EingangAbhängigkeit des Drucks von der Höhe: barometrische Formel. Wie wirkt sich die Höhe auf den Druck aus?
Viele Menschen wissen, dass mit zunehmender Höhe der Luftdruck abnimmt. Betrachten wir die Frage, warum der Luftdruck mit der Höhe abnimmt, geben wir eine Formel für die Abhängigkeit des Drucks von der Höhe an und betrachten wir auch ein Beispiel für die Lösung eines Problems mit der resultierenden Formel.
Was ist Luft?
Luft ist ein farbloses Gasgemisch, aus dem die Atmosphäre unseres Planeten besteht. Es besteht aus vielen verschiedenen Gasen, die wichtigsten sind Stickstoff (78 %), Sauerstoff (21 %), Argon (0,9 %), Kohlendioxid (0,03 %) und andere.
Aus physikalischer Sicht folgt das Verhalten der Luft unter den auf der Erde herrschenden Bedingungen den Gesetzen des idealen Gases – einem Modell, nach dem Moleküle und Atome des Gases nicht miteinander interagieren, die Abstände zwischen ihnen im Vergleich dazu riesig sind ihre Größe und die Geschwindigkeit der Bewegung Zimmertemperatur liegen bei etwa 1000 m/s.
Luftdruck
Betrachtet man die Frage der Abhängigkeit des Drucks von der Höhe, ist es notwendig zu verstehen, was der Begriff „Druck“ bedeutet physikalischer Punkt Vision. Unter Luftdruck versteht man die Kraft, mit der eine Luftsäule auf eine Oberfläche drückt. In der Physik wird es in Pascal (Pa) gemessen. 1 Pa bedeutet, dass eine Kraft von 1 Newton (N) senkrecht auf eine Oberfläche mit einer Fläche von 1 m2 ausgeübt wird. Somit ist ein Druck von 1 Pa ein sehr kleiner Druck.
Auf Meereshöhe beträgt der Luftdruck 101.325 Pa. Oder aufgerundet 0,1 MPa. Dieser Wert wird üblicherweise als Druck von 1 Atmosphäre bezeichnet. Die angegebene Zahl besagt, dass Luft mit einer Kraft von 100 kN auf eine Fläche von 1 m 2 drückt! Das ist eine große Kraft, aber der Mensch spürt sie nicht, da das Blut in ihm einen ähnlichen Druck erzeugt. Darüber hinaus ist Luft ein flüssiger Stoff (dazu zählen auch Flüssigkeiten). Das bedeutet, dass es in alle Richtungen den gleichen Druck ausübt. Letzte Tatsache weist darauf hin, dass der atmosphärische Druck, der aus verschiedenen Richtungen auf eine Person wirkt, sich gegenseitig ausgleicht.
Abhängigkeit des Drucks von der Höhe
Die Atmosphäre um unseren Planeten wird durch die Schwerkraft der Erde an Ort und Stelle gehalten. Auch für den Abfall des Luftdrucks mit zunehmender Höhe sind Gravitationskräfte verantwortlich. Fairerweise muss man bedenken, dass nicht nur die Schwerkraft zu einem Druckabfall führt. Und auch der Temperaturabfall trägt dazu bei.
Da Luft eine flüssige Substanz ist, können Sie dafür die hydrostatische Formel für die Abhängigkeit des Drucks von der Tiefe (Höhe) verwenden, d ändert sich um Δh, ρ - Luftdichte, g - Erdbeschleunigung.
Wenn man bedenkt, dass Luft ein ideales Gas ist, folgt aus der Zustandsgleichung eines idealen Gases ρ = P*m/(k*T), wobei m die Masse eines Moleküls, T seine Temperatur und k die Boltzmann-Konstante ist .
Indem wir die beiden obigen Formeln kombinieren und die resultierende Gleichung nach Druck und Höhe lösen, können wir die folgende Formel erhalten: P h = P 0 *e -m*g*h/(k*T), wobei P h und P 0 sind der Druck in der Höhe h bzw. auf Meereshöhe. Der resultierende Ausdruck wird als barometrische Formel bezeichnet. Damit lässt sich die Abhängigkeit des Luftdrucks von der Höhe berechnen.
