入り口高度が上がると、大気圧は減少または増加します。 さまざまな高度での気圧
大気圧とは質量の圧力を意味します 大気地球の表面とその上にある物体。 圧力の程度は、一定の面積と形状を基準とした大気の重さに相当します。
SI システムにおける大気圧の主な測定単位はパスカル (Pa) です。 パスカルに加えて、他の測定単位も使用されます。
- バール (1 Ba=100000 Pa);
- ミリメートル 水星(1 mm Hg = 133.3 Pa);
- 平方センチメートルあたりの力のキログラム (1 kgf/cm 2 =98066 Pa)。
- 技術的な雰囲気 (1 at = 98066 Pa)。
上記の単位は、天気予報に使用される水銀ミリメートルを除き、技術的な目的で使用されます。
大気圧を測定する主な機器は気圧計です。 デバイスは液体式と機械式の 2 つのタイプに分けられます。 最初のデザインは、水銀を満たし、開いた端を水の入った容器に浸したフラスコに基づいています。 容器内の水は大気柱の圧力を水銀に伝えます。 その高さは圧力の指標として機能します。
機械式気圧計はよりコンパクトです。 それらの動作原理は、大気圧の影響下での金属板の変形にあります。 変形するプレートがバネを押すと、装置の針が動き始めます。
気圧が天気に与える影響
大気圧そして気象条件への影響は場所や時間によって異なります。 海抜高度によって異なります。 さらに、高気圧（高気圧）や高気圧の領域の移動に伴う動的変化があります。 低圧（台風）。
気圧に伴う天気の変化は移動によって起こります。 気団地域間 異なる圧力。 気団の動きは風によって形成され、その速度は局所的な気圧の差、気団の規模、互いの距離によって異なります。 さらに、気団の移動により温度変化が生じます。
標準大気圧は 101325 Pa、760 mmHg です。 美術。 または1.01325バール。 しかし、人は安全に耐えることができます 広い範囲プレッシャー。 たとえば、人口約 900 万人のメキシコの首都メキシコシティでは、平均気圧が 570 mm Hg です。 美術。
これにより、基準圧力の値が正確に求められる。 あ 快適な圧力かなりの範囲があります。 この値は非常に個人的なものであり、特定の人が生まれ、住んでいた条件に完全に依存します。 したがって、比較的圧力の高い領域から圧力の低い領域への急激な移動は、作業に影響を与える可能性があります。 循環系。 しかし、長期間の順応により、悪影響は消えます。
高気圧と低気圧
ゾーン内 高圧天気は穏やかで、空は雲一つなく、風も穏やかです。 夏は気圧が高く、暑さと干ばつを引き起こします。 低気圧の地域では、天気は主に曇りで風があり、雨が降ります。 このようなゾーンのおかげで夏は涼しいです 曇った天気雨が降り、冬には雪が降ります。 2 つの地域の高い気圧差は、ハリケーンや暴風を引き起こす要因の 1 つです。
高度による気圧の変化。
レッスンの目的 :
R- 発達 論理的思考学生、物質の種類とその性質に関する知識。
D- ガス内の圧力、地球の大気の構造、大気圧の変化に影響を与える要因に関する知識の形成。
で– フォーメーション 認知的関心私たちの周りの世界を学び、好奇心と将来の専門スキルを育みます。
レッスンタイプ: 新しい教材を学習します。
レッスンプラン。
- 基礎知識をアップデートします。
- 新しい教材を学ぶ。
- 学習した資料の統合。 宿題。
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高度による気圧の変化.
レッスンの目標:
R-開発 生徒の論理的思考、物質の種類とその性質に関する知識;
D - フォーメーション ガス内の圧力、地球の大気の構造、大気圧の変化に影響を与える要因に関する知識。
で – 私たちの周りの世界を研究することへの認知的関心の形成、好奇心と将来の専門的スキルの育成。
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- 学習した資料の統合。 宿題。
大気は地球に生命をもたらします。 海、海、川、小川、森、植物、動物、人、すべてのものは大気の中に生きており、大気のおかげで生きています。.
