Torricelli Experiment Mesures de pression atmosphérique, importance

Il Expérience de Torricelli Il a été réalisé par le physicien et mathématicien italien.

Cette expérience est née de la nécessité d'améliorer l'approvisionnement en eau dans les villes. L'évangéliste Torricelli (1608-1647), qui était mathématicien de la cour du Grand-duc de Toscane Fernando II, avait étudié avec Galileo les phénomènes hydrauliques.

Figure 1. L'expérience de Torricelli, dans laquelle la colonne Mercury est de 760 mm en raison de la pression atmosphérique. Source: F. Zapata.

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L'expérience

En 1644, Torricelli a fait l'expérience suivante:

- Mercure introduit à l'intérieur d'un tube de 1 m de longueur, ouvert à une extrémité et fermé par l'autre.

- Lorsque le tube était complètement plein, il l'a investi et l'a renversé dans un conteneur qui contenait également du mercure.

- Torricelli a observé que la colonne descendait et s'est arrêtée à environ 76 cm de haut.

- Il a également réalisé que dans l'espace libre, un vide avait été généré, mais pas parfait.

Torricelli a répété l'expérience à l'aide de différents tubes. Il a même réalisé une petite variante: il a ajouté de l'eau au seau qui, étant plus léger, flottait sur du mercure. Ensuite, le tube contenant du mercure à la surface de l'eau se soulevait lentement.

Puis le mercure est descendu et l'eau grimpait. Le vide obtenu, comme nous l'avons déjà dit, n'était pas parfait, car il y avait toujours des restes de mercure ou de vapeur d'eau.

La mesure de la pression atmosphérique

L'atmosphère est un mélange de gaz dans lesquels l'azote et l'oxygène prédominent, avec des traces d'autres gaz tels que l'argon, le dioxyde de carbone, l'hydrogène, le méthane, le monoxyde de carbone, la vapeur d'eau et l'ozone.

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L'attraction gravitationnelle exercée par la Terre est chargée de maintenir l'ensemble de la planète.

Bien sûr, la composition n'est pas uniforme, ni la densité non plus, car elle dépend de la température. Près de la surface, il y a une bonne quantité de poussière, de sable et de polluants des événements naturels et aussi de l'activité humaine. Les molécules les plus lourdes sont plus proches du sol.

Puisqu'il y a tellement de variabilité, il est nécessaire de choisir une altitude de référence pour la pression atmosphérique, qui a été considérée comme le niveau de la mer.

Voici aucun niveau de la mer, car cela présente également des fluctuations. Le niveau O Données Avec l'aide, un système de référence géodétique établi par un accord commun entre les experts est choisi.

Combien coûte la pression atmosphérique près du sol? Torricelli a trouvé sa valeur lorsqu'elle a mesuré la hauteur de la colonne: 760 mm de mercure.

Le baromètre Torricelli

Dans la partie supérieure du tube, la pression est 0, car un vide a été établi. Pendant ce temps, à la surface de la baignoire de Mercure, la pression P₁ C'est la pression atmosphérique.

Nous choisissons l'origine du système de référence sur la surface libre du mercure, en haut du tube. De là jusqu'à ce que vous atteigniez la surface du mercure dans le récipient, il est mesuré H, La hauteur de la colonne.

Figure 2. Le baromètre Torricelli. Source: physique générale pour les ingénieurs. J. Poser. Usach.

La pression au point marqué de rouge, en profondeur et₁ est:

P₁ = P_soit + ρ_HG . g.et₁

Où ρ_HG  C'est la densité du mercure. Puisque et₁ = H et Po = 0:

P₁ = ρ_HG . g.H

H = p₁/ ρ_HG.g

Comme la densité du mercure est constante et la gravité également, il s'avère que la hauteur de la colonne de mercure est proportionnelle à P_1, Qu'est-ce que la pression atmosphérique. Remplacement des valeurs connues:

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H = 760 mm = 760 x 10 ^-3 m

G = 9.8 m / s²

ρ_HG = 13.6 g / cc = 13.6 x 10 ³ kg / m³

P₁ = 13.6 x 10 ³ kg / m³ x 9.8 m / s² x 760 x 10 ^-3 M = 101.293 N / M²= 101.3 kN / m²

L'unité de pression dans le système international est la Pascal et l'abrégation de l'AP. Selon l'expérience de Torricelli, la pression atmosphérique est de 101.3 kpa.

