TEKANAN ATMOSFERA: NILAI NORMAL, CARA MENGUKURNYA, CONTOH - FIZIKAL - 2025

The tekanan atmosfera adalah disebabkan oleh berat gas mengarang atmosfera di atas Bumi. Dianggarkan jisim atmosfer sekitar 5 x 10 ¹⁸ kg dan semua makhluk hidup mengalami tekanan yang diberikan oleh jisim ini.

Yang pertama mengukurnya adalah saintis Itali Evangelista Torricelli (1608-1647). Dia melakukan eksperimen sederhana tetapi sangat bijak pada tahun 1644: dia mengisi sepenuhnya tiub kaca yang ditutup pada satu hujung dengan merkuri, membalikkannya, dan menuangkannya ke dalam bekas yang juga mengandungi merkuri.

Gambar 1. Barometer aneroid untuk mengukur tekanan atmosfera, tidak seperti barometer merkuri, ia tidak mengandungi cecair. Sumber: Wikimedia Commons.

Torricelli memerhatikan bahawa tiub tidak kosong sepenuhnya, tetapi dipenuhi dengan merkuri hingga ketinggian 76 cm. Terkejut, dia melakukan banyak ujian dengan tabung dengan bentuk yang berbeza, selalu memperoleh hasil yang sama.

Dengan cara ini, Torricelli menyedari bahawa tekanan atmosfera meningkat dan mengekalkan lajur merkuri di dalam tiub pada ketinggian 760 mm. Dengan cara ini nilai purata tekanan atmosfera ditentukan.

Oleh kerana tekanan didefinisikan sebagai daya per unit luas, unit tekanan atmosfera dalam Sistem Internasional adalah newton / meter atau pascal, yang disingkat Pa. Jadi dalam sistem ini, tekanan atmosfera P _atm memiliki nilai :

Ini adalah nilai normal tekanan atmosfera pada suhu 0 ºC dan di permukaan laut.

Tekanan atmosfera di permukaan laut dan variasi lain

Secara teori, nilai maksimum tekanan atmosfera hanya di permukaan laut. Walaupun terdapat banyak kebolehubahan pada tahap ini, pakar perlu menetapkan beberapa sistem rujukan untuk membantu mereka menentukan nilainya.

Berikut adalah faktor utama yang mempengaruhi nilai tekanan atmosfera di tempat tertentu di Bumi:

-Tinggi : untuk setiap 10 meter ketinggian, tekanan menurun sebanyak 1 mm Hg. Tetapi juga berlaku bahawa ketumpatan gas yang membentuk atmosfera tidak berterusan. Pada prinsipnya, apabila ketinggian meningkat, ketumpatan udara menurun.

Gambar 2. Altimeter, alat yang mengukur ketinggian di atas permukaan laut berdasarkan perubahan tekanan. Sumber: Pixabay.

- Suhu : jelas semakin tinggi suhu ketumpatannya berkurang dan udara lebih sedikit berat, oleh itu, nilai tekanan menurun.

- Lintang : tekanan atmosfera lebih rendah pada garis lintang khatulistiwa, kerana Bumi bukan sfera sempurna. Pantai di khatulistiwa lebih jauh dari pusat Bumi daripada kutub dan di sana ketumpatan udara juga lebih rendah.

- Benua : semakin bergerak ke arah pedalaman benua, semakin tinggi tekanan atmosfera, sementara di tempat pesisir, tekanannya semakin rendah.

Variasi tekanan atmosfera dengan ketinggian

Persamaan altimetrik yang menghubungkan tekanan atmosfera P suatu tempat dengan ketinggian z di atas permukaan laut, mempunyai bentuk ini:

Di sini P _o adalah tekanan yang ada pada ketinggian awal atau rujukan, yang biasanya diambil di permukaan laut, ρ _atau ketumpatan udara di permukaan laut dan g nilai percepatan graviti. Kemudian di bahagian latihan yang diselesaikan adalah pemotongan langkah demi langkah.

