Torricelli Experiment Atmosphärische Druckmaße, Wichtigkeit

Er Torricelli -Experiment Es wurde vom italienischen Physiker und Mathematiker durchgeführt.

Dieses Experiment ergab sich aus der Notwendigkeit, die Wasserversorgung in Städten zu verbessern. Evangelist Torricelli (1608-1647), der ein Mathematiker des Gerichts des Großherzogs der Toskana Fernando II.

Abbildung 1. Torricellis Experiment, in dem die Quecksilbersäule 760 mm aufgrund des atmosphärischen Drucks beträgt. Quelle: f. Zapata.

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Das Experiment

1644 machte Torricelli die folgende Erfahrung:

- Mercury in einem 1 -m -Röhrchen eingeführt, von einem Ende geöffnet und von der anderen geschlossen.

- Als die Röhre völlig voll war, investierte er es und hob sie in einen Behälter auf, der auch Quecksilber enthielt.

- Torricelli beobachtete, dass die Säule bei etwa 76 cm hoch war und angehalten wurde.

- Er erkannte auch, dass in dem freien Raum ein Vakuum erzeugt worden war, obwohl nicht perfekt.

Torricelli wiederholte das Experiment mit verschiedenen Röhrchen. Er führte sogar eine kleine Variante aus: Er fügte dem Eimer Wasser hinzu, der, leichter, auf Quecksilber schwebte. Dann erhöhte sich das Röhrchen, das Quecksilber an der Oberfläche des Wassers enthielt.

Dann stieg das Quecksilber ab und das Wasser kletterte. Die erhaltene Leere, wie wir bereits gesagt haben, war nicht perfekt, da es immer Überreste von Quecksilber oder Wasserdampf gab.

Das Maß für den atmosphärischen Druck

Die Atmosphäre ist ein Gemisch von Gasen, bei dem Stickstoff und Sauerstoff mit Spuren anderer Gase wie Argon, Kohlendioxid, Wasserstoff, Methan, Kohlenmonoxid, Wasserdampf und Ozon vorherrschen.

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Die von der Erde ausgeübte Gravitationsanziehung ist dafür verantwortlich, das gesamte Umfeld auf dem Planeten zu halten.

Natürlich ist die Zusammensetzung weder einheitlich noch die Dichte, da sie von der Temperatur abhängt. In der Nähe der Oberfläche gibt es eine gute Menge Staub, Sand und Schadstoffe von Naturereignissen und auch menschlicher Aktivitäten. Die schwersten Moleküle sind näher am Boden.

Da es so viel Variabilität gibt, ist es notwendig, eine Referenzhöhe für den atmosphärischen Druck auszuwählen, der als Meeresspiegel genommen wurde.

Hier ist kein Meeresspiegel, da dies auch Schwankungen darstellt. Die Ebene o Datum Mit Hilfe wird ein geodätisches Referenzsystem gewählt, das durch eine gemeinsame Übereinstimmung zwischen Experten festgelegt wird.

Wie viel kostet der atmosphärische Druck in der Nähe des Bodens?? Torricelli fand seinen Wert, als es die Höhe der Säule gemessen hat: 760 mm Quecksilber.

Das Torricelli -Barometer

Im oberen Teil des Rohrs beträgt der Druck 0. Inzwischen auf der Oberfläche der Quecksilbertanne der Druck P₁ Es ist atmosphärischer Druck.

Wir wählen den Ursprung des Referenzsystems auf der freien Oberfläche des Quecksilbers an der Spitze der Röhre. Von dort, bis Sie die Oberfläche des Quecksilbers im Behälter erreichen, wird er gemessen H, Die Höhe der Säule.

Figur 2. Das Torricelli -Barometer. Quelle: Allgemeine Physik für Ingenieure. J. Legen. Usach.

