Mehanika zračnega tlaka

Zračni tlak, atmosferski tlak ali barometrični tlak je tlak, ki se po površini izvaja s težo an zračna masa (in njegove molekule) nad njim.

Zračni tlak je težaven koncept. Kako lahko nekaj nevidnega ima maso in težo? Zrak ima maso, ker ga sestavljajo a mešanica plinov ki imajo maso. Seštejte težo vseh teh plinov, ki sestavljajo suh zrak (kisik, dušik, ogljikov dioksid, vodik in drugi) in dobite težo suhega zraka.

Molekulska masa ali molska masa suhega zraka je 28,97 grama na mol. Čeprav to ni prav veliko, je značilna zračna masa sestavljena iz neverjetno velikega števila molekul zraka. Tako lahko začnete videti, kako ima lahko zrak veliko težo, ko se mase vseh molekul seštevajo.

Kakšna je torej povezava med molekulami in zračnim tlakom? Če se število molekul zraka nad območjem poveča, obstaja več molekul, ki izvajajo pritisk na to območje in njegov skupni atmosferski tlak se poveča. Temu pravimo visok pritisk. Če je nad posameznim območjem manj molekul zraka, se atmosferski tlak zniža. To je znano kot nizek pritisk.

Zračni tlak ni enakomeren po Zemlji. Obsega od 980 do 1050 milibarov in se spreminja z višino. Večja kot je višina, nižji je zračni tlak. To je zato, ker se število molekul zraka na večjih nadmorskih višinah zmanjšuje in s tem zmanjšuje gostota zraka in zračni tlak. Zračni tlak je najvišji na ravni morja, kjer je gostota zraka največja.

Obstaja 5 osnov o zračnem tlaku:

• Povečuje se z naraščanjem gostote zraka in zmanjšuje, ko se gostota zraka zmanjšuje.
• Povečuje se, ko se temperature zvišujejo in spuščajo, ko se temperature ohladijo.
• Povečuje se na nižji nadmorski višini in zmanjšuje na višjih nadmorskih višinah.
• Zrak prehaja iz visokega v nizki tlak.
• Zračni tlak se meri z vremenskim instrumentom, znanim kot barometer. (Zato se včasih imenuje tudi "barometrični tlak.")

A barometer se uporablja za merjenje atmosferskega tlaka v enotah, imenovanih atmosfere ali milibarov. Najstarejša vrsta barometra je živosrebrni barometer. Ta instrument meri živo srebro, ko se dviguje ali spušča v stekleni cevi barometra. Ker je atmosferski tlak v bistvu teža zraka v vzdušje nad rezervoarjem se bo raven živega srebra v barometru še naprej spreminjala, dokler teža živega srebra v stekleni cevi ni popolnoma enaka teži zraka nad rezervoarjem. Ko se oba nehata premikati in sta uravnotežena, se tlak zabeleži z "odčitkom" vrednosti na višini živega srebra v navpičnem stolpcu.

Če je teža živega srebra manjša od atmosferskega tlaka, se bo stopnja živega srebra v stekleni cevi dvignila (visok tlak). Na območjih z visokim tlakom se zrak hitreje sesede proti površju zemlje, kot lahko odteka v okoliške kraje. Ker se število molekul zraka nad površino povečuje, obstaja več molekul, ki izvajajo silo na tej površini. S povečano težo zraka nad rezervoarjem se raven živega srebra dvigne na višjo raven.

Če je teža živega srebra večja od atmosferskega tlaka, bo raven živega srebra padel (nizek tlak). V območja nizkega tlaka, zrak se dviga stran od površine Zemlje hitreje, kot ga lahko nadomesti zrak, ki priteka iz okoliških območij. Ker se število molekul zraka nad območjem zmanjšuje, je manj molekul, ki izvajajo silo na tej površini. Z zmanjšano težo zraka nad rezervoarjem se nivo živega srebra spusti na nižjo raven.

Druge vrste barometrov vključujejo aneroidne in digitalne barometer. Aneroidni barometri ne vsebujejo živega srebra ali katere koli druge tekočine, imajo pa zatesnjeno in zrakotesno kovinsko komoro. Komora se razširi ali skrči kot odziv na spremembe tlaka in kazalec na številčnici se uporablja za prikaz odčitkov tlaka. Sodobni barometri so digitalni in omogočajo natančno in hitro merjenje atmosferskega tlaka. Ti elektronski instrumenti prikazujejo trenutne odčitke atmosferskega tlaka na zaslonu.

Atmosferski tlak vpliva dnevno segrevanje sonca. To ogrevanje se ne dogaja enakomerno po Zemlji, saj se nekatera območja segrejejo bolj kot druga. Ko se zrak segreje, se dvigne in lahko povzroči sistem z nizkim tlakom.

Tlak v središču a sistem z nizkim tlakom je v okolici nižji od zraka. Vetrovi pihajo proti območju nizkega tlaka, zaradi česar se zrak v atmosferi dviga. Vodna para v naraščajočem zraku kondenzira in tvori oblake in v mnogih primerih padavine. Zaradi Coriolisov učinek, posledica vrtenja Zemlje, vetrovi v sistemu z nizkim tlakom krožijo v nasprotni smeri urinega kazalca na severni polobli in v južni polobli v smeri urinega kazalca. Sistemi z nizkim tlakom lahko povzročijo nestabilno vreme in nevihte, kot so cikloni, orkani in tajfuni. Splošno pravilo je, da imajo nižji tlak približno 1000 milibarov (29,54 palca živega srebra). Od leta 2016 je bil najnižji pritisk, zabeležen na Zemlji, 8.10 mb (25.69 inHg) v očesu Tajfuna Tipa nad Tihim oceanom 12. oktobra 1979.

V visokotlačni sistemi, zrak v središču sistema je višji kot zrak v okolici. Zrak v tem sistemu potoni in piha stran od visokega tlaka. Ta padajoči zrak zmanjšuje vodno paro in nastajanje oblakov, kar povzroči rahle vetrove in stabilno vreme. Pretok zraka v visokotlačnem sistemu je nasproten od sistema nizkega tlaka. Zrak kroži v smeri urinega kazalca na severni polobli, v južni polobli pa v nasprotni smeri urinega kazalca.

Članek uredil Regina Bailey

• Britannica, uredniki enciklopedije. "Zračni tlak." Encyclopædia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc., 5. mar. 2018, www.britannica.com/science/atmospheric-pressure.
• National Geographic Society. "Barometer." National Geographic Society, 9. okt. 2012, www.nationalgeographic.org/encyclopedia/barometer/.
• "Vrhovi in ​​padci zračnega tlaka." Varnost v zimskem vremenu | UCAR Center for Science Education, scied.ucar.edu/shortcontent/highs-and-lows-air- tlaka.