Aus praktischen Gründen ist es manchmal notwendig, das umgekehrte Problem zu lösen, d. h. die Höhe zu ermitteln und dabei den Druck zu kennen. Aus der barometrischen Formel können Sie leicht die Abhängigkeit der Höhe vom Druckniveau ermitteln: h = k*T*ln(P 0 /P h)/(m*g).
Beispiel einer Problemlösung
Die bolivianische Stadt La Paz ist die höchstgelegene Hauptstadt der Welt. Aus verschiedene Quellen Daraus folgt, dass die Stadt auf einer Höhe von 3250 Metern bis 3700 Metern über dem Meeresspiegel liegt. Die Aufgabe besteht darin, den Luftdruck auf der Höhe von La Paz zu berechnen.
Um das Problem zu lösen, verwenden wir die Formel für die Abhängigkeit des Drucks von der Höhe: P h = P 0 *e -m*g*h/(k*T), wobei: P 0 = 101.325 Pa, g = 9,8 m/ s 2, k = 1,38*10 -23 J/K, T = 293 K (20 o C), h = 3475 m (Durchschnitt zwischen 3250 m und 3700 m), m = 4,817*10 -26 kg (unter Berücksichtigung die Molmasse der Luft 29 g/mol). Wenn wir die Zahlen ersetzen, erhalten wir: P h = 67.534 Pa.
Somit beträgt der Luftdruck in der Hauptstadt Boliviens 67 % des Drucks auf Meereshöhe. Niedriger Luftdruck verursacht Schwindel und allgemeine Schwäche des Körpers, wenn eine Person in Berggebiete klettert.
Erinnern wir uns zunächst an den Physikkurs weiterführende Schule, was erklärt, warum und wie es sich ändert Atmosphärendruck je nach Körpergröße. Je höher das Gebiet über dem Meeresspiegel liegt, desto geringer ist der Druck dort. Es ist ganz einfach zu erklären: Der atmosphärische Druck gibt die Kraft an, mit der eine Luftsäule auf alles drückt, was sich auf der Erdoberfläche befindet. Je höher Sie steigen, desto geringer wird natürlich die Höhe Luftsäule, seine Masse und der ausgeübte Druck.
Darüber hinaus ist die Luft in der Höhe verdünnt, sie enthält viel kleinere Menge Gasmoleküle, was sich auch unmittelbar auf die Masse auswirkt. Und wir dürfen nicht vergessen, dass die Luft mit zunehmender Höhe von giftigen Verunreinigungen, Abgasen und anderen „Freuden“ befreit wird, wodurch ihre Dichte abnimmt und der Luftdruck sinkt.
Studien haben gezeigt, dass die Abhängigkeit des Luftdrucks von der Höhe wie folgt unterschiedlich ist: Eine Erhöhung um zehn Meter führt zu einer Verringerung des Parameters um eine Einheit. Solange die Höhe des Gebiets fünfhundert Meter über dem Meeresspiegel nicht überschreitet, sind Änderungen im Druck der Luftsäule praktisch nicht zu spüren, aber wenn man fünf Kilometer hochsteigt, sind die Werte halb so hoch wie die optimalen Werte . Die Stärke des von der Luft ausgeübten Drucks hängt auch von der Temperatur ab, die beim Aufstieg in größere Höhen stark abnimmt.
Für Blutdruckwerte und Allgemeinzustand menschlicher Körper Der Wert nicht nur des Atmosphärendrucks, sondern auch des Partialdrucks, der von der Sauerstoffkonzentration in der Luft abhängt, ist sehr wichtig. Mit der Abnahme des Luftdrucks nimmt auch der Sauerstoffpartialdruck ab, was zu einer unzureichenden Versorgung der Zellen und Gewebe des Körpers mit diesem lebenswichtigen Element und zur Entstehung einer Hypoxie führt. Dies wird durch die Tatsache erklärt, dass die Diffusion von Sauerstoff in das Blut und sein anschließender Transport zu den inneren Organen aufgrund des Unterschieds im Partialdruck des Blutes und der Lungenbläschen und beim Aufstieg in große Höhen aufgrund des Unterschieds erfolgt diese Messwerte werden deutlich kleiner.