K.フラマリオン
大気は地球の外側のガス状の殻であり、その表面から始まり約 3000 km の宇宙空間まで広がります。
「アトモスフィア」という言葉は 2 つの部分で構成されています。ギリシャ語から翻訳された「アトモス」は蒸気を意味し、「スフィア」はボールを意味します。
大気の発生と発展の歴史は非常に複雑かつ長く、その起源は約 30 億年前に遡ります。 この期間中、大気の組成と性質は何度か変化しましたが、科学者によると、過去5,000万年にわたってそれらは安定しました。 その構造と特性は不均一です。 大気圧は高度が上がるにつれて低下します。
1648 年、パスカルに代わって、F. ペリエはピュイ ド ドーム山のふもとと頂上にある気圧計の水銀柱の高さを測定し、大気圧は高さに依存するというパスカルの仮定を完全に裏付けました。水銀柱は 84.4 mm 低くなりました。 地球上空の高度が上がるにつれて大気の圧力が低下するということに疑いの余地を残すために、パスカルはさらにいくつかの実験を行いましたが、今回はパリで、ノートルダム大聖堂の最下部と最上部で、サン・ジャック大聖堂を実験しました。タワー、そして90段の階段がある高い建物。 彼はその結果をパンフレット「偉大な流体平衡実験の物語」に掲載しました。
高度が上がるにつれて気圧が低下する原因は何ですか?
高度の上昇に伴う気圧の低下は、少なくとも 2 つの理由によって説明されます。:
1) 空気層の厚さ（つまり高さ）を減らす 気柱）、圧力がかかります。
2) 地球の中心から離れるにつれて重力が減少するため、高度に応じて空気密度が減少します。
10.5 メートル上昇するごとに、圧力は 1 mmHg ずつ低下します。
地球上空の高度の変化に伴う気圧の変化を追跡するために、地球の大気そのものの構造を思い出してみましょう。
1951 年以来、国際地球物理学連合の決定により、分割するのが慣例となっています。五層の雰囲気: - 対流圏、
成層圏、
中間圏、
熱圏（電離層）,
外気圏。
これらの層には明確に定義された境界がありません。 それらのサイズは以下によって異なります 地理的緯度観察場所と時間。
地球の表面に最も近い空気の層は、対流圏 。 極地の上空の高さは 8 ～ 12 km、温帯地域の上空 - 10 ～ 12 km、赤道地域の上空 - 16 ～ 18 km です。 この層には、大気の総質量の約 80% と大量の水分が含まれています。 レイヤーはよく透過します 太陽の光、したがって、その中の空気はから加熱されます。 地球の表面。 気温は高度が上がるにつれて継続的に低下します。 この低下は 1 キロメートルごとに約 6℃ です。 対流圏の上層では、気温は摂氏マイナス55度に達します。 このレイヤーの空の色は青です。 天気を決定するほとんどすべての現象は対流圏で発生します。 ここは、雷雨、風、雲、霧が発生する場所です。 ここで、雨や雪の形で降水につながるプロセスが発生します。 対流圏が気象工場と呼ばれるのはこのためです。
次の層 -成層圏 。 標高18kmから55kmまで広がっています。 空気は非常に少なく、総質量の 20% であり、水分はほとんどありません。 成層圏では強風がよく発生します。 時折、氷の結晶からなる真珠のような雲がここで形成されます。 私たちにとって通常の気象現象はここでは観察されません。 成層圏の空の色は黒に近い濃い紫色です。
標高50～80kmに位置中間圏。 ここの空気はさらに薄いです。 総質量の約 0.3% がここに集中しています。 中間圏では、飛来するものは、 地球の大気流星。 ここでも夜光雲が発生します。
中間圏の上空から高度約800kmまでは、熱圏（電離層）。 空気密度がさらに低く、電気をよく通し、電波を反射するのが特徴です。 オーロラは熱圏で発生します。
大気の最後の層は、外気圏。 高度約1万kmまで伸びています。
大気は環境的に非常に重要であることに注意する必要があります。
地球上のすべての生物を宇宙放射線や隕石の衝突による有害な影響から守り、季節の気温変動を調整し、日々のサイクルのバランスを取り、平準化します。 もし大気が存在しなかった場合、地球上の 1 日の温度変動は ±200 °C に達します。
大気は、宇宙と地球の表面の間に生命を与える「緩衝材」であるだけでなく、熱と湿気の輸送体でもあり、生物圏の主要なプロセスである光合成とエネルギー交換も大気を通して行われます。 大気は、岩石圏で起こるすべてのプロセス（物理的および化学的風化、風の活動、 天然水、永久凍土、氷河）。
しかし、すべての惑星に大気があるわけではありません。 たとえば、月には大気がありません。 科学者らは、月にはかつて大気があったが、重力が小さすぎて大気を保持できなかったことを示唆しています。 水星にも大気はありません。
生物はこの圧力にどのように適応するのでしょうか?
