Ilmanpaineen mekaniikka

Ilmanpaine, ilmakehän paine tai ilmakehän paine on pinnan yli kohdistuva paine, joka on ilmamassa (ja sen molekyylit) sen yläpuolella.

Ilmanpaine on vaikea käsite. Kuinka jollain näkymättömällä voi olla massa ja paino? Ilmalla on massa, koska se koostuu a kaasuseos joilla on massa. Lisää yhteen kaikkien näiden kuivasta ilmasta muodostuvien kaasujen (happi, typpi, hiilidioksidi, vety ja muut) paino ja saat kuivan ilman painon.

Kuivan ilman molekyylipaino tai moolimassa on 28,97 grammaa moolia kohti. Vaikka se ei ole kovinkaan paljon, tyypillinen ilmamassa muodostuu uskomattoman suuresta määrästä ilmamolekyylejä. Sinänsä voit alkaa nähdä, kuinka ilmalla voi olla huomattava paino, kun kaikkien molekyylien massat lisätään yhteen.

Joten mikä on yhteys molekyylien ja ilmanpaineen välillä? Jos ilmamolekyylien lukumäärä alueen yläpuolella kasvaa, on enemmän molekyylejä, jotka aiheuttavat painetta kyseiselle alueelle, ja sen kokonaispaine nousee. Tämä on mitä me kutsumme

Ilmanpaine ei ole tasainen koko maapallolla. Se vaihtelee välillä 980–1050 millibaaria ja muuttuu korkeuden mukaan. Mitä suurempi korkeus, sitä matalampi ilmanpaine. Tämä johtuu siitä, että ilmamolekyylien lukumäärä pienenee korkeimmilla korkeuksilla, väheneen siten ilman tiheys ja ilmanpaine. Ilmanpaine on korkein merenpinnalla, missä ilman tiheys on suurin.

Ilmanpaineesta on 5 perusastetta:

• Se kasvaa ilman tiheyden kasvaessa ja pienenee ilman tiheyden pienentyessä.
• Se kasvaa lämpötilan noustessa ja laskee lämpötilan jäähtyessä.
• Se kasvaa alemmissa korkeuksissa ja pienenee korkeammissa korkeuksissa.
• Ilma siirtyy korkeapaineesta matalapaineeseen.
• Ilmanpaine mitataan säävälineellä, joka tunnetaan nimellä a barometri. (Siksi sitä kutsutaan joskus myös "ilmanpaineeksi".)

barometri Käytetään ilmakehän paineen mittaamiseen yksiköissä, joita kutsutaan ilmakehiksi tai milibariksi. Vanhin barometrin tyyppi on elohopeabaromeattir. Tämä instrumentti mittaa elohopeaa, kun se nousee tai laskee barometrin lasiputkessa. Koska ilmakehän paine on pohjimmiltaan ilman paino ilmakehässä ilmapiiri säiliön yläpuolella, elohopean taso ilmamittarissa jatkaa muutosta, kunnes elohopean paino lasiputkessa on tarkalleen yhtä suuri kuin ilman paino säiliön yläpuolella. Kun nämä kaksi ovat lopettaneet liikkumisen ja ovat tasapainossa, paine kirjataan "lukemalla" arvo elohopean korkeudella pystysuunnassa.

Jos elohopean paino on alle ilmakehän paineen, elohopeapitoisuus lasiputkessa nousee (korkea paine). Korkean paineen alueilla ilma on vajoamassa kohti maan pintaa nopeammin kuin se voi virtata ympäröiville alueille. Koska ilmamolekyylien lukumäärä pinnan yläpuolella kasvaa, on enemmän molekyylejä voiman kohdistamiseksi pinnalle. Kun ilman paino kasvaa säiliön yläpuolella, elohopeapitoisuus nousee korkeammalle tasolle.