Wie wirkt sich die Höhe auf das Wohlbefinden eines Menschen aus?
Der wichtigste negative Faktor, der den menschlichen Körper in der Höhe beeinträchtigt, ist der Sauerstoffmangel. Als Folge einer Hypoxie entwickeln sich akute Erkrankungen des Herzens und der Blutgefäße, erhöhter Blutdruck, Verdauungsstörungen und eine Reihe anderer Pathologien.
Bluthochdruckpatienten und Menschen, die zu Druckstößen neigen, sollten nicht hoch in die Berge steigen und von langen Flügen wird abgeraten. Sie müssen auch das professionelle Bergsteigen und den Bergtourismus vergessen.
Die Schwere der im Körper auftretenden Veränderungen ermöglichte die Unterscheidung mehrerer Höhenzonen:
- Bis zu eineinhalb bis zwei Kilometer über dem Meeresspiegel ist eine relativ sichere Zone, in der keine besonderen Veränderungen in der Körperfunktion und dem Zustand lebenswichtiger Systeme zu beobachten sind. Eine Verschlechterung des Wohlbefindens, verminderte Aktivität und Ausdauer werden sehr selten beobachtet.
- Ab zwei bis vier Kilometern versucht der Körper den Sauerstoffmangel durch vermehrte Atmung und tiefes Durchatmen selbstständig zu bewältigen. Schwere körperliche Arbeit, die den Verbrauch großer Mengen Sauerstoff erfordert, ist schwierig auszuführen, leichte körperliche Betätigung über mehrere Stunden wird jedoch gut vertragen.
- Von vier bis fünfeinhalb Kilometern verschlechtert sich der Gesundheitszustand merklich, körperliche Arbeit wird erschwert. Psychoemotionale Störungen äußern sich in Übermut, Euphorie und unangemessenen Handlungen. Bei längerem Aufenthalt in dieser Höhe kommt es zu Kopfschmerzen, einem Schweregefühl im Kopf, Konzentrationsstörungen und Lethargie.
- Von fünfeinhalb bis acht Kilometern ist körperliche Arbeit unmöglich, der Zustand verschlechtert sich stark, der Anteil der Bewusstlosigkeit ist hoch.
- Oberhalb von acht Kilometern – in dieser Höhe kann ein Mensch maximal mehrere Minuten lang das Bewusstsein aufrechterhalten, danach kommt es zu tiefer Ohnmacht und zum Tod.
Damit Stoffwechselvorgänge im Körper ablaufen können, ist Sauerstoff notwendig, dessen Mangel in der Höhe zur Entstehung der Höhenkrankheit führt. Die Hauptsymptome der Störung sind:
- Kopfschmerzen.
- Verstärkte Atmung, Kurzatmigkeit, Luftmangel.
- Nasenbluten.
- Übelkeit, Erbrechensanfälle.
- Gelenk- und Muskelschmerzen.
- Schlafstörungen.
- Psycho-emotionale Störungen.
In großen Höhen beginnt der Körper unter Sauerstoffmangel zu leiden, wodurch die Funktion des Herzens und der Blutgefäße gestört wird, der arterielle und intrakranielle Druck ansteigt und die Vitalfunktionen versagen. innere Organe. Um Hypoxie erfolgreich zu überwinden, müssen Sie Nüsse, Bananen, Schokolade, Müsli und Fruchtsäfte in Ihre Ernährung aufnehmen.
Einfluss der Höhe auf den Blutdruck
Beim Aufstieg in große Höhen und bei dünner Luft kommt es zu einem Anstieg der Herzfrequenz, einem Anstieg der Herzfrequenz Blutdruck. Mit zunehmender Höhe beginnt der Blutdruck jedoch zu sinken. Ein Absinken des Sauerstoffgehalts in der Luft auf kritische Werte führt zu einer Depression der Herzaktivität und einem spürbaren Druckabfall in den Arterien, während in den venösen Gefäßen die Werte ansteigen. Infolgedessen entwickelt eine Person Herzrhythmusstörungen und Zyanose.