人間の生活と野生動物における大気圧。
人間の体は気圧に適応しており、気圧の低下にはあまり耐えられません。 高い山に登るとき、準備ができていない人は非常に気分が悪くなります。 耳や鼻から呼吸が困難になることが多い 血が出ている、意識を失う可能性があります。 大気圧のおかげで、関節面は互いにしっかりとフィットするため（関節を覆う関節包では圧力が軽減されます）、山の高地では大気が存在します。気圧が急激に低下し、関節の機能が障害され、腕や脚のコントロールが困難になり、脱臼しやすくなります。
エベレストの最初の征服者の一人であるテンシング・ノードゲイは、最後の30メートルが最も困難で、足は鋳鉄で、一歩一歩進むのに苦労しなければならなかったと思い出を語った。 彼は自分自身に基準を設定しました。「4 歩 - 休憩、4 歩 - 休憩」です。
なぜ登りはこんなに難しいのでしょうか？ これは気圧の低下と人体への影響によるものです。 山の中や登山中はどのように行動すればよいでしょうか？ （順応、バックパックの重量を監視、心臓の機能を高めるビタミンとカリウムが豊富な食べ物、負荷を均等に分散させます）。
登山家とパイロットは高所に登る際に酸素装置を携行し、登頂前に集中的に訓練します。 トレーニング プログラムには、強力なポンプに接続された密閉されたスチール製チャンバーである圧力チャンバーでの必須トレーニングが含まれています。
湿地帯を移動するときは気圧が影響します。 脚を持ち上げると、脚の下に希薄な空間が形成され、大気圧によって脚が引き抜かれなくなります。 馬が泥沼の中を移動する場合、その硬い蹄はピストンのように機能します。 たとえばブタのような複雑な蹄はいくつかの部分から構成されており、引き抜くと脚が圧縮され、結果として生じるくぼみに空気が入ります。 この場合、そのような動物の足は土壌から自由に伸びます。
どうやって飲むの？ グラスを唇に当てて、液体を自分の中に吸い込み始めます。 流体を引き込むと膨張が起こる 胸、肺と口腔内の空気が排出され、大気圧によってそこにある液体の別の部分が「駆動」されます。 これが、体が気圧に適応して利用する方法です。
私たちがどのように呼吸しているか考えたことがありますか? 呼吸のメカニズムは次のとおりです。筋肉の努力によって胸の容積が増加しますが、肺内の気圧が低下し、大気圧によって空気の一部がそこに押し込まれます。 息を吐き出すときは、逆のプロセスが起こります。 私たちの肺は、息を吸うときは排出ポンプとして、息を吐くときはポンプとして機能します。
ハエと アマガエル小さな吸盤によって真空が作られ、大気圧によって吸盤がガラスに保持されるため、窓ガラスに貼り続けることができます。
ゾウは水を飲みたいときはいつでも大気圧を利用します。 首が短く、頭を水中に曲げることはできず、胴体を下げて空気を吸い込むことしかできません。 大気圧の影響で鼻が水で満たされ、ゾウが鼻を曲げて口に水を注ぎます。
素材を固定します。
1. 気圧の低い山に登るとき、人はどのような感覚を経験しますか? – (高山病の兆候 - これは、人間の体が高地での低い気圧に適応していないために起こります)。
2. 飛行機の圧力はどれくらいですか? （人にとって快適な人工圧力が生成されます）。
3. タスク1。 山のふもとの気圧は760mmです。 RT。 美術。 頂上の気圧は460mmです。 RT。 美術。 山の高さを求めてください。
4. タスク 2。 地表の大気圧は 752 mmHg です。 深さ200メートルの鉱山の底の大気圧はどれくらいですか? (771.05mmHg ）。
5. タスク 3。 鉱山の底では、気圧計は780 mm Hgの圧力を記録し、地表では760 mm Hgの圧力を記録しました。 鉱山の深さを調べてください。 (210m [(780-760)x10.5=210)。
6. エレベーター内の気圧は上昇するにつれて変化しますか? 下に移動しますか？
7. 密閉したガラス瓶を飛行機の荷物に預けることができないのはなぜですか?
