Про тиск атмосфери і його вимір

Атмосфера Землі чинить тиск, як і будь-який інший газ. Хоча ми зазвичай не помічаємо атмосферного тиску, ми чутливі до змін тиску, наприклад, коли ваші вуха «закладаються» під час зльоту чи посадки, під час польоту або коли ви занурюєтеся під воду. Тиск газу обумовлено силою, яка надається молекулами газу, що зіштовхуються з поверхнями об’єктів (рисунок 1). Хоча сила кожного зіткнення дуже мала, будь-яка поверхня помітною області відчуває велику кількість зіткнень за короткий час, що може привести до високого тиску. Фактично, нормальний тиск повітря досить сильний, щоб розчавити металевий контейнер, якщо він не урівноважений рівним тиском всередині контейнера.


Манометр вимірює різницю в тиску повітря або рідини, порівнюючи її з зовнішнім джерелом, зазвичай тиском атмосфери Землі. Існує кілька типів манометрів, найпростішим з яких є пьезометрична трубка, яка представляє собою одну трубку і підстава для рідини. Більш поширені манометри мають U-подібну форму і з’єднані між собою трубками. Манометри використовуються в атмосферних дослідженнях, погодних дослідженнях, газових аналізах і дослідженнях атмосфер інших планет. Вони зазвичай зроблені зі скла або пластику, і, хоча більшість з них застосовуються для вимірювання, деякі можуть вимірювати зміни в цифровому вигляді. Однотрубний манометр вимірює тільки тиск рідини, оскільки немає альтернативного місця для порівняння газів. U-подібний манометр, по суті, зіставляє два різних тиску газу один з одним і вимірює тиск вимірюваного газу.

Механіка манометрів

У трубку поміщається рідина, зазвичай рідина, така як ртуть, яка стабільна під тиском. Один кінець U-подібної трубки потім заповнюється вимірюваним газом, зазвичай закачується таким чином, щоб трубка могла бути закрита за нею. Інший кінець залишається відкритим для природного рівня тиску. Потім рідина врівноважується в нижній частині U-подібного манометра в залежності від тиску газу. Атмосферний тиск чинить тиск на рідину, змушуючи її опускатися в закритий кінець трубки. Газ, захоплений в герметичному кінці, також виштовхує вниз, змушуючи рідина повертатися на іншу сторону.

Потім проводиться вимір, щоб бачити, як далеко рідина в герметичному кінці була виштовхнута або нижче точки рідини у відкритому кінці, або над нею. Якщо рідина врівноважена, прямо в обох трубках, то газ дорівнює тиску зовнішнього повітря. Якщо рідина піднімається вище цього рівня в герметичному кінці, то тиск повітря важче, ніж газ. Якщо газ важчий за повітря, він виштовхне рідину в герметичний кінець нижче рівня рівноваги.

Оскільки атмосфера Землі змінюється в залежності від висоти і температури, різниця повинна бути врахована для досягнення середнього атмосферного тиску. В іншому випадку манометр покаже трохи різні результати на різних висотах, що унеможливить проведення точних досліджень.