Resurse naturale și protecția mediului

Presiunea atmosferica

Notiuni generale

Aerul atmosferic, ca orice corp aflat pe suprafata Pamantului, se gaseste in permanenta sub influenta fortei de atractie a gravitatiei terestre, deci are o greutate proprie (1 m3 de aer cantareste 1,293 kgf).

Aceasta proprietate a fost descoperita de catre Torricelli, in anul 1643. El a stabilit ca presiunea care se exercita prin apasarea aerului asupra mercurului dintr-un vas mentine in echilibru o coloana de mercur dintr-un tub. Greutatea coloanei de mercur din tub echilibreaza greutatea unei coloane de aer, cu sectiunea egala cu aceea a coloanei de mercur si cu inaltimea de la nivelul mercurului din vas, pana la limita superioara a atmosferei.

Efectul greutatii aerului pe suprafata Pamantului este exprimat prin presiunea atmosferica P adica forta F cu care aerul atmosferic apasa pe unitatea de suprafata S :

P= [dyn/cm2]

Considerand ca presiunea atmosferica este echilibrata – in tubul lui Torricelli – de inaltimea unei coloane de mercur de 76 cm2 si cu sectiunea de 1 cm2, se poate scrie:

G=F=V ,

in care :

V este volumul coloanei de mercur;

= densitatea mercurului ( =13,59 gf/cm3).

Deci presiunea atmosferica este :

P= .

Presiunea de 1 kgf/cm2=98066,5 Newton/m2=0,980665 bar, este cunoscuta in practica sub numele de atmosfera (at.).

Presiunea atmosferica este unul din cele mai importante elemente meteorologice, deoarece de variatiile ei in timp si spatiu sunt legate fenomenele atmosferice. Astfel, curentii de aer sunt generati de neomogenitatile in directie orizontala ale presiunii atmosferice, iar variatiile in timp ale acesteia au influente asupra evolutiei vremii.

In meteorologie, pentru masurarea presiunii se folosesc in mod obisnuit doua unitati de masura, si anume: barye si torr. (1 barye=1 dyn/cm2=1,01972.10-6 kgf/cm2).

Deoarece este o unitate mica, se folosesc de obicei multiplii.

Presiunea atmosferica normala se exprima in barye, astfel:

mbar , deoarece 1gf=980,6 dyn.

Presiunea atmosferica se exprima si prin inaltimea coloanei de mercur din tubul lui Torricelli; unitatea de masura fiind numita torr sau milimetru coloana de mercur.

La noi in tara, pentru exprimarea presiunii atmosferice se folosesc mbar si torr, astfel ca pentru trecerea de la una din aceste unitati la cealalta se folosesc tabele de transformare e presiunii. In practica se foloseste exprimarea presiunii atat in mbar, cat si in mm Hg.

Transfomarea presiunii din mm Hg in mbar, si invers, se bazeaza pe urmatoarea echivalenta intre aceste unitati:

1 mm Hg= 1,33= mbar si

1 mbar= mm Hg.

Relatii barometrice

Relatia de baza a atmosferei statice

In meteorologie, atmosfera, considerata in repaus in raport cu suprafata terestra, se numeste atmosfera statica.

Din relatia care exprima caracteristicile atmosferei statice se pot deduce formulele care arata dependenta presiunii atmosferice de temperatura, densitatea aerului si inaltimea. Aceste relatii sunt numite in meteorologie formule barometrice.

Pentru obtinerea relatiei atmosferei statice se considera o coloana de aer cu sectiunea de 1 cm2 si cu inaltimea de la nivelul marii pana la limita superioara a atmosferei (fig. 35).

Limitand o portiune dh din coloana de aer considerate si notand cu :

P0 – presiunea atmosferica la baza inferioara a portiunii dh;

P – presiunea la partea superioara a portiunii dh;

--densitatea aerului in portiunea dh;

h si ho – inaltimile care corespund presiunii p, respective p0; atunci greutatea coloanei – respectiv presiunea – va fi data de relatia:

P0 – P = g (h0 – h),

Notand (p0 – p)=dp si tinand seama ca presiunea aerului scade cu inaltimea, relatia devine:

Aceasta este relatia atmosferei statice , in care semnul minus arata ca presiunea scade cu inaltimea.

Relatia atmosferei statice este valabila intre limitele mentionate si in ipoteza ca presiunea ramane constanta – adica in absenta miscarii aerului, atat in plan orizontal cat si in plan vertical.

Totusi, aceasta relatie se verifica si pentru cazul atmosferei reale, cu o precizie destul de mare. Datorita acestui fapt, relatia este mult intrebuintata in meteorologie.

Daca in relatia atmosferei statice se inlocuieste valoarea a densitatii aerului cu valoarea dedusa din ecuatia starii gazelor (pV=RT), in care sa considerat ca V= atunci aceasta devine:

p=

Prin aceasta inlocuire, ecuatia atmosferei capata forma:

Daca nu se tine seama de umezeala aerului atmosferic si se integreaza aceasta relatie intre nivelul initial h=0, la presiunea p si nivelul h, la care p=ph, se obtine ecuatia atmosferei statice in forma ei generala:

.

Aceasta relatie exprima dependenta presiunii de inaltime. Pentru integrarea ei completa este necesar sa se cunoasca distributia temperaturii cu inaltimea, precum si variatia fortei gravitatiei terestre.