動き。 温もりキタイゴロツキー アレクサンダー・イサコビッチ
高度による気圧の変化
高度による気圧の変化
高度が変化すると気圧が下がります。 これは 1648 年にパスカルに代わってフランス人ペリエによって初めて発見されました。ペリエが住んでいた近くのピュー・ド・ドーム山の高さは 975 m でした。測定によると、山に登るとトリチェリ管内の水銀が 8 mm 落下することがわかりました。 高度が上がると気圧が下がるのはごく自然なことです。 結局のところ、小さな空気の柱がすでに上部のデバイスに圧力をかけています。
飛行機に乗ったことがある人なら、客室の前壁に、飛行機の上昇高度を数十メートルの精度で表示する装置があることをご存知でしょう。 この装置は高度計と呼ばれます。 これは通常の気圧計ですが、海抜以上の高度値に調整されています。
高度が上がると圧力が低下します。 この依存関係の式を求めてみましょう。 高さの間に位置する面積1 cm 2の小さな空気層を選択しましょう h 1と h 2. それほど大きくない層では、高さによる密度の変化はほとんど目立ちません。 したがって、選択したボリュームの重量 (これは高さのある円柱です) h 2 ? h 1 と面積 1 cm 2) 空気が存在します mg = ?(h 2 ? h 1)g。 この重量により、高所から上昇する際の圧力損失が生じます。 h 1から高さまで h 2. あれは
しかし、ボイル・マリオットの法則によれば、気体の密度は圧力に比例します。 それが理由です
左側は、圧力が から減少するときに増加した割合です。 h 2～ h 1. これは均等な削減を意味します h 2 ? h 1 は、同じパーセンテージによる圧力の増加に対応します。
測定と計算は、海抜が 1 キロメートル上昇するごとに、圧力が 0.1 部分低下することを完全に一致させています。 海面より下の深い鉱山に降下する場合にも同じことが当てはまります。1 キロメートル降下すると、圧力はその値の 0.1 分の 1 だけ増加します。
前の高さの値からの 0.1 分の変化について話しています。 これは、1 キロメートル上昇すると、圧力は海面の圧力の 0.9 に低下し、次のキロメートル上昇すると、海面の圧力の 0.9 の 0.9 に等しくなることを意味します。 高度 3 キロメートルでは、圧力は 0.9 から 0.9 から 0.9 に等しくなります。 (0.9) 3 海面での圧力。 この推論をさらに拡張することは難しくありません。
海面気圧を次のように表します。 p 0、高度での気圧を書き留めることができます h(キロメートルで表現):
p = p 0 (0,87) h = p 0 10 ?0.06 h .
