О давлении атмосферы и его измерении

Атмосфера Земли оказывает давление, как и любой другой газ. Хотя мы обычно не замечаем атмосферного давления, мы чувствительны к изменениям давления, например, когда ваши уши «открываются» во время взлета и посадки во время полета или когда вы погружаетесь под воду. Давление газа обусловлено силой, оказываемой молекулами газа, сталкивающимися с поверхностями объектов (рисунок 1). Хотя сила каждого столкновения очень мала, любая поверхность заметной области испытывает большое количество столкновений за короткое время, что может привести к высокому давлению. Фактически, нормальное давление воздуха достаточно сильное, чтобы раздавить металлический контейнер, если он не уравновешен равным давлением внутри контейнера.


Манометр измеряет разницу в давлении воздуха или жидкости, сравнивая ее с внешним источником, обычно давлением атмосферы Земли. Существует несколько типов манометров, самым простым из которых является пьезометрическая трубка, представляющая собой одну трубку и основание для жидкости. Более распространенные манометры имеют U-образную форму и соединены между собой трубками. Манометры используются в атмосферных исследованиях, погодных исследованиях, газовых анализах и исследованиях атмосфер других планет. Они обычно сделаны из стекла или пластика, и, хотя большинство из них применяются для измерения, некоторые могут измерять изменения в цифровом виде. Однотрубный манометр измеряет только давление жидкости, поскольку нет альтернативного места для сравнения газов. U-образный манометр, по существу, сопоставляет два разных давления газа друг с другом и измеряет давление измеряемого газа.

Механика Манометров

В трубку помещается жидкость, обычно реагирующая жидкость, такая как ртуть, которая стабильна под давлением. Один конец U-образной трубки затем заполняется измеряемым газом, обычно закачивается таким образом, чтобы трубка могла быть закрыта за ней. Другой конец остается открытым для естественного уровня давления. Затем жидкость уравновешивается в нижней части U-образного манометра в зависимости от давления газа. Атмосферное давление оказывает давление на жидкость, заставляя ее опускаться в закрытый конец трубки. Газ, захваченный в герметичном конце, также выталкивает вниз, заставляя жидкость возвращаться на другую сторону.

Затем проводится измерение, чтобы видеть, как далеко жидкость в герметичном конце была вытолкнута либо ниже точки жидкости в открытом конце, либо над ней. Если жидкость уравновешена, прямо в обеих трубках, то газ равен давлению наружного воздуха. Если жидкость поднимается выше этого уровня в герметичном конце, то давление воздуха тяжелее, чем газ. Если газ тяжелее воздуха, он вытолкнет жидкость в герметичный конец ниже уровня равновесия.

Поскольку атмосфера Земли меняется в зависимости от высоты и температуры, разница должна быть учтена для достижения среднего атмосферного давления. В противном случае манометр покажет немного разные результаты на разных высотах, что сделает невозможным проведение точных исследований.