Jos elohopean paino on suurempi kuin ilmanpaine, elohopeapitoisuus laskee (matala paine). Sisään matalan paineen alueet, ilma nousee pois maan pinnasta nopeammin kuin sen voi korvata ympäröiviltä alueilta virtaava ilma. Koska ilmamolekyylien lukumäärä alueen yläpuolella vähenee, on vähemmän molekyylejä voiman kohdistamiseksi pinnalle. Kun ilman paino on pienempi kuin säiliön yläpuolella, elohopeapitoisuus laskee alhaisemmalle tasolle.

Muun tyyppisiin barometrimittariin kuuluvat aneroidiset ja digitaaliset barometrit. Aneroidiset ilmapuntarit eivät sisällä elohopeaa tai muita nesteitä, mutta niissä on suljettu ja ilmatiivis metallinen kammio. Kammio laajenee tai supistuu vastauksena paineen muutoksiin, ja osoitinta valitsimella käytetään osoittamaan painelukemat. Nykyaikaiset barometrit ovat digitaalisia ja pystyvät mittaamaan ilmanpaineen tarkasti ja nopeasti. Nämä elektroniset instrumentit näyttävät nykyiset ilmanpainelukemat näytön poikki.

Päivälämmitys auringosta vaikuttaa ilmakehän paineeseen. Tämä lämmitys ei tapahdu tasaisesti koko maapallolla, koska jotkut alueet lämmitetään enemmän kuin toiset. Kun ilmaa lämmitetään, se nousee ja voi johtaa matalapaineiseen järjestelmään.

Paine a: n keskellä matalapainejärjestelmä on alhaisempi kuin ympäröivän alueen ilma. Tuulet puhaltavat kohti matalapaineen aluetta aiheuttaen ilmakehän nousun. Nousevan ilman vesihöyry tiivistyy muodostaen pilviä ja monissa tapauksissa sateita. Vuoksi Coriolis-ilmiö, maapallon pyörimisen seurauksena, matalapainejärjestelmän tuulet kiertävät vastapäivään pohjoisella pallonpuoliskolla ja myötäpäivään eteläisellä pallonpuoliskolla. Matalapainejärjestelmät voivat tuottaa epävakaata säätä ja myrskyjä, kuten syklonit, hurrikaanit ja taifuunit. Yleisenä nyrkkisääntönä matalien paine on noin 1000 millibaaria (29,54 tuumaa elohopeaa). Vuodesta 2016 alkaen kaikkien aikojen matalin maapallolle kirjattu paine oli Typhoon Tipin silmässä Tyynenmeren yli 12. lokakuuta 1979 870 mb (25,69 tuumaa).

Sisään korkeapainejärjestelmät, järjestelmän keskellä oleva ilma on korkeammassa paineessa kuin ympäröivän alueen ilma. Tämän järjestelmän ilma uppoaa ja puhalletaan pois korkeapaineesta. Tämä laskeva ilma vähentää vesihöyryjen ja pilvien muodostumista, mikä johtaa kevyisiin tuuliin ja vakaan sääen. Ilmavirta korkeapainejärjestelmässä on vastapäätä matalapainejärjestelmän. Ilma kiertää myötäpäivään pohjoisella pallonpuoliskolla ja vastapäivään eteläisellä pallonpuoliskolla.

Artikkelin toimittanut Regina Bailey

• Britannica, tietosanakirjan toimittajat. "Ilmakehän paine." Encyclopædia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc., 5. maaliskuuta 2018, www.britannica.com/science/atmospheric-pressure.
• Kansallinen maantieteellinen yhdistys. "Barometri." Kansallinen maantieteellinen yhdistys, 9. lokakuuta 2012, www.nationalgeographic.org/encyclopedia/barometer/.
• "Ilmanpaineen korkeimmat ja matalammat hinnat." Talvisääturvallisuus UCAR-luonnontieteiden koulutuskeskus, scied.ucar.edu/shortcontent/highs-and-low-air-airpaine.