Pression atmosphérique Valeur normale, comment elle est mesurée, exemples

La Pression atmosphèrique Il est causé par le poids des gaz qui composent l'atmosphère à la surface de la Terre. On estime que la masse de l'atmosphère est d'environ 5 x 10¹⁸ kg et tous les êtres vivants sont soumis à la pression que masse exerce.

Le premier à la mesurer a été le scientifique évangéliste italien Torricelli (1608-1647). Il a effectué en 1644 une expérience simple mais très ingénieuse: il a complètement rempli un tube en verre fermé par une extrémité avec du mercure, l'a investi et l'a renversé à l'intérieur d'un récipient qui contenait également du mercure.

Figure 1. Baromètre anéroïde pour mesurer la pression atmosphérique, contrairement au baromètre Mercury, il ne contient pas de liquide. Source: Wikimedia Commons.

Torricelli a observé que le tube n'était pas complètement vidé, mais était plein de mercure à une hauteur de 76 cm. Surpris, il a fait de nombreux tests avec des tubes d'une manière différente, obtenant toujours le même résultat.

De cette façon, Torricelli a réalisé que la pression atmosphérique relevait et maintenait la colonne de mercure à l'intérieur du tube à une hauteur de 760 mm. De cette façon, la valeur moyenne de la pression atmosphérique est établie.

Étant donné que la pression est définie comme une force par unité de superficie, les unités de pression atmosphérique dans le système international sont Newton / Metro ou Pascal, qui est abrégé PA. Donc, dans ce système, la pression atmosphérique p_{AU M} Il a une valeur de:

P_{AU M} = 101.354.8 PA

C'est la valeur normale de la pression atmosphérique à 0 ºC et au niveau de la mer.

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Pression atmosphérique au niveau de la mer et autres variations

En théorie, la valeur maximale de la pression atmosphérique est juste au niveau de la mer. Bien qu'il y ait tellement de variabilité à ce niveau, les experts doivent définir un système de référence qui les aide à déterminer leur valeur.

Ensuite, les principaux facteurs qui affectent la valeur de la pression atmosphérique dans un certain endroit sur Terre:

-Altitude: Pour tous les 10 mètres de haut, la pression diminue de 1 mm de Hg. Mais il arrive également que la densité du gaz qui compose l'atmosphère ne soit pas constante. En principe, à mesure que l'altitude augmente, la densité de l'air diminue.

Figure 2. Altimètre, un instrument qui mesure l'altitude sur le niveau de la mer en fonction des changements de pression. Source: Pixabay.

-Température: Évidemment, à une température plus élevée, la densité diminue et l'air pèse moins, par conséquent, la valeur de pression diminue.

-Latitude: La pression atmosphérique est plus faible dans les latitudes équatoriales, car la Terre n'est pas une sphère parfaite. La côte au niveau de l'Équateur est plus éloignée du centre de la terre que les pôles et là la densité de l'air est également inférieure.

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-Continent: Plus il se déplace vers l'intérieur des continents, plus la pression atmosphérique est grande, tandis que dans les lieux côtiers, la pression est inférieure.

Variation de la pression atmosphérique avec la hauteur

La équation altimétrique qui relie la pression atmosphérique P d'un endroit avec sa hauteur z Au niveau de la mer, il a cette forme:

Ici P_soit C'est la pression existant à la hauteur initiale ou de référence, qui est normalement prise au niveau de la mer, ρ_soit La densité de l'air au niveau de la mer et g La valeur de l'accélération de la gravité. Plus tard, la déduction étape par étape est dans la section d'exercice est étape par étape.

Comment la pression atmosphérique est-elle mesurée?

La pression atmosphérique est mesurée avec le baromètre. Le plus simple est comme un Torricelli construit, basé sur le mercure. L'inclinaison ou le diamètre du tube ne modifie pas la hauteur de la colonne de mercure, à moins que les facteurs météorologiques ne soient responsables de le faire.

Par exemple, les nuages ​​se forment dans des régions de basse pression. Ainsi, lorsque la lecture du baromètre diminue, c'est une indication que le mauvais temps arrive.

En fait, d'autres liquides peuvent également être utilisés à la place du mercure, par exemple un baromètre à eau peut être fabriqué. Le problème est que la taille de la colonne est de 10,33 m, très peu pratiques à transporter.

Il y a aussi les instruments qui mesurent la pression de manière mécanique - par déformations dans les tubes ou les spirales -: les baromètres anéroïdes et le manomètres. Ils peuvent mesurer la différence de pression entre deux points ou mesurer également une pression prenant la pression atmosphérique comme référence.

Unités de pression

La valeur de pression normale sert à définir une nouvelle unité de pression: l'atmosphère, abrégée AU M. La pression atmosphérique vaut 1 atm; De cette façon, d'autres pressions peuvent être exprimées en termes de pression atmosphérique, ce qui est une valeur très familière pour tous:

1 atm = 101.293 PA

Le tableau suivant montre les unités les plus utilisées en science et en ingénierie pour mesurer la pression et l'équivalence correspondante dans Pascal:

Unité	Équivalence dans Pascal
N / m2	1
AU M	101.355
MM HG	133.3
LB / PLG2	6894.76
bar	1x 105

Pression hydrostatique, absolue et manométrique

Sur la surface libre d'un liquide en équilibre statique et ouvert à l'atmosphère, la pression atmosphérique agit. Mais aux points intérieurs du liquide, le poids de la colonne de fluide agit bien sûr.