より正確な数値は括弧内に書かれています。0.9 は四捨五入された値です。 この式では、気温がどの高度でも同じであると仮定しています。 実際、大気の温度は高度とともに変化し、さらにかなり複雑な法則に従って変化します。 それにもかかわらず、この式は良好な結果をもたらし、最大数百キロメートルの高度でも使用できます。
この式を使用して、エルブルスの高さ約 5.6 km で気圧が約半分に低下し、高度 22 km (人を乗せた成層圏気球の上昇記録の高さ) では気圧が約半分に低下することを判断するのは難しくありません。圧力は 50 mm Hg まで下がります。
通常の 760 mm Hg の圧力について話すときは、「海面で」という言葉を付け加えるのを忘れてはなりません。 標高5.6kmで 常圧 760 mm Hg ではなく、380 mm Hg になります。
同じ法則に従って、気圧とともに、高度が上がると空気密度も減少します。 高度160kmでは空気はほとんど残っていません。
本当に、
(0,87) 160 = 10 ?10 .
地球の表面では、空気の密度は約 1000 g/m 3 であり、これは、私たちの計算式によれば、高度 160 km/立方メートルには 10 ～ 7 g の空気が存在することを意味します。 実際、ロケットを使用して行われた測定が示すように、この高度での空気密度は 10 倍大きくなります。
高度数百キロメートルに関する私たちの計算式は、真実に比べてさらに過小評価しています。 高地ではこの式が使用できなくなるという事実は、高度による温度の変化と、太陽放射の影響下での空気分子の崩壊という特別な現象によるものです。 ここではこれについては触れません。
地表の同じ地点における気圧は一定ではなく、大気中で起こるさまざまな過程に応じて変化します。 「通常の」大気圧は、従来、760 mmHg、つまり 1 (物理的) 気圧に等しい圧力であると考えられています (§154)。
すべての地点の海面での気圧 グローブ平均して1気圧に近い。 海面から上昇すると、気圧が低下することに気づきます。 それに応じてその密度は減少し、空気はますます希薄になります。 山の頂上で谷間にしっかりと密閉された容器を開けると、空気の一部が中から出てきます。 逆に、上部が密閉されている容器を山の麓で開けると、空気が入ってしまいます。 高度約 6 km では、空気の圧力と密度が約半分に減少します。
各高度は特定の気圧に対応します。 したがって、山の頂上または気球のバスケット内の特定の点の圧力を（たとえば、アネロイドを使用して）測定し、気圧が高さとともにどのように変化するかを知ることによって、山の高さや高さを決定することができます。風船の高さ。 従来のアネロイドは感度が非常に高く、アネロイドを2～3m上げると大きく指針が動くため、アネロイドを手に持って階段を上り下りすると、緩やかな圧力変化が気になりやすい。 このような実験は地下鉄駅のエスカレーターで行うと便利です。 アネロイドは多くの場合、高さに直接校正されます。 矢印の位置は、デバイスが配置されている高さを示します。 このようなアネロイドは高度計と呼ばれます(図295)。 それらは飛行機に供給されています。 これらにより、パイロットは飛行高度を決定できます。
米。 295. 航空機の高度計。 長針は数百メートル、短針はキロメートルを数えます。 ヘッドを使用すると、飛行を開始する前に、ダイヤルのゼロを地表の矢印の下に置くことができます。
上昇時の気圧の低下は、海底から水面へ上昇する際の深海の圧力の低下と同様に説明されます。 海面の空気は地球の大気全体の重さによって圧縮されますが、大気の上層はこれらの層の上にある空気の重さだけによって圧縮されます。 一般に、重力の影響下にある大気中またはその他の気体中の点から点への圧力変化は、液体中の圧力と同じ法則に従います。つまり、圧力は水平面のすべての点で同じです。 下から上に移動すると、圧力は気柱の重さによって減少します。気柱の高さは移行部の高さと同じであり、その面積は 断面 1に等しい。
米。 296. 高さとともに減少する圧力のグラフをプロットする。 右側は、異なる高さで撮影した同じ厚さの空気柱を示しています。 圧縮空気の密度が高く、より濃い陰影が付けられます。