Vor nicht allzu langer Zeit beschloss eine Gruppe italienischer Forscher zum ersten Mal, im Detail zu untersuchen, wie sich die Höhe auf den Blutdruck auswirkt. Zur Durchführung der Forschung wurde eine Expedition zum Everest organisiert, bei der alle zwanzig Minuten der Druck der Teilnehmer ermittelt wurde. Während der Wanderung wurde ein Anstieg des Blutdrucks während des Aufstiegs bestätigt: Die Ergebnisse zeigten, dass der systolische Wert um fünfzehn und der diastolische Wert um zehn Einheiten anstieg. Gleichzeitig wurde darauf hingewiesen Maximalwerte Der Blutdruck wurde nachts bestimmt. Auch die Wirkung blutdrucksenkender Medikamente in unterschiedlichen Höhenlagen wurde untersucht. Es stellte sich heraus, dass das untersuchte Medikament in einer Höhe von bis zu dreieinhalb Kilometern wirksam half und bei einem Anstieg über fünfeinhalb Kilometer völlig nutzlos wurde.
Der Atmosphärendruck ist die Druckkraft einer Luftsäule pro Flächeneinheit. Er wird in Kilogramm pro 1 cm 2 Oberfläche berechnet, aber da er bisher nur mit Quecksilbermanometern gemessen wurde, ist es üblich, diesen Wert in Millimeter Quecksilbersäule (mmHg) auszudrücken. Der normale Luftdruck beträgt 760 mmHg. Art. oder 1,033 kg/cm 2, was als eine Atmosphäre (1 ata) gilt.
Indem man es tut einzelne Arten Die Arbeit erfordert manchmal Arbeiten bei hohem oder niedrigem Luftdruck, und diese Abweichungen von der Norm liegen manchmal innerhalb erheblicher Grenzen (von 0,15–0,2 ata bis 5–6 ata oder mehr).
Die Wirkung von niedrigem Luftdruck auf den Körper
Mit steigender Höhe nimmt der Luftdruck ab: Je höher man sich über dem Meeresspiegel befindet, desto niedriger ist der Luftdruck. In einer Höhe von 1000 m über dem Meeresspiegel beträgt er also 734 mm Hg. Art., 2000 m - 569 mm, 3000 m - 526 mm und in einer Höhe von 15000 m - 90 mm Hg. Kunst.
Bei verringertem Luftdruck kommt es zu einer Erhöhung und Vertiefung der Atmung, einer erhöhten Herzfrequenz (ihre Kraft ist schwächer), einem leichten Blutdruckabfall und es werden auch Veränderungen im Blut in Form einer Erhöhung der Anzahl roter Blutkörperchen beobachtet Zellen.
Die nachteilige Wirkung eines niedrigen Luftdrucks auf den Körper beruht auf Sauerstoffmangel. Dies liegt daran, dass mit abnehmendem Atmosphärendruck auch der Sauerstoffpartialdruck abnimmt, sodass bei normaler Funktion der Atmungs- und Kreislauforgane weniger Sauerstoff in den Körper gelangt. Dadurch ist das Blut nicht ausreichend mit Sauerstoff gesättigt und liefert ihn nicht vollständig an Organe und Gewebe, was zu Sauerstoffmangel (Anoxämie) führt. Solche Veränderungen treten schwerwiegender auf, wenn Schneller Rückgang atmosphärischer Druck, der bei schnellen Starts in große Höhen, bei Arbeiten an Hochgeschwindigkeits-Hebevorrichtungen (Seilbahnen usw.) auftritt. Ein sich schnell entwickelnder Sauerstoffmangel beeinträchtigt die Gehirnzellen und führt zu Schwindel, Übelkeit, manchmal Erbrechen, Verlust der Bewegungskoordination, vermindertem Gedächtnis und Schläfrigkeit. Eine Verringerung oxidativer Prozesse in Muskelzellen aufgrund von Sauerstoffmangel äußert sich in Muskelschwäche und schneller Ermüdung.
Die Praxis zeigt, dass der Aufstieg auf eine Höhe von mehr als 4500 m, wo der Luftdruck unter 430 mm Hg liegt, ohne Sauerstoffversorgung zum Atmen schwer zu ertragen ist und in einer Höhe von 8000 m (Druck 277 mm Hg) das Bewusstsein verliert .
