기압 : 정상 값, 측정 방법, 예 - 물리적 인 - 2025

대기압은 지구 위의 분위기를 구성하는 기체의 중량에 의해 야기된다. 대기의 질량은 약 5 x 10 ¹⁸ kg이고 모든 생명체는이 질량이 가하는 압력을받는 것으로 추정 됩니다.

그것을 측정 한 최초의 사람은 이탈리아 과학자 Evangelista Torricelli (1608-1647)였습니다. 그는 1644 년에 간단하지만 매우 독창적 인 실험을 수행했습니다. 그는 한쪽 끝이 닫힌 유리관에 수은을 완전히 채우고 뒤집어 수은이 들어있는 용기에 부었습니다.

그림 1. 대기압을 측정하는 무액 기압계는 수은 기압계와 달리 액체를 포함하지 않습니다. 출처 : Wikimedia Commons.

Torricelli는 튜브가 완전히 비워지지 않았지만 76cm 높이의 수은으로 채워져 있음을 관찰했습니다. 놀랍게도 그는 다른 모양의 튜브로 많은 테스트를 수행했으며 항상 동일한 결과를 얻었습니다.

이러한 방식으로 Torricelli는 대기압이 상승하고 튜브 내부의 수은 기둥을 760mm 높이로 유지한다는 것을 깨달았습니다. 이러한 방식으로 대기압의 평균값이 설정됩니다.

압력은 단위 면적당 힘으로 정의되기 때문에 국제 시스템에서 대기압의 단위는 뉴턴 / 미터 또는 파스칼 (Pa로 약칭 됨)입니다. 따라서이 시스템에서 대기압 P _atm 의 값은 :

이것은 0ºC 및 해수면에서 대기압의 정상 값입니다.

해수면에서의 대기압 및 기타 변화

이론적으로 대기압의 최대 값은 해수면입니다. 이 수준에는 너무 많은 변동성이 있지만 전문가는 그 가치를 결정하는 데 도움이되는 몇 가지 참조 시스템을 설정해야합니다.

지구상의 특정 장소에서 대기압의 값에 영향을 미치는 주요 요인은 다음과 같습니다.

-고도 : 높이 10m마다 압력이 1mmHg 씩 감소합니다. 그러나 대기를 구성하는 가스의 밀도가 일정하지 않은 경우도 발생합니다. 원칙적으로 고도가 증가하면 공기 밀도가 감소합니다.

그림 2. 고도계, 압력 변화를 기반으로 해발 고도를 측정하는 장비. 출처 : Pixabay.

- 온도 : 분명히 온도 가 높을수록 밀도가 낮아지고 공기의 무게가 줄어들 기 때문에 압력 값이 감소합니다.

- 위도 : 지구가 완벽한 구가 아니기 때문에 적도 위도에서는 대기압이 낮습니다. 적도의 해안은 극보다 지구의 중심에서 더 멀고 공기 밀도도 낮습니다.

- 대륙성 : 대륙 내부로 갈수록 기압이 높아지고 해안 지역은 기압이 낮아집니다.

높이에 따른 기압의 변화

해발 높이 z와 장소의 대기압 P와 관련된 고도 방정식은 다음과 같은 형식을 갖습니다.

여기서 P _o 는 초기 또는 기준 높이에서의 기존 압력으로, 일반적으로 해수면 ρ _또는 해수면에서의 공기 밀도 및 g 중력 가속도 값에서 취 합니다. 해결 된 연습 섹션의 뒷부분에는 단계별 추론이 있습니다.

대기압은 어떻게 측정합니까?

기압은 기압계로 측정됩니다. 가장 간단한 것은 수은을 기반으로 한 Torricelli가 만든 것과 같습니다. 튜브의 기울기 나 직경은 기후 요인이이를 책임지지 않는 한 수은 기둥의 높이를 변경하지 않습니다.

예를 들어, 구름은 저기압 지역에서 형성됩니다. 따라서 기압계 수치가 떨어지면 악천후가 다가오고 있다는 신호입니다.

실제로 수은 대신 다른 액체도 사용할 수 있습니다. 예를 들어 수압 계를 만들 수 있습니다. 문제는 기둥의 크기가 10.33m로 운송하기에 매우 비현실적이라는 것입니다.

튜브 나 나선형의 변형을 통해 기계적으로 압력을 측정하는 도구도 있습니다. 무액 기압계와 압력계가 있습니다. 두 지점 간의 압력 차를 측정하거나 대기압을 기준으로 압력을 측정 할 수도 있습니다.

압력 단위

일반 압력 값은 새로운 압력 단위를 정의하는 데 사용됩니다. 즉, 대기 (atm)로 축약됩니다. 대기압은 1 기압입니다. 이러한 방식으로 다른 압력은 모두에게 매우 친숙한 값인 대기압으로 표현 될 수 있습니다.

다음 표는 압력을 측정하기 위해 과학 및 공학에서 가장 많이 사용되는 단위와 이에 상응하는 파스칼 단위를 보여줍니다.