Bagaimana tekanan atmosfera diukur?

Tekanan atmosfera diukur dengan barometer. Yang paling mudah adalah seperti yang dibina Torricelli, berdasarkan merkuri. Kecenderungan tiub atau diameternya tidak mengubah ketinggian lajur merkuri, kecuali jika faktor iklim bertanggungjawab untuk melakukannya.

Contohnya, awan terbentuk di kawasan dengan tekanan rendah. Oleh itu, apabila bacaan barometer menurun, itu adalah tanda bahawa cuaca buruk akan datang.

Sebenarnya cecair lain juga boleh digunakan sebagai ganti merkuri, misalnya barometer air boleh dibuat. Masalahnya ialah ukuran tiang 10,33 m, sangat tidak praktikal untuk diangkut.

Terdapat juga instrumen yang mengukur tekanan secara mekanikal - melalui ubah bentuk dalam tiub atau spiral -: barometer aneroid dan manometer. Mereka dapat mengukur perbezaan tekanan antara dua titik atau juga mengukur tekanan yang mengambil tekanan atmosfera sebagai rujukan.

Unit tekanan

Nilai tekanan normal digunakan untuk menentukan unit tekanan baru: atmosfer, atm yang disingkat. Tekanan atmosfera adalah 1 atm; dengan cara ini tekanan lain dapat dinyatakan dari segi tekanan atmosfera, yang merupakan nilai yang sangat biasa bagi semua:

Jadual berikut menunjukkan unit yang paling banyak digunakan dalam sains dan kejuruteraan untuk mengukur tekanan, dan setara yang sesuai dalam pascal:

Unit	Kesetaraan dalam pascal
N / m 2	satu
atm	101,355
mm Hg	133.3
lb / dalam 2	6894.76
Pub	1x 10 5

Tekanan hidrostatik, mutlak dan tolok

Di permukaan bebas cecair dalam keseimbangan statik dan terbuka ke atmosfera, tekanan atmosfera bertindak. Tetapi pada titik dalaman cecair, tentu saja berat ruang cecair bertindak.

Berat lajur bergantung pada ketinggian dan ketumpatan cecair, yang akan kita anggap tetap, seperti halnya suhu. Dalam kes ini tekanan P adalah:

Ini adalah tekanan hidrostatik pada setiap titik di dalam bendalir dengan ketumpatan malar dan berkadar terus dengan kedalaman z bendalir.

Mengenai tekanan mutlak P _abs dalam bendalir pada saat rehat, didefinisikan sebagai jumlah tekanan atmosfera P _atm dan tekanan hidrostatik P:

Akhirnya, tolok tekanan P _man dalam bendalir dalam keadaan rehat adalah perbezaan antara tekanan mutlak dan atmosfera dan dalam hal ini ia sama dengan mengukur tekanan hidrostatik:

Contoh

Kekuatan yang diberikan oleh atmosfera ke atas badan

Besarnya jumlah daya yang diberikan oleh atmosfer pada tubuh manusia dapat dianggarkan. Katakan bahawa badan mempunyai luas permukaan sekitar 2 m ² , kerana tekanan ditakrifkan sebagai daya per unit luas, kita dapat menyelesaikan dan menghitung daya:

Untuk pengiraan ini, kami akan menggunakan nilai normal tekanan atmosfera yang ditentukan pada awal:

Hasil ini setara dengan kekuatan lebih kurang 20 tan, tetapi tidak mewakili masalah bagi makhluk hidup yang mendiami permukaan Bumi, yang disesuaikan dengan ini, sama seperti ikan di laut.

Walaupun ia adalah kekuatan yang cukup besar. Kenapa kita tidak runtuh sebelum ini?

Nah, tekanan di dalam badan sama dengan tekanan di luar. Kita tidak runtuh kerana daya batin diimbangi oleh kekuatan luar yang lain. Tetapi sebilangan orang terkena ketinggian dan dapat berdarah dari hidung ketika mendaki gunung yang sangat tinggi. Ini kerana keseimbangan antara tekanan darah dan tekanan atmosfera terganggu.