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Le poids de la colonne dépend de sa hauteur et de la densité du liquide, ce que nous signifierons constant, ainsi que la température. Dans ce cas, la pression P est:

P = ρ. g. z

C'est le Pression hydrostatique À tout moment à l'intérieur d'un fluide avec une densité constante et est directement proportionnel à la profondeur z du fluide.

Référence à pression absolue P_abdos Dans un liquide de repos, il est défini comme la somme de la pression atmosphérique p_{AU M} et la pression hydrostatique P:

P_abdos = P_{AU M} + P

Enfin, la pression manométrique p_homme Dans un liquide de repos est la différence entre la pression absolue et atmosphérique et dans ce cas, elle équivaut à mesurer la pression hydrostatique:

P_homme = P_abdos - P_{AU M}

Exemples

La force que l'atmosphère exerce sur le corps

L'ampleur de la force totale exercée par l'atmosphère peut être estimée sur un corps humain. Supposons que le corps ait environ une surface de 2 m², Étant donné que la pression est définie comme la force par unité de surface, nous pouvons effacer et calculer la force:

P = f / a → f = p. POUR

Pour ce calcul, nous utiliserons la valeur normale de la pression atmosphérique qui a été établie au début:

F = 101.354.8 PA X 2 m² = 202.710 N

Ce résultat équivaut à environ 20 tonnes de force, mais ne représente pas un problème pour les êtres vivants qui habitent la surface de la terre, qui sont adaptées à cela, tout comme les poissons de la mer.

Bien que ce soit une force assez grande. Comment ne nous effondrez-nous pas devant elle?

Eh bien, la pression à l'intérieur du corps est égale à la pression externe. Nous ne nous effondreons pas parce que la force vers l'intérieur est en équilibre avec une autre force. Mais certaines personnes sont affectées par l'altitude et peuvent saigner par le nez lorsqu'ils grimpent des montagnes très élevées. Il est dû au fait que l'équilibre entre la pression artérielle et la pression atmosphérique a été modifié.

Siroter des boissons avec une paille ou une paille

La pression atmosphérique permet de boire du soda avec une paille ou un pitillo. Les Sumériens et autres cultures anciennes avaient découvert qu'ils pouvaient boire de la bière à l'aide de tiges ou de roseaux de plantes comme sorbets.

Beaucoup plus tard, à la fin du XIXe siècle et au début du 20e siècle, divers modèles de paille ont été brevetés aux États-Unis, y compris ceux qui portent un coude en forme d'accord, largement utilisé aujourd'hui.

figure 3. La pression atmosphérique permet de sipilla ou de paille. Source: Pixabay.

Ils fonctionnent de cette manière: comme le liquide est absorbé par la paille, la pression est réduite au-dessus du liquide et cela rend la pression ci-dessous, ce qui est plus grand, entraîne le liquide pour le boire facilement.

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Pour cette raison, après une extraction ou une chirurgie dentaire, il n'est pas recommandé de siroter des liquides de cette manière, car la diminution de la pression peut ouvrir la plaie et commencer à saigner.

Exercices

- Exercice 1

Déduire l'équation altimétrique P (z):

Où:

-PO est la pression au niveau de référence (niveau de la mer)

-z est la hauteur

-ρ_soit C'est la densité du liquide au niveau de la mer

-G est la valeur de l'accélération de la gravité

Solution

Premièrement, que ce soit DP Une pression différentielle qui, selon l'équation fondamentale de l'hydrostatique, est exprimée:

Dp = - ρ.g.Dz

Le moins le signe prend en compte le fait que la pression diminue avec l'augmentation de z. Il sera également supposé que l'air est un gaz idéal, donc la pression et la densité sont liées à travers:

P = ρ.R.T / m

ρ = (m / rt).p

La densité est immédiatement remplacée pour obtenir:

Dp = - (m / rt).p.g.Dz

Maintenant, écrire la pression de cette manière suppose que l'atmosphère est divisée en couches de hauteur Dz, Quelque chose comme un tas de crêpes, chacun avec pression DP. De cette façon, une équation différentielle est obtenue qui est résolue en séparant les variables p et z:

dp / p = -(M / RT).g.Dz

Ensuite, il est intégré des deux côtés, ce qui équivaut à l'ajout des contributions de pression effectuées par chaque couche. Dans l'intégrale de la gauche, cela est fait à partir d'une pression P_soit Initial, jusqu'à une pression P final. De la même manière, dans l'intégrale à droite, il est évalué à partir de z_soit jusqu'à z:

Après avoir évalué l'intégrale, il reste:

ln (p / p_soit) = - (m / rt).g.(Z-Z_soit)

Ce qui suit est de nettoyer P par exponentiel:

Enfin, tellement T comme g Ils restent constants, ρ_soit= (M / rt)P_soit, alors m / rt = ρ_soit / P_soit,  Et cela peut aussi être fait z_soit = 0. Rassembler tout cela:

- Exercice 2

Quelle est la valeur de la pression atmosphérique à La Paz, en Bolivie située à 3640 m au-dessus du niveau de la mer? Prendre la valeur de 1 225 kg / m en tant que densité d'air moyenne³ au niveau de la mer.

Solution

Les valeurs numériques données dans l'équation altimétrique sont simplement remplacées:

En conclusion, il résulte d'environ 66% de la pression normale.

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. L'atmosphère standard. Récupéré de: av8n.com
4. Université de Séville.  Variation de la pression atmosphérique. Récupéré de: Laplace.nous.est.
5. Wikipédia. Équation hipsométrique. Récupéré de: est.Wikipédia.org.
6. Wikipédia. Pression atmosphèrique. Récupéré de: est.Wikipédia.org.