Ατμοσφαιρική πίεση

Λεξιλόγιο/νέες έννοιες:

Ατμόσφαιρα – Πρόκειται για το αέριο περίβλημα που περιβάλλει τη Γη. Αποτελείται κυρίως από άζωτο (περίπου 78%) και οξυγόνο (περίπου 21%), αργό (περίπου 0,9%) , διοξείδιο του άνθρακα και άλλα αέρια σε μικρές ποσότητες.

Δύναμη  – η δύναμη με την οποία το σώμα ενεργεί στο στήριγμα. Εφαρμόζεται κάθετα προς το στήριγμα.

Πίεση – το μέγεθος της δύναμης που δρα ανά μονάδα επιφάνειας.

Πίεση = δύναμη  / μονάδα επιφάνειας

Η μονάδα πίεσης που υιοθετείται στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI) είναι το πασκάλ (Pa). Ένα πασκάλ ισούται με τη δύναμη ενός Newton που ασκείται σε ένα τετραγωνικό μέτρο (N/m²).

Θυμηθείτε επίσης τη σημασία των ακόλουθων όρων:

Βαρυτική δύναμη της Γης

εξάτμιση, βρασμός υγρού

θερμοκρασία βρασμού

Ατμοσφαιρική πίεση

Η Γη περιβάλλεται από ένα παχύ στρώμα αέρα που ονομάζεται ατμόσφαιρα. Υπάρχουν περίπου 10 τόνοι αέρα πάνω από κάθε τετραγωνικό μέτρο της γήινης επιφάνειας. Αυτός ο αέρας ασκεί πίεση και δημιουργεί μια πίεση σε όλα τα σώματα στη Γη, η οποία ονομάζεται ατμοσφαιρική πίεση. Τα ανώτερα στρώματα του αέρα συμπιέζουν τα κατώτερα στρώματα. Όσο περισσότερος αέρας υπάρχει πάνω από ένα μέρος, τόσο μεγαλύτερη είναι η ατμοσφαιρική πίεση. Ο αέρας που βρίσκεται πιο κοντά στην επιφάνεια της Γης είναι ο πιο πυκνός και έχει τη μεγαλύτερη πίεση. Η ατμοσφαιρική πίεση αλλάζει συνεχώς. Εξαρτάται από:

• Υψόμετρο – όσο πιο ψηλά ανεβαίνουμε, ο αέρας γίνεται πιο αραιός και η πίεση μειώνεται- στο επίπεδο της θάλασσας, η ατμοσφαιρική πίεση είναι η υψηλότερη.
• Θερμοκρασία του αέρα – οδηγεί σε αλλαγή της ατμοσφαιρικής πίεσης κατά τη διάρκεια της ημέρας- σε υψηλότερη θερμοκρασία η επιφάνεια της γης θερμαίνεται έντονα, ο θερμός αέρας ανεβαίνει προς τα πάνω και δημιουργεί μια ζώνη μικρότερης πυκνότητας και χαμηλής πίεσης- ο ψυχρός αέρας είναι πυκνότερος και έτσι σε χαμηλότερες θερμοκρασίες η πίεση στη ζώνη αυτή αυξάνεται.
• Υγρασία – η υψηλή υγρασία συνεπάγεται χαμηλότερη ατμοσφαιρική πίεση, καθώς οι υδρατμοί είναι ελαφρύτεροι από τον αέρα.
• Ατμοσφαιρική ρύπανση – οδηγεί στην υπερθέρμανση του πλανήτη και στην αλλαγή του κλίματος, επομένως είναι σημαντικό να μειωθούν οι εκπομπές και να διατηρηθεί η ατμόσφαιρα καθαρή.
• Η κίνηση των αερίων μαζών – οι άνεμοι μεταφέρουν αέρα με διαφορετικές πιέσεις και έτσι επηρεάζουν την κατανομή της πίεσης στην ατμόσφαιρα.

Η πίεση επηρεάζει πολλούς τομείς της ζωής μας – μετεωρολογία, αεροπλοΐα, ορειβασία, καταδύσεις, μηχανική, κατασκευαστικές διαδικασίες.

