Presiunea Atmosferică

Din anul 1643, când italianul Torricelli a constatat că aerul are greutate prin experienţa ce îi poartă numele, şi până astăzi s-au efectuat continuu cercetări cu privire la forţa cu care acesta apasă asupra suprafeţei terestre şi implicit asupra tuturor fiinţelor şiobiectelor ce se găsesc pe ea.

Presiunea atmosferică reprezintă tocmai forţa cu care apasă o coloană de aer cu secţiunea de 1cm2 şi înaltă până la limita superioară a atmosferei. Deci, dacă aerul prezintă o greutate (1l de aer în condiţii normale cântăreşte 1,293gf), rezultă că în atmosferă stratele superioare de aer apasă asupra celor inferioare, comprimându-le. Pentru stabilirea echilibrului trebuie ca forţa elastică a moleculelor dintr-o masă de aer să fie egală cu apăsarea pe care aceasta o suportă. Pentru a înţelege mai bine această noţiune va trebui să ne imaginăm că straturile superioare exercită o presiune asupra celor inferioare cu atât mai mare, cu cât straturile de aer respective sunt mai aproape de Pământ. Faptul că oamenii au în componenţa organismului şi aer duce la un echilibru între presiunea interioară din corp şi cea exterioară. De aceea, nu suntem pur şi simplu striviţi de greutatea aerului atmosferic, deşi el apasă pe fiecare cm2 al corpului cu o forţă egală cu 1kg. Întreaga atmosferă a globului pământesc a fost evaluată ca având aproximativ 52•1014 tone, ceea ce ar echivala cu o presiune exercitată de un strat de mercur gros de 760mm, care ar acoperii în întregime suprafaţa Pământului.

1. Noţiuni generale

Efectul greutăţii aerului pe suprafaţa Pământului se referă la presiunea atmosferică. Presiune P este forţa F care se exercită pe unitatea de suprafaţă S, adică

P = F/S(dyn/ cm2 ).

Din experienţa lui Torricelli se ştie că presiunea atmosferică echilibrată de o coloană de mercur, având volumul V şi densitatea 13,59 gf/ cm3. Masa acesteia va fi:

m = V•ρ,

iar greutatea G:

G = F = V•g•ρ.

Deoarece înălţimea coloanei de mercur este 76cm şi secţiunea ei de 1cm2 , presiunea atmosferică va fi dată de relaţia:

p = G

—

S = 76cm • 1cm2

—————

1cm2 • 13,59gf

———

cm3 = 1 032,84gf/ cm2≈1kgf/ cm2

Presiunea de 1kgf/cm2 = 98 066,5Newton/m2 = 0,980665 bar este cunoscută în practică sub numele de atmosferă (at).

Se deduce că greutatea întregii atmosfere ar fi deci echivalentă cu greutatea unui strat de mercur gros de 76cm, care ar înconjura Pământul, adică 52•1014 tf.

Menţionăm că asupra unui om de talie mijlocie, presiunea atmosferică pe care o suportă acesta este de 17 000kgf.

2. Unităţi de măsură ale presiunii atmosferice

În practica meteorologică se folosesc două unităţi de măsură a presiunii atmosferice şi anume : barye şi torr.

1 barye = 1 dyne/ cm2 = 1,01972•10-6 kgf/ cm2.

Întrucât barya este o unitate prea mică, nu satisface necesităţile curente ale meteorologiei şi industriei, s-au adoptat multiplii acesteia:

1bar (megabarya) = 1 000 000dyne/cm2 (barye).

În practica meteorologică se foloseşte însă

1milibar (mbar) = 1 000dyne/cm2 (barye).

Presiunea atmosferică normală p considerată la nivelul mării şi la temperatura de 0ºC se exprimă prin relaţia

p = 76•13,59•980,62barye = 1 013,25mbar.

De obicei aparatele pentru măsurarea presiunii sunt gradate în milimetri coloană de mecur, unitate care în amintirea lui Torricelli s-a numit torr (noţiune internaţională).

Exprimarea presiunii într-una din aceste unităţi se face uşor, ţinând seama de faptul că

760mm col.•Hg corespund la 1 013,3 mbar

şi

750,8mm col.•Hg corespund la 1 000 mbar.

Astfel că se pot stabili rapoartele de transformare

750

———

1 000 = 3

—

4 sau

1 000

———

750

= 4

—

3

adică efectuarea transformării presiunii exprimată în torr în mbar este rezultatul multiplicării valorii respective a presiunii cu 4 şi apoi se divide cu 3 şi invers.

Exemplu

650 torr 4

—

3 = 866,6 mbar

şi

866,6 mbar 3

—

4 = 650 torr

Pe baza rapoartelor sus amintite pentru nevoile curente se întocmesc tabele care permit transformarea presiunii dintr-o unitate într-alta.

3. Variaţiile presiunii atmosferice

Presiunea atmosferică nu este o mărime constantă. Aceasta prezintă variaţii atât în direcţie verticală (cu altitudinea) cât şi în direcţie orizontală.

De asemenea presiunea mai prezintă variaţii periodice: zilnică şi anuală strâns legate şi de variaţiile temperaturii aerului atmosferic.

a)Variaţia presiunii atmosferice cu înălţimea. Staţiile meteorologice sunt instalate la diferite altitudini faţă de nivelul mării. Cum presiunea atmosferică depinde de înălţime, urmează ca valorile presiunii măsurate la diferite staţii să se deosebească între ele, din cauza diferenţei de nivel dintre acestea.