Minum minuman dengan straw atau straw

Tekanan atmosfera memungkinkan untuk minum soda dengan jerami atau jerami. Orang Sumeria dan budaya kuno lain telah mengetahui bahawa mereka boleh minum bir dengan menggunakan batang tanaman berongga atau alang sebagai jerami.

Jauh sekali, pada akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20, pelbagai model jerami dipatenkan di Amerika Syarikat, termasuk yang mempunyai siku berbentuk akordeon, yang banyak digunakan sekarang.

Rajah 3. Tekanan atmosfera membolehkan anda menghirup jerami. Sumber: Pixabay.

Ini adalah cara mereka bekerja: Ketika cairan diserap melalui jerami, tekanan di atas cairan di dalam jerami berkurang, menyebabkan tekanan di bawah, yang lebih tinggi, mendorong cecair ke atas agar mudah diminum.

Atas sebab itu, setelah pengambilan atau pembedahan gigi, tidak disarankan untuk menghirup cairan dengan cara ini, kerana penurunan tekanan dapat menyebabkan luka terbuka dan mulai berdarah.

Latihan

- Latihan 1

Turunkan persamaan altimetrik P (z):

-Po adalah tekanan pada tahap rujukan (permukaan laut)

-z adalah tinggi

-ρ _o adalah ketumpatan cecair di permukaan laut

-g adalah nilai pecutan graviti

Penyelesaian

Pertama, biarkan dp menjadi tekanan pembezaan, yang menurut persamaan asas hidrostatik dinyatakan sebagai:

Tanda minus mengambil kira hakikat bahawa tekanan menurun dengan peningkatan z. Udara juga akan dianggap sebagai gas yang ideal, jadi tekanan dan ketumpatan berkaitan dengan:

Ketumpatan segera diganti untuk mendapatkan:

Sekarang, tekanan menulis dengan cara ini menganggap bahawa atmosfera terbahagi kepada lapisan ketinggian dz, seperti tumpukan pancake, masing-masing dengan tekanan dp. Dengan cara ini, persamaan pembezaan diperoleh yang diselesaikan dengan memisahkan pemboleh ubah p dan z:

Ia kemudian disatukan di kedua sisi, yang setara dengan menambahkan sumbangan tekanan yang dibuat oleh setiap lapisan. Pada kamiran di sebelah kiri dibuat dari tekanan P _atau awal hingga tekanan akhir P. Dengan cara yang sama, integral di sebelah kanan menilai dari z _o ke z:

Berikut ini adalah untuk menyelesaikan P menggunakan eksponensial:

Akhirnya, jika kedua-dua T dan g disimpan tetap, ρ _o = (M / RT) P _o , maka M / RT = ρ _o / P _o, dan kita juga dapat membuat z _o = 0. Menggabungkan semua ini:

- Latihan 2

Berapakah nilai tekanan atmosfera di La Paz, Bolivia yang terletak pada ketinggian 3640 m dari permukaan laut? Ambil ketumpatan udara rata-rata 1,225 kg / m ³ di permukaan laut.

Penyelesaian

Cukup ganti nilai berangka yang diberikan dalam persamaan altimetrik:

Kesimpulannya, kira-kira 66% tekanan normal.

Rujukan

1. Figueroa, D. (2005). Siri: Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 5. Cecair dan Termodinamik. Disunting oleh Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fizik: Pandangan Dunia. Edisi ringkasan ke-6. Pembelajaran Cengage.
3. Suasana Piawai. Dipulihkan dari: av8n.com
4. Universiti Sevilla. Variasi tekanan atmosfera. Dipulihkan dari: laplace.us.es.
5. Wikipedia. Persamaan hipsometrik. Dipulihkan dari: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Tekanan atmosfera. Dipulihkan dari: es.wikipedia.org.