ただし、気体は圧縮率が高いため、 大局大気中の高さにわたる圧力の分布は、液体の場合とはまったく異なることが判明しました。 実際に、高度に応じた気圧の減少をプロットしてみましょう。 縦軸に沿って、あるレベル（海抜など）より上の高度などをプロットし、横軸に沿って圧力をプロットします（図 296）。 高さのある階段を登っていきます。 次のステップの圧力を求めるには、前のステップの圧力から に等しい高さの空気柱の重量を引く必要があります。 しかし、高度が上がると空気密度は減少します。 したがって、高い段になるほど、次の段に上昇する際の圧力の低下が少なくなります。 したがって、上に上昇するにつれて、圧力は不均一に低下します。空気密度が高い低高度では、圧力は急速に低下します。 値が高くなるほど、空気密度が低くなり、圧力の低下が遅くなります。
私たちの推論では、層全体の厚さの圧力は同じであると仮定しました。 したがって、グラフには階段状 (破線) の線が表示されます。 しかし、もちろん、一定の高さまで上昇するときの密度の低下はジャンプ中に発生するのではなく、継続的に発生します。 したがって、実際には、グラフは滑らかな線 (グラフ上の実線) のように見えます。 したがって、液体の線形の圧力グラフとは対照的に、大気中の圧力減少の法則は曲線で表されます。
空気量が少ない場合（室内、 バルーン) グラフの小さなセクションを使用するだけで十分です。 この場合、液体と同様に、曲線部分を直線部分にほとんど間違いなく置き換えることができます。 実際、高度が少し変化すると、空気密度はわずかに変化します。
米。 297. さまざまなガスの高さによる圧力変化のグラフ
空気以外の気体が一定量存在すると、その中の圧力も下から上に向かって減少します。 ガスごとに、対応するグラフを作成できます。 重ガスの柱の重量は同じ高さの軽ガスの柱よりも重いため、以下の同じ圧力では、重ガスの圧力は軽ガスの圧力よりも高さとともに速く減少することは明らかです。
図では、 297 個のそのようなグラフがいくつかのガスについて作成されました。 グラフは狭い高さ間隔で作成されているため、直線のように見えます。
175. 1. 長いエルボが開いた L 字型の管には水素が充填されています (図 298)。 チューブの短いエルボを覆うゴム膜はどこで曲がるのでしょうか？
米。 298. 演習用 175.1
プレッシャー- これ 物理量、この面に垂直な面の単位面積あたりの力を示します。
圧力は P = F / S として定義されます。ここで、P は圧力、F は圧力、S は表面積です。 この式から、圧力は特定の力が作用する体の表面積に依存することが明らかです。 表面積が小さいほど、圧力は大きくなります。
圧力の測定単位はニュートン/パーです。 平方メートル(H/m2)。 圧力単位 N/m 2 を、いわゆるパスカルの法則を開発したフランスの科学者ブレーズ パスカルにちなんで名付けられた単位であるパスカルに変換することもできます。 1 N/m 2 = 1 Pa。
どうしたの？？？
圧力測定
気体および液体の圧力 - 圧力計、差圧計、真空計、圧力センサー。大気圧 - 気圧計。
血圧 - 眼圧計。
したがって、もう一度、圧力は P = F / S として定義されます。重力場の力は重量 - F = m * g に等しくなります。ここで、m は物体の質量です。 g は自由落下の加速度です。 そのときのプレッシャーは、
P = m * g / S 。 この式を使用すると、物体が表面に及ぼす圧力を決定できます。 たとえば、地面に倒れた人。
大気圧は高度が上がるにつれて低下します。 気圧の高度依存性が決定される 気圧計算式
-
P = Po*exp(-μgh/RT) 。 ここで、μ = 0.029 kg/m3 - ガス（空気）の分子量。 g = 9.81 m/s2 - 自由落下加速度。 h - h o - 海抜高度とレポート開始時に許容された高度の差 (h=h o)。 R = 8.31 - J/mol K - ガス定数; Po - 基準点とした高さにおける大気圧。 T - ケルビン単位の温度。