Blut löst wie jede andere Flüssigkeit bei Kontakt mit einem gasförmigen Medium (in diesem Fall in den Lungenbläschen) einen bestimmten Teil der Gase auf – je höher ihr Partialdruck, desto größer ist die Sättigung des Blutes mit diesen Gasen. Wenn der Atmosphärendruck abnimmt, ändert sich der Partialdruck Komponenten Luft und insbesondere ihre Hauptbestandteile – Stickstoff (78 %) und Sauerstoff (21 %); Dadurch beginnen diese Gase aus dem Blut freigesetzt zu werden, bis sich der Partialdruck ausgleicht. Bei einem schnellen Absinken des Luftdrucks ist die Freisetzung von Gasen, insbesondere Stickstoff, aus dem Blut so groß, dass sie keine Zeit haben, über die Atmungsorgane abtransportiert zu werden und sich im Blut anzusammeln Blutgefäße in Form kleiner Bläschen. Diese Gasblasen können das Gewebe dehnen (sogar bis hin zu kleinen Rissen), was akute Schmerzen verursacht und in einigen Fällen Gasgerinnsel in kleinen Gefäßen bilden kann, die die Blutzirkulation behindern.
Der oben beschriebene Komplex physiologischer und pathologischer Veränderungen, der durch eine Abnahme des Luftdrucks entsteht, wird als Höhenkrankheit bezeichnet, da diese Veränderungen meist mit einer Höhenzunahme einhergehen.
Höhenkrankheit vorbeugen
Eine der weit verbreiteten und wirksamen Maßnahmen zur Bekämpfung der Höhenkrankheit ist die Sauerstoffversorgung der Atmung beim Aufstieg in große Höhen (über 4500 m). Fast alle modernen Flugzeuge, die in großen Höhen fliegen, und insbesondere Raumschiffe, sind mit versiegelten Kabinen ausgestattet, in denen unabhängig von der Höhe und dem Luftdruck draußen der Druck konstant auf einem Niveau gehalten wird, das den normalen Zustand der Flugbesatzung und der Passagiere vollständig gewährleistet . Dies ist eine der radikalsten Lösungen für dieses Problem.
Bei körperlicher und intensiver geistiger Arbeit bei niedrigem Luftdruck ist mit dem relativ schnellen Einsetzen der Ermüdung zu rechnen, daher sollten regelmäßige Pausen und in manchen Fällen auch ein verkürzter Arbeitstag vorgesehen werden.
Für die Arbeit unter Bedingungen mit niedrigem Luftdruck sollten die körperlich stärksten und absolut gesunden Personen ausgewählt werden, hauptsächlich Männer im Alter von 20 bis 30 Jahren. Bei der Auswahl des Flugpersonals sind Tests für die sogenannten Höhenqualifikationstests in speziellen Kammern mit reduziertem Druck obligatorisch.
Wichtige Rolle Training und Abhärtung spielen eine Rolle bei der Vorbeugung der Höhenkrankheit. Es ist notwendig, Sport zu treiben und systematisch die eine oder andere körperliche Arbeit zu verrichten. Die Ernährung derjenigen, die bei niedrigem Luftdruck arbeiten, sollte kalorienreich, abwechslungsreich und reich an Vitaminen und Mineralsalzen sein.
Eine nützliche Information:
Druck- Das physikalische Größe, zeigt die Kraft pro Flächeneinheit einer Oberfläche senkrecht zu dieser Oberfläche.
Druck ist definiert als P = F / S, wobei P der Druck, F die Druckkraft und S die Oberfläche ist. Aus dieser Formel geht hervor, dass der Druck von der Körperoberfläche abhängt, auf die eine bestimmte Kraft einwirkt. Je kleiner die Oberfläche, desto größer der Druck.
Die Maßeinheit für den Druck ist Newton pro Quadratmeter(H/m2). Wir können die Druckeinheiten N/m 2 auch in Pascal umrechnen, Einheiten, die nach dem französischen Wissenschaftler Blaise Pascal benannt sind, der das sogenannte Pascalsche Gesetz entwickelt hat. 1 N/m 2 = 1 Pa.
Was???
Druckmessung
Druck von Gasen und Flüssigkeiten – Manometer, Differenzdruckmesser, Vakuummeter, Drucksensor.Atmosphärendruck - Barometer.
