실험 토리 첼리는 1,644 물리 이탈리아 수학자 에반젤리스타 토리 첼리 의해 수행 된 결과와 의 대기 압력의 첫번째 측정.
이 실험은 도시의 물 공급을 개선해야 할 필요성에서 비롯되었습니다. 토스카나 페르디난드 2 세 대공의 법정 수학자였던 에반젤리스타 토리 첼리 (1608-1647)는 갈릴레오와 함께 수력 현상을 연구했습니다.
그림 1. 수은 기둥이 대기압으로 인해 760mm 상승하는 Torricelli의 실험. 출처 : F. Zapata.
실험
1644 년에 Torricelli는 다음과 같은 실험을했습니다.
-그는 1m 길이의 튜브에 수은을 도입하고 한쪽 끝은 열고 다른 쪽 끝은 닫았습니다.
-튜브가 완전히 꽉 찼을 때 그는 그것을 뒤집어 수은이 들어있는 용기에 버렸습니다.
-Torricelli는 기둥이 약 76cm 높이에서 내려와 멈춘 것을 관찰했습니다.
-그는 또한 완벽하지는 않지만 비어있는 공간에 진공이 생성되는 것을 발견했습니다.
Torricelli는 다른 튜브를 사용하여 실험을 반복했습니다. 그는 심지어 약간의 변형을 만들었습니다. 그는 물통에 물을 더해 더 가볍고 수은 위에 떠있었습니다. 그런 다음 그는 수은이 들어있는 튜브를 물 표면으로 천천히 들어 올렸습니다.
그런 다음 수은이 떨어지고 물이 올라갔습니다. 우리가 이미 말했듯이 얻은 진공은 항상 수은 증기 또는 물의 잔재가 있기 때문에 완벽하지 않았습니다.
대기압 측정
대기는 아르곤, 이산화탄소, 수소, 메탄, 일산화탄소, 수증기 및 오존과 같은 미량의 다른 가스와 함께 질소와 산소가 우세한 가스의 혼합물입니다.
지구가 발휘하는 중력은 지구 전체를 유지하는 역할을합니다.
물론 온도에 따라 달라지기 때문에 조성은 균일하지 않으며 밀도도 마찬가지입니다. 표면 근처에는 자연 현상과 인간 활동으로 인한 먼지, 모래 및 오염 물질이 많이 있습니다. 더 무거운 분자는 땅에 더 가깝습니다.
변동성이 너무 크기 때문에 편의상 해수면으로 간주 한 기압 기준 고도를 선택해야합니다.
여기에는 변동이 있기 때문에 해수면이 아닙니다. 레벨 또는 데이텀은 전문가 간의 공통 합의에 의해 고정 된 측지 참조 시스템의 도움으로 선택됩니다.
지면 근처의 기압은 얼마입니까? Torricelli는 기둥의 높이 인 760mm의 수은을 측정했을 때 그 가치를 발견했습니다.
Torricelli 기압계
진공이 설정되었으므로 튜브 상단에서 압력은 0입니다. 한편, 수은 통의 표면 압력 P (1)은 대기압이다.
튜브 상단에있는 수은의 자유 표면에서 기준 좌표계의 원점을 선택해 보겠습니다. 거기에서 용기의 수은 표면까지 기둥의 높이 인 H를 측정합니다.
그림 2. Torricelli 기압계. 출처 : 엔지니어를위한 일반 물리학. J. Lay. USACH.
깊이 y 1 에서 빨간색으로 표시된 지점의 압력 은 다음과 같습니다.
여기서 ρ Hg 는 수은의 밀도입니다. y 1 = H 및 Po = 0 이후 :
수은의 밀도가 일정하고 중력 상수이기 때문에, 수은 기둥의 높이가 P에 비례하는 것으로 밝혀 1 , 대기압이다. 알려진 값 대체 :
국제 시스템에서 압력의 단위는 Pascal로 줄여서 Pa입니다. Torricelli의 실험에 따르면 대기압은 101.3kPa입니다.
기후에 대한 대기압의 중요성
Torricelli는 튜브의 수은 수준이 매일 약간의 변화를 겪는 것을 관찰하여 대기압도 변해야한다고 추론했습니다.
대기압이 기후의 대부분을 차지하지만 매일의 변화는 눈에 띄지 않습니다. 예를 들어 폭풍이나 추위만큼 눈에 띄지 않기 때문입니다.
그러나 이러한 대기압의 변화는 바람의 원인이되며 이는 차례로 강우, 온도 및 상대 습도에 영향을 미칩니다. 땅이 뜨거워지면 공기가 팽창하고 상승하는 경향이있어 압력이 떨어집니다.
기압계가 높은 기압을 나타낼 때마다 좋은 날씨가 예상 될 수 있으며 낮은 기압에서는 폭풍이 발생할 가능성이 있습니다. 그러나 정확한 날씨 예측을하려면 다른 요인에 대한 추가 정보가 필요합니다.
그
이상하게 들리지만 압력은 단위 면적당 힘으로 정의되기 때문에 기상학에서는 Torricelli가 설정 한대로 대기압을 수은의 밀리미터 단위로 표현하는 것이 타당합니다.
이것은 수은 기압계가 그 이후로 거의 변동없이 오늘날 계속 사용되어 Torricelli를 기리기 위해 760mm Hg가 1torr와 같기 때문입니다. 다시 말해:
Torricelli가 수은 대신 물을 사용했다면 기둥의 높이는 10.3m가 될 것입니다. 수은 기압계는 더 작기 때문에 더 실용적입니다.
널리 사용되는 다른 단위는 바와 밀리바입니다. 하나 개는 밀리바 헥토 파스칼 하나 10 같은지 2 파스칼.
고도계
고도계는 장소의 높이를 나타내는 도구로 해당 높이의 대기압을지면 또는 다른 참조 장소의 기압과 비교합니다.
높이가 그다지 크지 않으면 원칙적으로 공기 밀도가 일정하다고 가정 할 수 있습니다. 그러나 이것은 대기의 밀도가 높이에 따라 감소한다는 것을 알고 있기 때문에 근사치입니다.
위에 사용 된 방정식을 사용하면 수은 대신 공기 밀도가 사용됩니다.
이 표현에서 P o는지 면 수준의 대기압으로 취해지며 P1은 고도가 결정될 장소의 기압입니다.
고도 방정식은 압력이 높이에 따라 기하 급수적으로 감소 함을 보여줍니다. H = 0 인 경우 P 1 = P 또는 H → ∞이면 P 1 = 0입니다.
참고 문헌
- Figueroa, D. 2005. 시리즈 : 과학 및 공학을위한 물리학. Volume 5. 유체 및 열역학. Douglas Figueroa (USB) 편집.
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- Mott, R. 2006. 유체 역학. 4 일. 판. 피어슨 교육.
- Strangeways, I. 2003. 자연 환경 측정. 2 위. 판. 캠브리지 대학 출판부.