Πώς επηρεάζει η ατμοσφαιρική πίεση το σημείο βρασμού ενός υγρού;

Η θερμοκρασία στην οποία ένα υγρό βράζει και αρχίζει να αλλάζει από υγρή σε αέρια κατάσταση σε όλο τον όγκο του ονομάζεται σημείο βρασμού. Η πίεση των ατμών εξισώνεται τότε με την πίεση του περιβάλλοντος. Η θερμοκρασία αυτή δεν είναι σταθερό μέγεθος αλλά εξαρτάται από την ατμοσφαιρική πίεση που ασκείται στην επιφάνεια του υγρού.

Όσο υψηλότερη είναι η ατμοσφαιρική πίεση σε μια θέση, τόσο υψηλότερο είναι το σημείο βρασμού. Κατά τον βρασμό, σχηματίζονται φυσαλίδες σε όλο τον όγκο του υγρού, οι οποίες φτάνουν στην επιφάνεια μόνο αν η πίεση στο εσωτερικό τους υπερβαίνει ελαφρώς την ατμοσφαιρική πίεση του περιβάλλοντος, επειδή τα μόρια του υγρού χρειάζονται περισσότερη ενέργεια (δηλ. υψηλότερη θερμοκρασία) για να ξεπεράσουν τις δυνάμεις έλξης μεταξύ τους και να περάσουν στην αέρια κατάσταση.

Σε μεγάλα υψόμετρα η ατμοσφαιρική πίεση είναι χαμηλότερη και το νερό βράζει σε χαμηλότερη θερμοκρασία. Στην περίπτωση αυτή, τα μόρια του υγρού χρειάζονται λιγότερη ενέργεια (άρα χαμηλότερη θερμοκρασία) για να διαχωριστούν από την επιφάνειά του, οπότε ο βρασμός ξεκινά σε χαμηλότερη θερμοκρασία. Για παράδειγμα, στις Άλπεις ή στα Ιμαλάια το σημείο βρασμού είναι 85°C , δηλαδή το υγρό βράζει σε χαμηλότερη θερμοκρασία.
Στην κουζίνα χρησιμοποιούμε μια χύτρα ταχύτητας. Σε αυτήν δημιουργείται πίεση υψηλότερη από την ατμοσφαιρική. Η πίεση αυξάνεται σημαντικά και το νερό στην κατσαρόλα βράζει σε υψηλότερη θερμοκρασία, έως και 115°C , αλλά δεν δαπανάται ενέργεια για τη μετατροπή του σε ατμό, οπότε το φαγητό σε αυτή μαγειρεύεται πιο γρήγορα και σε καλύτερη ποιότητα.

Πώς μετράται η ατμοσφαιρική πίεση;

Για τη μέτρηση της ατμοσφαιρικής πίεσης χρησιμοποιείται μια ειδική συσκευή – το βαρόμετρο.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι βαρομέτρων:

• Βαρόμετρο υδραργύρου – ένας κλασικός τύπος οργάνου που εφευρέθηκε το 1644 από τον Ιταλό επιστήμονα Evangelista Torricelli. Είναι ένας γυάλινος σωλήνας γεμάτος με υδράργυρο και με κενό στην κορυφή. Το κάτω άκρο του σωλήνα είναι ανοιχτό και βυθίζεται σε δοχείο υδραργύρου. Μια κλίμακα τοποθετημένη δίπλα στον υδραργυρικό σωλήνα διαβάζει την ατμοσφαιρική πίεση σε χιλιοστά υδραργύρου. Το όργανο αυτό χρησιμοποιείται κυρίως σε εργαστήρια, επειδή η λειτουργία του είναι επικίνδυνη λόγω της τοξικότητας του υδραργύρου.

• Ανεροειδές βαρόμετρο (aneroid)– το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο βαρόμετρο σήμερα. Το κύριο μέρος του είναι ένα ερμητικά σφραγισμένο μεταλλικό κουτί κενού. Η δύναμη της πίεσης του αέρα επιδρά στα εύκαμπτα τοιχώματα του κουτιού από το εξωτερικό. Η συμπιεστική δύναμη του συμπιεσμένου ελατηρίου του οργάνου δρα εναντίον του. Ως αποτέλεσμα, το κουτί παραμορφώνεται, οι αλλαγές μεταδίδονται στον δείκτη που διαβάζει την πίεση στην κλίμακα.

