Вес воздуха. Атмосферное давление

Известно, что воздух – это смесь газов: в основном – азота, кислорода, водяного пара, углекислого газа и других.

Воздух имеет вес. Установлено, что вес 1 м³ воздуха равен приблизительно 13 Н.

Воздушную оболочку, окружающую Землю, называют атмосферой.

Атмосферное давление – давление, которое оказывает атмосфера Земли на все тела, в ней находящиеся. Существование атмосферного давления объясняется наличием веса у воздуха: верхние слои атмосферы своим весом действуют на нижние слои, сжимая их.

Измерениями установлено, что с увеличением высоты плотность и давление воздуха уменьшается.

Атмосфера Земли четкой границы не имеет.

Существование атмосферы вокруг Земли обусловлено тем, что на молекулы воздуха действует сила тяжести и они находятся в беспорядочном движении, причем скорости большинства молекул значительно меньше второй космической скорости.

Замечание: Вторая космическая скорость – скорость, необходимая телу, чтобы покинуть Землю (преодолеть силу притяжения Земли). u_II = 11,2 км/с.

 

Задание: Приведите примеры приборов, действие которых основано на существовании атмосферного давления. Объясните принцип их действия.

 

Измерение атмосферного давления.

а) Измерить атмосферное давление можно с помощью опыта, предложенного итальянским ученым Эванджелиста Торричелли (1608–1647).

Ртуть находится в равновесии

ß

Атмосферное давление уравновешивается

давлением ртутного столба.

Внесистемная единица измерения атмосферного давления: 1 мм рт. ст.

Мм рт. ст.» 133,3 Па

Замечание: Пространство над ртутью в трубке называют «Торричеллиевой пустотой», так как давление находящихся в нем паров ртути так мало, что им можно пренебречь.

 

Нормальным атмосферным давлением называется атмосферное давление, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0 °С.

Обозначение: p₀

760 мм рт. ст. = 101300 Па = 1013 гПа

При решении задач можно брать p₀» 100000 Па = 10⁵ Па.

 

Барометр –прибор для измерения атмосферного давления. Барометры бывают двух типов:

· ртутный барометр (простейший – трубка Торричелли с прикрепленной к ней шкалой);

· барометр-анероид (безжидкостный).

Основные части анероида:

1) упругая, полая внутри металлическая коробочка с волнистой поверхностью. Внутри коробочки создан вакуум (вакуум – состояние газа при давлении, значительно меньшем атмосферного; вакуум можно получить при помощи откачивающего насоса);

2) пружинящая металлическая пластина;

3) передаточный механизм;

4) стрелка-указатель;

5) шкала;

6) застекленный корпус прибора.

 

 

Атмосферное давление зависит от:

· погоды (понижение атмосферного давления – к ухудшению погоды; повышение – к ее улучшению);

· высоты над уровнем моря (подъем на каждые 12 м ведет к уменьшению давления на 1 мм рт. ст.).

 

Прибор для определения высоты над уровнем моря называется высотомером (альтиметром). Это барометр, имеющий шкалу, размеченную в единицах высоты.

 

 

б) Манометр – прибор для измерения разности давления жидкости или газа, находящегося в закрытом сосуде, и атмосферного давления.

Манометры бывают жидкостные и металлические.

 

Открытый жидкостный манометр.

p – давление газа в сосуде.

p = p₀ + rgh,

где r - плотность жидкости, находящейся в манометре;

h – избыточный столб жидкости.

p – p₀ = rgh

Таким образом, давление p в сосуде больше (меньше) атмосферного давления на величину давления избыточного столба жидкости высотой h в колене манометра.

Пользуясь манометром этого типа, измеряют разность давлений в сантиметрах или миллиметрах столба той жидкости, которая находится в манометре (по шкале прибора). Обычно в манометрах используют ртуть, воду или спирт.

Зная плотность жидкости и величину атмосферного давления, можно выразить давление p в паскалях.

 

Задание: Нарисуйте (схематически) в тетради как будут располагаться уровни жидкости в коленах манометра, если давление газа в сосуде: а) меньше атмосферного; б) равно атмосферному.

Металлический манометр.

Основные части:

1) согнутая в дугу полая металлическая трубка (способна изменять свою форму при изменении давления внутри нее);

2) стрелка-указатель;

3) зубчатый передаточный механизм;

4) кран;

5) рычаг;

6) шкала;

7) застекленный корпус прибора.

 

 

Замечание: Часто технические манометры имеют шкалу, начальное деление которой отмечено цифрой «0», что соответствует значению атмосферного давления. Тогда для определения давления газа, находящегося в закрытом сосуде, необходимо к показаниям манометра прибавить атмосферное давление по показаниям барометра.

 

в) Действие поршневых жидкостных насосов основано на явлении поднятия жидкости за поршнем под действием атмосферного давления.

 

Задание: Объясните работу поршневых жидкостных насосов, изображенных на нижеприведенных рисунках:

 

1, 2 – клапаны; 1, 2 – клапаны;

3 – поршень; 3 – поршень;

4 – рукоятка. 4 – воздушная камера;

5 – рукоятка.

ВЫТАЛКИВАЮЩАЯ СИЛА