Blutdruck - Tonometer.
Und so ist der Druck wiederum definiert als P = F / S. Die Kraft im Gravitationsfeld ist gleich dem Gewicht – F = m * g, wobei m die Masse des Körpers ist; g ist die Beschleunigung des freien Falls. Dann ist der Druck da
P = m * g / S . Mit dieser Formel können Sie den Druck ermitteln, den der Körper auf die Oberfläche ausübt. Zum Beispiel eine Person zu Boden.
Der Luftdruck nimmt mit der Höhe ab. Es wird die Abhängigkeit des Luftdrucks von der Höhe bestimmt barometrische Formel -
P = Po*exp(- μgh/RT) . Wobei μ = 0,029 kg/m3 – Molekulargewicht des Gases (Luft); g = 9,81 m/s2 – Beschleunigung im freien Fall; h - h o - Höhenunterschied über dem Meeresspiegel und der akzeptierten Höhe zu Beginn des Berichts (h=h o); R = 8,31 – J/mol K – Gaskonstante; Po – atmosphärischer Druck in der Höhe, die als Referenzpunkt dient; T - Temperatur in Kelvin.
Luftdruck am gleichen Punkt Erdoberfläche bleibt nicht konstant, sondern verändert sich in Abhängigkeit von verschiedenen Prozessen in der Atmosphäre. Als „normaler“ Atmosphärendruck gilt üblicherweise ein Druck von 760 mmHg, also einer (physikalischen) Atmosphäre (§154).
Luftdruck auf Meereshöhe an allen Punkten Globus im Durchschnitt nahe einer Atmosphäre. Wenn wir uns vom Meeresspiegel erheben, werden wir feststellen, dass der Luftdruck abnimmt; seine Dichte nimmt entsprechend ab: Die Luft wird immer dünner. Wenn man auf dem Gipfel eines Berges ein Gefäß öffnet, das im Tal dicht verschlossen war, dann entweicht ein Teil der Luft daraus. Im Gegenteil: Ein oben verschlossener Behälter lässt etwas Luft eindringen, wenn er am Fuße des Berges geöffnet wird. In einer Höhe von etwa 6 km verringern sich Druck und Dichte der Luft um etwa die Hälfte.
Jeder Höhe entspricht ein bestimmter Luftdruck; Wenn man also (z. B. mit einem Aneroid) den Druck an einem bestimmten Punkt auf der Spitze eines Berges oder im Korb eines Ballons misst und weiß, wie sich der Luftdruck mit der Höhe ändert, kann man die Höhe des Berges oder des Berges bestimmen Höhe des Ballons. Die Empfindlichkeit eines herkömmlichen Aneroids ist so groß, dass sich die Anzeigenadel merklich bewegt, wenn man den Aneroid um 2-3 m anhebt. Wenn man mit einem Aneroid in der Hand die Treppe hinauf- oder hinuntergeht, kann man leicht eine allmähliche Druckänderung bemerken . Es ist praktisch, ein solches Experiment auf der Rolltreppe einer U-Bahn-Station durchzuführen. Der Aneroid wird häufig direkt auf die Höhe kalibriert. Dann zeigt die Position des Pfeils die Höhe an, auf der sich das Gerät befindet. Solche Aneroiden werden Höhenmesser genannt (Abb. 295). Sie werden an Flugzeuge geliefert; Sie ermöglichen es dem Piloten, seine Flughöhe zu bestimmen.
Reis. 295. Flugzeughöhenmesser. Der lange Zeiger zählt Hunderte Meter, der kurze Zeiger Kilometer. Mit dem Kopf können Sie vor Flugbeginn den Nullpunkt des Zifferblatts unter dem Pfeil auf der Erdoberfläche platzieren
Der Luftdruckabfall beim Aufstieg wird auf die gleiche Weise erklärt wie der Druckabfall in den Tiefen des Meeres beim Aufstieg vom Boden zur Oberfläche. Luft auf Meereshöhe wird durch das Gewicht der gesamten Erdatmosphäre komprimiert, während höhere Schichten der Atmosphäre nur durch das Gewicht der darüber liegenden Luft komprimiert werden. Im Allgemeinen folgt die Druckänderung von Punkt zu Punkt in der Atmosphäre oder in einem anderen Gas unter dem Einfluss der Schwerkraft denselben Gesetzen wie der Druck in einer Flüssigkeit: Der Druck ist an allen Punkten der horizontalen Ebene gleich; Bei der Bewegung von unten nach oben nimmt der Druck um das Gewicht der Luftsäule, deren Höhe gleich der Höhe des Übergangs ist, und der Fläche ab Querschnitt gleich eins.