• Altimeter – χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του υψομέτρου μιας τοποθεσίας. Λειτουργεί με βάση την αρχή του ανεροειδούς και μετρά τις μεταβολές της πίεσης. Λαμβάνοντας υπόψη αυτές τις μεταβολές, το όργανο υπολογίζει και εμφανίζει σε ποιο υψόμετρο βρίσκεστε. Υπάρχουν διάφοροι τύποι υψομέτρων και χρησιμοποιούνται συχνότερα από πεζοπόρους, στην αεροπορία και τη μετεωρολογία και στην τοπογραφία.

Η διεθνής μονάδα μέτρησης της ατμοσφαιρικής πίεσης είναι το pascal (συμβολίζεται με Pa). Πήρε το όνομά της προς τιμήν του Γάλλου φυσικού και μαθηματικού Μπλεζ Πασκάλ. Ένα πασκαλ ισούται με τη δύναμη ενός Newton ανά τετραγωνικό μέτρο N /m2.

Μια παράγωγη, ευρέως χρησιμοποιούμενη τυποποιημένη μονάδα μέτρησης στη μετεωρολογία και τη μηχανική είναι το hectoπασκάλ (hPa): 1 hPa = 100 Pa, και το κιλοπασκάλ (kPa): 1 kPa = 1000 Pa.

Γιατί είναι σημαντική η μέτρηση της ατμοσφαιρικής πίεσης;

Η μέτρηση της ατμοσφαιρικής πίεσης παρέχει πολύτιμες πληροφορίες σε πολλούς τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας και μας βοηθά να προβλέψουμε διάφορα φυσικά φαινόμενα. Παραδείγματος χάριν:

• Για την πραγματοποίηση βραχυπρόθεσμων και μακροπρόθεσμων μετεωρολογικών προβλέψεων. Οι μεταβολές της ατμοσφαιρικής πίεσης συνδέονται στενά με διάφορα καιρικά φαινόμενα – βροχοπτώσεις, σύννεφα, καταιγίδες, τυφώνες κ.λπ. Η ανάλυση δεδομένων επιτρέπει στους μετεωρολόγους να κάνουν έγκαιρες προειδοποιήσεις για επικίνδυνα φυσικά φαινόμενα, καθιστώντας δυνατή τη λήψη μέτρων και την αποτροπή ανεπιθύμητων συνεπειών.
• Για να εξασφαλιστεί η ασφάλεια των πτήσεων, με τον καθορισμό του ύψους πτήσης για την αποφυγή αναταράξεων. Χρήση δεδομένων ατμοσφαιρικής πίεσης για τον καθορισμό του ύψους πτήσης για την πλοήγηση και τον σχεδιασμό διαδρομών.
• Να παρακολουθούν την κλιματική αλλαγή και να αναλύουν τις επιπτώσεις της ανθρώπινης δραστηριότητας στην ατμόσφαιρα.
• Να σχεδιάζουν τις δραστηριότητες των πολλών τομέων της βιομηχανίας που εξαρτώνται από τις καιρικές συνθήκες – γεωργία, κατασκευές, ενέργεια.

Η ατμοσφαιρική πίεση επηρεάζει επίσης το ανθρώπινο σώμα, ιδίως σε πιο ευαίσθητα άτομα και σε άτομα με χρόνιες ασθένειες.

Η χαμηλή ατμοσφαιρική πίεση μπορεί να προκαλέσει πονοκεφάλους, κόπωση και κούραση, μυϊκούς και αρθρικούς πόνους, δυσκολίες στην αναπνοή (σε άτομα με άσθμα και άλλες αναπνευστικές παθήσεις), προβλήματα ύπνου, καρδιακά προβλήματα. Συνδέεται με δυσμενείς επιπτώσεις στην υγεία, καθώς επηρεάζει τα επίπεδα οξυγόνου στο αίμα και τις επιμέρους λειτουργίες του σώματος.

Η υψηλή ατμοσφαιρική πίεση είναι πιο φιλική προς τους ανθρώπους, καθώς συνδέεται με λιγότερες βροχοπτώσεις και λιγότερες αλλαγές στον καιρό. Συνεπάγεται σταθερές ατμοσφαιρικές συνθήκες, οι οποίες μπορεί να έχουν ακόμη και θετική επίδραση στη γενική κατάσταση του οργανισμού, βελτιώνοντας τη διάθεση, μειώνοντας τις αλλεργικές και ασθματικές αντιδράσεις, καθώς και τους πόνους στις αρθρώσεις.