단위	파스칼의 동등성
N / m 2	하나
ATM	101,355
mm Hg	133.3
lb / in 2	6894.76
선술집	1x 10 5

정수압, 절대 및 게이지 압력

정적 평형 상태에서 대기에 개방 된 액체의 자유 표면에서 대기압이 작용합니다. 그러나 액체의 내부 지점에서는 물론 유체 기둥의 무게가 작용합니다.

컬럼의 무게는 높이와 액체의 밀도에 따라 달라지며 온도와 마찬가지로 일정하다고 가정합니다. 이 경우 압력 P는 다음과 같습니다.

이것은 일정한 밀도를 가진 유체 내부의 모든 지점에서의 정수압이며 유체의 깊이 z에 정비례합니다.

정지 된 유체 의 절대 압력 P _abs 와 관련하여 대기압 P _atm 과 정수압 P의 합으로 정의됩니다 .

마지막으로, 정지 된 유체 의 게이지 압력 P _man 은 절대 압력과 대기압의 차이이며이 경우 정수압을 측정하는 것과 같습니다.

예

대기가 몸에 가하는 힘

대기가 인체에 가하는 총 힘의 크기를 추정 할 수 있습니다. 압력이 단위 면적당 힘으로 정의되기 때문에 몸의 표면적이 약 2m ² 라고 가정 하면 힘을 계산하고 계산할 수 있습니다.

이 계산을 위해 처음에 설정된 대기압의 정상 값을 사용합니다.

이 결과는 20 톤 정도의 힘에 해당하지만, 바다의 물고기처럼 지구 표면에 서식하는 생명체에게는 문제가되지 않습니다.

꽤 큰 힘이지만. 왜 우리는 그 전에 무너지지 않습니까?

음, 신체 내부의 압력은 외부의 압력과 같습니다. 내면의 힘이 다른 외적인 힘에 의해 균형을 이루기 때문에 우리는 붕괴되지 않습니다. 그러나 어떤 사람들은 고도의 영향을 받아 매우 높은 산을 오를 때 코에서 피를 흘릴 수 있습니다. 혈압과 대기압의 균형이 깨 졌기 때문입니다.

빨대 또는 빨대로 음료수

대기압으로 인해 빨대 나 빨대로 탄산 음료를 마실 수 있습니다. 수메르 인과 다른 고대 문화에서는 속이 빈 식물 줄기 나 갈대를 빨대로 사용하여 맥주를 마실 수 있음을 발견했습니다.

훨씬 후인 19 세기 후반과 20 세기 초에 오늘날 널리 사용되는 아코디언 모양의 팔꿈치가있는 것을 포함하여 다양한 모델의 빨대가 미국에서 특허를 받았습니다.

그림 3. 대기압은 빨대로 마실 수 있습니다. 출처 : Pixabay.

이것이 작동하는 방식입니다 : 액체가 빨대를 통해 흡수됨에 따라 빨대에있는 액체 위의 압력이 감소하여 아래의 압력이 더 높은 압력으로 인해 액체를 위로 밀어 쉽게 마실 수 있습니다.

따라서 발치 나 치과 수술 후에는 압력이 감소하면 상처가 열리고 피가 나기 시작할 수 있으므로 이런 식으로 액체를 마시지 않는 것이 좋습니다.

식

- 연습 1

고도계 방정식 P (z)를 유도합니다.

-Po는 기준 레벨 (해수면)에서의 압력입니다.

-z는 높이입니다.

-ρ _o 는 해수면에서 유체의 밀도입니다.

-g는 중력 가속도의 값입니다.

해결책

먼저, dp를 차압이라고합시다. 이것은 정수 역학의 기본 방정식에 따라 다음과 같이 표현됩니다.

마이너스 기호는 z가 증가함에 따라 압력이 감소한다는 사실을 고려합니다. 공기도 이상 기체로 간주되므로 압력과 밀도는 다음과 관련이 있습니다.

밀도는 다음을 얻기 위해 즉시 대체됩니다.

이제 이런 식으로 압력을 쓰는 것은 대기가 각각 압력 dp를 갖는 팬케이크 더미와 같은 높이 dz의 층으로 나뉘어져 있다고 가정합니다. 이런 식으로 변수 p와 z를 분리하여 해결되는 미분 방정식을 얻습니다.

그런 다음 양쪽에 통합되어 각 레이어에 의해 만들어진 압력 기여를 추가하는 것과 같습니다. 왼쪽의 적분은 압력 P _또는 이니셜에서 최종 압력 P로 만들어집니다 . 같은 방식으로 오른쪽의 적분은 z _o 에서 z까지 평가됩니다 .

다음은 지수를 사용하여 P를 푸는 것입니다.

마지막으로, T와 g가 모두 일정하게 유지되면 ρ _o = (M / RT) P _o , M / RT = ρ _o / P _o이며 z _o = 0 도 만들 수 있습니다 .이 모든 것을 합치면 :

-연습 2

해발 3640m에 위치한 볼리비아 라 파스의 대기압 값은 얼마입니까? 1,225kg / m로 평균 공기 밀도 받아 ³ 해수면에서.

해결책

고도 방정식에 주어진 숫자 값을 간단히 대체하십시오.

결론적으로 정상 압력의 약 66 %입니다.

참고 문헌

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2. Kirkpatrick, L. 2007. Physics : A Look at the World. 6 차 요약 판. Cengage 학습.
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