Reis. 296. Zeichnen eines Diagramms des Drucks, der mit der Höhe abnimmt. Die rechte Seite zeigt Luftsäulen gleicher Dicke, aufgenommen in unterschiedlichen Höhen. Säulen mit mehr komprimierter Luft und höherer Dichte werden dichter schattiert
Allerdings aufgrund der hohen Kompressibilität von Gasen großes Bild Die Verteilung des Drucks über der Höhe in der Atmosphäre stellt sich als völlig anders heraus als bei Flüssigkeiten. Lassen Sie uns tatsächlich die Abnahme des Luftdrucks mit der Höhe grafisch darstellen. Wir werden Höhen usw. über einem bestimmten Niveau (z. B. über dem Meeresspiegel) entlang der Ordinatenachse und den Druck entlang der Abszissenachse auftragen (Abb. 296). Wir werden die Höhenstufen hinaufsteigen. Um den Druck auf der nächsten Stufe zu ermitteln, müssen Sie vom Druck auf der vorherigen Stufe das Gewicht der Luftsäule in einer Höhe von abziehen. Doch mit zunehmender Höhe nimmt die Luftdichte ab. Daher ist der Druckabfall, der beim Aufstieg zur nächsten Stufe auftritt, umso geringer, je höher die Stufe liegt. Wenn Sie also nach oben steigen, nimmt der Druck ungleichmäßig ab: In geringer Höhe, wo die Luftdichte größer ist, nimmt der Druck schnell ab; je höher er ist, desto geringer ist die Luftdichte und desto langsamer nimmt der Druck ab.
Bei unserer Überlegung gingen wir davon aus, dass der Druck in der gesamten Schichtdicke gleich ist; Daher haben wir im Diagramm eine gestufte (gestrichelte) Linie erhalten. Aber natürlich erfolgt die Abnahme der Dichte beim Aufstieg auf eine bestimmte Höhe nicht sprunghaft, sondern kontinuierlich; Daher sieht das Diagramm in Wirklichkeit wie eine glatte Linie aus (durchgezogene Linie im Diagramm). Im Gegensatz zum linearen Druckdiagramm für Flüssigkeiten wird das Gesetz des abnehmenden Drucks in der Atmosphäre daher durch eine gekrümmte Linie dargestellt.
Für kleine Luftmengen (Raum, Luftballon) reicht es aus, einen kleinen Ausschnitt des Diagramms zu verwenden; In diesem Fall kann der gekrümmte Abschnitt ohne großen Fehler durch einen geraden Abschnitt ersetzt werden, wie bei einer Flüssigkeit. Tatsächlich ändert sich die Luftdichte bei einer kleinen Höhenänderung nur unwesentlich.
Reis. 297. Diagramme der Druckänderungen mit der Höhe für verschiedene Gase
Befindet sich ein bestimmtes Volumen eines anderen Gases als Luft, dann nimmt auch darin der Druck von unten nach oben ab. Für jedes Gas können Sie ein entsprechendes Diagramm erstellen. Es ist klar, dass bei gleichem Druck unten der Druck schwerer Gase mit der Höhe schneller abnimmt als der Druck leichter Gase, da eine Säule aus schwerem Gas mehr wiegt als eine Säule aus leichtem Gas gleicher Höhe.
In Abb. Für mehrere Gase wurden 297 solcher Diagramme erstellt. Die Diagramme sind für ein kleines Höhenintervall erstellt, sodass sie wie gerade Linien aussehen.
175. 1. Ein L-förmiges Rohr, dessen langer Bogen offen ist, ist mit Wasserstoff gefüllt (Abb. 298). Wo wird die Gummifolie, die den kurzen Rohrbogen bedeckt, gebogen?
Reis. 298. Zur Übung 175.1