Importance de la pression atmosphérique pour le climat

Torricelli a observé que le niveau de mercure dans le tube présentait chaque jour de légères variations, il a donc déduit que la pression atmosphérique devrait également changer.

La pression atmosphérique est responsable d'une grande partie du temps, mais ses variations quotidiennes passent inaperçues. C'est parce qu'ils ne sont pas aussi notables que les tempêtes ou le froid, par exemple.

Cependant, ces variations de pression atmosphérique sont responsables des vents, qui à leur tour influencent les pluies, la température et l'humidité relative. Lorsque le sol se réchauffe, l'air se dilate et a tendance à augmenter, provoquant une diminution de la pression.

Chaque fois que le baromètre indique des pressions élevées, vous pouvez vous attendre à un beau temps, tandis qu'avec des pressions basses, il y a un risque de tempêtes. Cependant, pour faire des prévisions de base climatiques, il est nécessaire d'avoir plus d'informations sur d'autres facteurs.

Il Torchon et d'autres unités pour la pression

Bien que cela semble étrange, car la pression est définie comme une force par unité de surface, en météorologie, il est valable d'exprimer la pression atmosphérique en millimètres de mercure, alors que Torricelli l'a établi.

C'est parce que le baromètre Mercury continue d'être utilisé aujourd'hui avec peu de variations depuis ce temps, de sorte qu'en l'honneur de Torricelli, 760 mm Hg équivaut à 1 torr. En d'autres termes:

1 tor = 760 mm Hg = 30 pouces de Hg = 1 atmosphère de pression = 101.3 kpa

Si Torricelli avait utilisé de l'eau au lieu du mercure, la hauteur de la colonne serait 10.3 m. Le baromètre Mercury est plus pratique pour être plus compact.

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Les autres unités à usage prolongé sont les barres et les millibars. Un millibar équivaut à un hectopascal ou 10² Pascales.

Altimètres

Un altimètre est un instrument qui indique la hauteur d'un lieu, en comparant la pression atmosphérique à cette hauteur avec laquelle il y a au sol ou un autre lieu de référence.

Si la hauteur n'est pas très grande, nous pouvons supposer que la densité d'air reste constante. Mais c'est une approche, car nous savons que la densité de l'atmosphère diminue avec la hauteur.

Grâce à l'équation utilisée ci-dessus, la densité d'air est utilisée à la place du mercure:

P₁ = P_soit + ρ_air . g.H

Dans cette expression P_soit Il est pris comme pression atmosphérique au niveau du sol et P1 C'est l'endroit dont l'altitude sera déterminée:

H = (p₁ - P_soit) / ρ_air . g

La variation de la pression avec la hauteur est de meilleures approches de la réalité avec un modèle exponentiel, à travers lequel équation altimétrique, Cela relie la pression atmosphérique d'un endroit avec sa hauteur:Où P_soit C'est la pression de référence, normalement au niveau de la mer, P₁ est la pression de l'endroit en question, H sa hauteur en ce qui concerne le niveau de la mer, ρ la densité de l'air au niveau de la mer et g La valeur de la gravité.

L'équation altimétrique montre que la pression diminue de façon exponentielle avec la hauteur: pour H = 0, p₁= P_soit et si H → ∞, ensuite P₁=0.

Les références

1. Figueroa, D. 2005. Série: Physique pour la science et l'ingénierie. Volume 5. Fluides et thermodynamique. Édité par Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, L. 2007. Physique: un regard sur le monde. 6e édition abrégée. Cengage Learning.
3. Lay, J. 2004. Physique générale pour les ingénieurs. Usach.
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