Атмосферното налягане

Речник/нови понятия:

Атмосфера – газовата обвивка, която обгражда Земята. Тя е съставена предимно от азот (около 78%) и кислород (около 21%), аргон (около 0,9%) , въглероден диоксид и др. газове в малки количества.

Натиск – силата, с която тялото действа на опората. Тя е приложена перпендикулярно на опората.

Налягане – големината на натиска, действаща на единица площ

Налягане = натиск/единица площ

Единицата за налягане, приета в Международната система от единици (SI) е паскал (Pa). Един паскал е равен на силата от един нютон, действаща на един квадратен метър (N/m²).

Припомнете си значението и на следните термини:

гравитационна сила на Земята

изпарение, кипене на течността

температура на кипене

Атмосферно налягане

Земята е обгърната от дебел слой въздух, наречен атмосфера. Над всеки квадратен метър от земната повърхност има около 10 тона въздух. Този въздух упражнява натиск и създава налягане върху всички тела на Земята, което се нарича атмосферно налягане. Горните слоеве на въздуха притискат долните слоеве. Колкото повече въздух има над дадено място, толкова по-голямо е атмосферното налягане. Най-плътен и с най-голям натиск е въздухът, който е най-близо до земната повърхност. Атмосферното налягане се променя постоянно. То зависи от:

• Надморската височина – колкото по-високо се качваме, толкова въздухът става по-разреден и налягането намалява; на морското равнище атмосферното налягане е най-високо.
• Температурата на въздуха – води до промяна в атмосферното налягане през деня; при по-висока температура земната повърхност се нагрява силно, топлият въздух се издига нагоре и създава зона с по-малка плътност и ниско налягане; студеният въздух е по-плътен и затова при по-ниски температури налягането в тази зона се увеличава.
• Влажността на въздуха – високата влажност предполага по-ниско атмосферно налягане, тъй като водните пари са по-леки от въздуха.
• Замърсяването на въздуха – води до глобално затопляне и промени в климата, затова е важно да намалим вредните емисии и да опазим атмосферата чиста.
• Движението на въздушните маси – ветровете пренасят въздух с различно налягане и така оказват влияние на разпределението на налягането в атмосферата.

Налягането засяга много области от живота ни – метеорология, авиация, алпинизъм, гмуркане, инженерство, производствени процеси.

Как атмосферното налягане влияе върху температурата на кипене на дадена течност?

Температурата, при която течността завира и започва да преминава от течно в газообразно агрегатно състояние в целия си обем, се нарича температура на кипене. Тогава налягането на пáрата се изравнява с налягането на околната среда. Тази температура не е постоянна величина, а зависи от атмосферното налягане, упражнявано върху повърхността на течността.

Колкото по-високо е атмосферното налягане на дадено място, толкова по-висока е температурата на кипене. При кипене в целия обем на течността се образуват мехурчета, които достигат до повърхността само ако налягането в тях малко надвишава околното атмосферно налягане, тъй като молекулите на течността се нуждаят от повече енергия (т.е. по-висока температура), за да преодолеят силите на привличане между тях и да преминат в газообразно състояние.

На голяма надморска височина атмосферното налягане е по-ниско и водата кипи при по-ниска температура. В този случай молекулите на течността се нуждаят от по-малко енергия (съответно, по-ниска температура), за да се отделят от повърхността ѝ, при което кипенето започва при по-ниска температура. Например, в Алпите или Хималаите температурата на кипене е 85°С , т.е. течността завира при по-ниска температура. Поради това ястията на такава височина се варят по-дълго, а някои храни не могат да се готвят там.

В кухнята използваме тенджера под налягане. В нея се създава по-високо налягане от атмосферното. Налягането в нея се увеличава значително и водата в тенджерата ври при по-висока температура – до 115°С , но не се изразходва енергия за превръщането ѝ в пáра, така че храната в нея се приготвя по-бързо и с по-добро качество.

Как се измерва атмосферното налягане?

За измерване на атмосферното налягане се използва специален уред – барометър.

Има различни видове барометри:

• Живачен барометър – класически тип уред, изобретен през 1644 г. от италианския учен Еванджелиста Торичели. Представлява затворена в единия си край стъклена тръба, напълнена с живак и с вакуум в горната си част. Долният край на тръбата е отворен и потопен в съд с живак. По скáла, разположена до тръбата с живак, се отчита атмосферното налягане в милиметри живачен стълб. Този уред се използва предимно в лаборатории, защото е опасен за работа поради токсичността на живака.

• Анероиден барометър (анероид) – най-често използваният барометър днес. Основната му част е херметично затворена метална вакуумна кутия. Силата на налягането на въздуха действа върху гъвкавите стени на кутията отвън. Силата на натиск на сгънатата пружина в уреда действа срещу нея. В резултат на това кутията се деформира, промените се предават на стрелката, която отчита налягането върху скàла.

• Висотомер – използва се за измерване на надморската височина на дадено място. Работи на принципа на анероидите и измерва промените в налягането. Като отчита тези промени, уредът пресмята и показва на каква надморска височина се намирате. Има различни видове висотомери, като най-често те се използват от туристи, в авиацията и метеорологията, в геодезията.

Международната единица за измерване на атмосферното налягане е паскал (означава се с Pa). Наречена е в чест на френския физик и математик Блез Паскал. Един паскал е равен на силата от един нютон на квадратен метър N/m².

Производна, често използвана стандартна мерна единица в метеорологията и в инженерството е хектопаскал (hPa): 1 hPa = 100 Pa, както и килопаскал (kPa): 1 kPa = 1000 Pa.

Защо е важно да се измерва атмосферното налягане?

Измерването на атмосферното налягане предоставя ценна информация в много области на човешката дейност и ни помага да предвиждаме различни природни явления. Например:

• Да направим прогноза на времето в краткосрочен и дългосрочен период. Промените в атмосферното налягане са тясно свързани с редица метеорологични явления – валежи, облаци, бури, урагани и др. Анализът на данни дава възможност на метеоролозите да правят своевременни предупреждения за опасни природни явления, като това дава възможност да се вземат мерки и да се предотвратяват нежелани последствия.
• Да се осигури безопасност на полетите, като се определи височината на полета, за да се избягват турбуленции. При навигацията и планирането на въздушните маршрути се използват данните за атмосферното налягане, чрез които се определя надморската височина на полетите.
• Да се проследяват промените в климата и да се анализира въздействието на човешката дейност върху атмосферата.
• Да се планират дейностите в много сектори на индустрията, които са зависими от метеорологичните условия – селско стопанство, строителство, енергетика.

Атмосферното налягане оказва влияние и върху човешкия организъм, особено при по-чувствителни индивиди и хора с хронични заболявания.

Ниското атмосферно налягане може да причини главоболие, умора и отпадналост, мускулни и ставни болки, затруднено дишане (при хора с астма и др. респираторни заболявания), проблеми със съня, сърдечни проблеми. То се свързва с неблагоприятни ефекти върху здравето, тъй като повлиява на нивата на кислород в кръвта и на отделни функции на организма.

Високото атмосферно налягане е по-щадящо за хората, тъй като се свързва с по-малко валежи и по-малко промени във времето. То предполага стабилни атмосферни условия, които могат да окажат дори положителен ефект върху общото състояние на организма, да подобрят настроението, да намалят алергичните и астматичните реакции, както и болките в ставите.