Der Druck an dem Punkt, der rot markiert ist, in Tiefe und₁ Ist:

P₁ = P_entweder + ρ_Hg . G.Und₁

Wo ρ_Hg  Es ist die Dichte des Quecksilbers. Seit Und₁ = H Und Po = 0:

P₁ = ρ_Hg . G.H

H = p₁/ ρ_Hg.G

Da die Dichte des Quecksilbers konstant ist und auch die Schwerkraft, stellt sich heraus, dass die Höhe der Quecksilbersäule proportional zu ist P_1, Was ist atmosphärischer Druck. Austausch von bekannten Werten:

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H = 760 mm = 760 x 10 ^-3 M

G = 9.8 m/s²

ρ_Hg = 13.6 g /cc = 13.6 x 10 ³ kg/m³

P₁ = 13.6 x 10 ³ kg/m³ x 9.8 m/s² x 760 x 10 ^-3 M = 101.293 n/m²= 101.3 kN/m²

Die Einheit für Druck im internationalen System ist die pascal, abgekürzte PA. Nach Torricellis Experiment beträgt der atmosphärische Druck 101.3 kPa.

Bedeutung des atmosphärischen Drucks für Klima

Torricelli beobachtete, dass das Quecksilberniveau im Röhrchen jeden Tag geringfügige Abweichungen aufwies, sodass er den atmosphärischen Druck auch ändern sollte.

Der atmosphärische Druck ist für einen großen Teil des Wetters verantwortlich, seine täglichen Abweichungen bleiben jedoch unbemerkt. Es liegt daran, dass sie beispielsweise nicht so bemerkenswert sind wie Stürme oder Kälte.

Diese Variationen des atmosphärischen Drucks sind jedoch für Winde verantwortlich, was wiederum Regenfälle, Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit beeinflusst. Wenn sich der Boden erwärmt.

Immer wenn das Barometer auf hohen Drücken hinweist, können Sie ein gutes Wetter erwarten, während bei niedrigen Drücken die Chance auf Stürme besteht. Um jedoch Kernklimavorhersagen zu treffen.

Er Torr und andere Einheiten für Druck

Obwohl es seltsam klingt, da der Druck als Kraft pro Flächeneinheit definiert wird, ist es in Meteorologie gültig, den atmosphärischen Druck in Millimetern des Quecksilbers auszudrücken, wie Torricelli ihn feststellte.

Es liegt daran, dass das Quecksilberbarometer heute weiterhin mit wenigen Variationen verwendet wird. Mit anderen Worten:

1 Torr = 760 mm Hg = 30 Zoll Hg = 1 Druckatmosphäre = 101.3 kPa

Wenn Torricelli Wasser anstelle von Quecksilber verwendet hätte, wäre die Säulenhöhe 10 sein.3 m. Das Quecksilberbarometer ist praktischer, um kompakter zu sein.

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Andere Einheiten der erweiterten Verwendung sind Bars und Millibars. Ein Millibar entspricht einem Hektopascal oder 10² Pascales.

Höhenmesser

Ein Höhenmesser ist ein Instrument, das die Höhe eines Ortes angibt und den atmosphärischen Druck in dieser Höhe vergleicht.

Wenn die Höhe nicht sehr groß ist, können wir im Prinzip annehmen, dass die Luftdichte konstant bleibt. Dies ist jedoch ein Ansatz, weil wir wissen, dass die Dichte der Atmosphäre mit der Höhe abnimmt.

Durch die oben verwendete Gleichung wird die Luftdichte anstelle von Quecksilber verwendet:

P₁ = P_entweder + ρ_Luft . G.H

In diesem Ausdruck P_entweder Es wird als atmosphärischer Druck auf Bodenebene und angenommen P1 Es ist der Ort, dessen Höhe bestimmt wird:

H = (p)₁ - P_entweder) / ρ_Luft . G

Die Variation des Drucks mit der Höhe ist bessere Ansätze zur Realität mit einem exponentiellen Modell, durch das die Altimetrische Gleichung, Das bezieht sich auf den atmosphärischen Druck eines Ortes mit seiner Höhe:Wo P_entweder Es ist der Referenzdruck, normalerweise auf Meereshöhe, P₁ ist der Druck des fraglichen Ortes, H seine Größe in Bezug auf den Meeresspiegel, ρ die Dichte der Luft auf Meereshöhe und G Der Wert der Schwerkraft.

Die altimetrische Gleichung zeigt, dass der Druck exponentiell mit der Höhe abnimmt: zu H = 0, p₁= P_entweder und wenn H → ∞, So P₁=0.

Verweise

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