Барометрическое давление¶
Барометрическое давление — это давление атмосферы Земли, создаваемое весом воздушного столба, расположенного над определённой точкой поверхности. Термин происходит от названия прибора для его измерения — барометра (от др.-греч. βάρος — «вес» и μέτρον — «мера»). Барометрическое давление является одним из основных метеорологических параметров и определяет погодные условия, высоту подъёма летательных аппаратов и многие технические процессы.
¶Физическая природа
Атмосфера Земли представляет собой газовую оболочку, которая удерживается силой тяжести. Молекулы воздуха, движущись хаотично, создают давление на все тела, включая поверхность планеты. С увеличением высоты плотность воздуха уменьшается, поэтому барометрическое давление падает с подъёмом примерно на 12% на каждые 1000 метров в нижних слоях тропосферы.
На уровне моря нормальное атмосферное давление при температуре 0 °C составляет 101 325 Па (760 мм рт. ст. или 1013,25 гПа). Этот показатель принят в качестве стандартного атмосферного давления и используется как эталон в физике и технике.
¶Единицы измерения
| Единица | Обозначение | Примечание |
|---|---|---|
| Паскаль | Па | СИ-единица, 1 Па = 1 Н/м² |
| Миллиметр ртутного столба | мм рт. ст. | историческая единица, 1 мм рт. ст. ≈ 133,322 Па |
| Бар | бар | 1 бар = 100 000 Па = 1000 гПа |
| Гектопаскаль | гПа | 1 гПа = 100 Па = 1 мм рт. ст. |
| Техническая атмосфера | ат | 1 ат = 98 066,5 Па |
В метеорологии в России и большинстве стран мира используется гектопаскаль, эквивалентный миллиметру ртутного столба.
¶Измерение
¶Барометры
Первый барометр был сконструирован итальянским учёным Эванджелистой Торричелли в 1643 году. Опыт Торричелли состоял в том, что ртуть, налитая в стеклянную трубку, замкнутую сверху, под действием атмосферного давления устанавливалась на высоте около 760 мм. Этот опыт доказал существование атмосферного давления и позволил измерить его величину.
Основные типы барометров:
- Ртутные — точные, но громоздкие и требующие осторожного обращения из-за токсичности ртути.
- Анероидные — работают на принципе деформации металлической капсулы (анероида), из которой откачан воздух. Компактны, применяются в авиации и быту.
- Электронные (цифровые) — используют полупроводниковые датчики давления, показания выводятся на цифровой дисплей.
¶Барограф
Барограф — самописец давления, записывающий его изменения на ленту с помощью стрелки, связанной с анемоидным датчиком. Позволяет отслеживать динамику давления во времени, что важно для прогнозирования погоды.
¶Факторы, влияющие на давление
Барометрическое давление в конкретной точке зависит от нескольких факторов:
- Высота над уровнем моря. Главный фактор: с подъёмом давление закономерно снижается.
- Температура воздуха. Нагретый воздух расширяется и становится менее плотным, что снижает давление у поверхности.
- Влажность. Молекула воды легче смеси азота и кислорода, поэтому влажный воздух давит несколько меньше сухого.
- Синоптические процессы. Атмосферные фронты, циклоны и антициклоны вызывают локальные повышения и понижения давления.
В средних широтах давление у поверхности обычно колеблется в пределах 980–1030 гПа. Рекордные значения зафиксированы на станции Агар-Ях в Якутии (1083,8 гПа в декабре 1968 года) и в Тихом океане у берегов Филиппин (870 гПа в тайфуне «Тип», 1979 год).
¶Применение
¶Метеорология
Барометрическое давление — ключевой параметр синоптических карт. Понижение давления, как правило, сопровождается ухудшением погоды, повышение — улучшением. Скорость и направление изменения давления (барометрическая тенденция) используются для краткосрочного прогноза.
¶Авиация
Высота полёта самолётов определяется по показаниям барометрического высотомера, который преобразует измеренное давление в высоту. Пилоты передают значение давления на уровне аэродрома (QNH) для корректной индикации высоты.
¶Медицина
Резкие перепады барометрического давления влияют на состояние людей с хроническими заболеваниями. Снижение давления может провоцировать головные боли, обострение гипертонии, а быстрый подъём — декомпрессионную болезнь у водолазов и дайверов.
¶Техника
В промышленности используются манометры, работающие по принципу, сходному с барометрическим. Вакуумные установки измеряют давление относительно атмосферного. Барометрические конденсаторы применяются в теплоэнергетике для создания вакуума за счёт охлаждения пара водой.
¶Барометрическая формула
Зависимость давления от высоты описывается барометрической формулой:
P(h) = P₀ · exp(−mgh / kT),
где P₀ — давление на уровне отсчёта, m — средняя масса молекулы воздуха, g — ускорение свободного падения, h — высота, k — постоянная Больцмана, T — абсолютная температура. Формула справедлива для изотермической атмосферы; в реальной атмосфере с изменением температуры используются более сложные модели.
Источники:
- Большая советская энциклопедия, статья «Атмосферное давление»
- Метеорология и климатология, учебник под ред. Е. П. Наливкина
- ГОСТ 12201-76 «Барометры ртутные. Технические условия»
- Р. Фейнман, «Лекции по физике», том 1