧は 747 ～ 748 mm Hg です。美術。サンクトペテルブルクの通常の大気圧は 753 mm Hg です。芸術、なぜならそれはモスクワの下にあります。

米。 3. アネロイド気圧計

米。 4. 低体温計 (1 – 低体温計 (温度計と併用)、2 – ガラス管、3 – 金属容器)

湿度計、温度気圧計、沸騰した液体の温度に基づいて大気圧を測定する機器。液体の沸騰は、その中に形成された蒸気の弾性率が次の値に達したときに発生します。外圧。沸騰した液体の蒸気の温度を測定することにより、特別なテーブルを使用して大気圧の値が求められます。

気圧の変化

気圧の変化のパターン:

1. 10.5 メートル上昇するごとに、大気圧は 1 mmHg 低下します。美術。

2. 圧力暖かい空気地表では冷気よりも小さい（冷気の方が重いため）。

また、気圧の値は一日を通して、また季節によって変化します。

参考文献

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水銀気圧計に加えて、アネロイド気圧計（ギリシャ語で液体を含まない気圧。水銀が含まれていないためそう呼ばれます）もあります。片手だけの時計のような形をした金属製の気圧計です。

アネロイド気圧計の構造

その仕組みは非常にシンプルです。それは波形の端を持つ金属製の箱で構成されており、そこから空気がポンプで排出されます。このボックスは大気圧で潰れないように、蓋がバネで上に引っ張られています。気圧が下がるとバネの働きで蓋が真っ直ぐになり、気圧が上がると蓋が曲がってバネを引き戻します。

追加の機構を使用して、ポインターの矢印がスプリングに接続され、圧力が変化するとスプリングが右または左に動きます。矢印の下には目盛りが取り付けられており、その目盛りは水銀気圧計の測定値に従ってマークされています。したがって、矢印が 750 を指している場合、大気圧は 750 mmHg になります。美術。

気圧は、今後数日の天気を予測するためにも測定されます。気象学において気圧計は欠かせないものです。

さまざまな高度における大気圧

液体中圧力は液体の密度と塔の高さに依存します。また、液体は圧縮率が低いこともわかっています。このことから、すべての深さで液体の密度はほぼ同じであり、圧力は高さのみに依存することがわかります。

ガスの場合はすべてがはるかに複雑になります圧縮率が高いためです。そして、ガスを圧縮すればするほどその密度は大きくなり、ガスの圧力は物体の表面上の分子の衝撃によって生成されるため、より大きな圧力が発生します。

地球の表面近くでは、空気のすべての層がその上の層によって最大限に圧縮されます。しかし、私たちが上昇すると、私たちがいる場所を圧縮する空気の層はますます小さくなり、そのため空気の密度が減少し、圧力が低下します。

気球が空に打ち上げられると、高度が上がるにつれて気球の表面にかかる気圧はどんどん減少していきます。これは、気柱の密度と高さが減少するために起こります。

大気圧の観測によると、海面、0℃の水銀柱の平均圧力は 760 mm Hg です。美術。 = 1013 hPa。これを常圧といいます。

どうやってより高い高さ、大気圧が低くなります。

平均して上昇時 12mごと大気圧 約1mm減ります。 RT。美術。

気圧の高度依存性がわかれば、気圧計の測定値から現在が海抜何メートルであるかを判断できます。この目的のために、高度計と呼ばれる特殊なタイプのアネロイド気圧計があり、航空や登山時に使用されます。

地表の同じ地点における気圧は一定ではなく、大気中で起こるさまざまな過程に応じて変化します。「通常の」大気圧は、従来、760 mmHg、つまり 1 (物理的) 気圧に等しい圧力であると考えられています (§154)。

すべての地点の海面での気圧グローブ平均して1気圧に近い。海面から上昇すると、気圧が低下することに気づきます。それに応じてその密度は減少し、空気はますます希薄になります。山の頂上で谷間にしっかりと密閉された容器を開けると、空気の一部が中から出てきます。逆に、上部が密閉されている容器を山の麓で開けると、空気が入ってしまいます。高度約 6 km では、空気の圧力と密度が約半分に減少します。

各高度は特定の気圧に対応します。したがって、山の頂上または気球のバスケット内の特定の点の圧力を（たとえば、アネロイドを使用して）測定し、気圧が高さとともにどのように変化するかを知ることによって、山の高さや高さを決定することができます。風船の高さ。従来のアネロイドは感度が非常に高いため、アネロイドを2～3m上げると指針が大きく動き、アネロイドを手に持って階段を上り下りする場合、徐々に圧力が変化するのが分かりやすくなります。。このような実験は地下鉄駅のエスカレーターで行うと便利です。アネロイドは多くの場合、高さに直接校正されます。矢印の位置は、デバイスが配置されている高さを示します。このようなアネロイドは高度計と呼ばれます(図295)。それらは飛行機に供給されています。これらにより、パイロットは飛行高度を決定できます。

米。 295. 飛行機の高度計。長針は数百メートル、短針はキロメートルを数えます。ヘッドを使用すると、飛行を開始する前に、ダイヤルのゼロを地表の矢印の下に置くことができます。

上昇時の気圧の低下は、海底から水面へ上昇する際の深海の圧力の低下と同様に説明されます。海面の空気は地球の大気全体の重さによって圧縮されますが、大気の上層はこれらの層の上にある空気の重さだけによって圧縮されます。一般に、重力の影響下にある大気中またはその他の気体中の点から点への圧力変化は、液体中の圧力と同じ法則に従います。つまり、圧力は水平面のすべての点で同じです。下から上に移動すると、圧力は空気柱の重量によって減少します。空気柱の高さは移行部の高さに等しく、断面積は 1 に等しくなります。

米。 296. 高さとともに減少する圧力のグラフをプロットする。右側は、異なる高さで撮影した同じ厚さの空気柱を示しています。圧縮空気の密度が高く、より濃い陰影が付けられます。

ただし、気体は圧縮率が高いため、大気中の高さ方向の圧力分布の全体像は液体の場合とはまったく異なることが判明します。実際に、高度に応じた気圧の減少をプロットしてみましょう。縦軸に沿って、あるレベル（海抜など）より上の高度などをプロットし、横軸に沿って圧力をプロットします（図 296）。高さのある階段を登っていきます。次のステップの圧力を求めるには、前のステップの圧力からに等しい高さの空気柱の重量を引く必要があります。しかし、高度が上がると空気密度は減少します。したがって、高い段になるほど、次の段に上昇する際の圧力の低下が少なくなります。したがって、上に上昇するにつれて、圧力は不均一に低下します。空気密度が高い低高度では、圧力は急速に低下します。値が高くなるほど、空気密度が低くなり、圧力の低下が遅くなります。

私たちの推論では、層全体の厚さの圧力は同じであると仮定しました。したがって、グラフには階段状 (破線) の線が表示されます。しかし、もちろん、一定の高さまで上昇するときの密度の低下はジャンプ中に発生するのではなく、継続的に発生します。したがって、実際には、グラフは滑らかな線 (グラフ上の実線) のように見えます。したがって、液体の線形の圧力グラフとは対照的に、大気中の圧力減少の法則は曲線で表されます。

空気の体積が小さい場合 (部屋、風船)、グラフの小さなセクションを使用するだけで十分です。この場合、液体と同様に、曲線部分を直線部分にほとんど間違いなく置き換えることができます。実際、高度が少し変化すると、空気密度はわずかに変化します。