Барометрическое давление — это что?

Барометрическое давление – это давление атмосферы. Такое название связано с тем, что прибором для измерения давления является барометр. Однако барометрическое давление — это устаревший термин. В современной метеорологии оно называется атмосферным давлением. На уровне моря его среднее значение – 760 мм ртутного столба, что эквивалентно весу 1 кг, действующему на 1 квадратный сантиметр.

Колебания давления в атмосфере и под водой

При погружении в толщу воды наблюдается быстрый рост давления – на 1 атмосферу на каждые 10 метров роста глубины. Это вынуждает глубоководные организмы приспосабливаться к такому воздействию. При нормальном давлении они существовать не могут и погибают.

Повышение давления под водой является одной из основных проблем глубоководных погружений. Особенно неблагоприятно резкое всплывание на поверхность, что может привести к опасной декомпрессии.

Пребывание на больших высотах также несёт потенциальную угрозу для здоровья, так как человеческий организм мало адаптирован к столь низким значениям. Из-за снижения парциального давления кислорода может возникнуть дефицит кислорода в организме – гипоксия. На высоте 8 км атмосферное давление в несколько раз меньше, чем на уровне моря, и составляет 270 мм. рт. ст.

У земной поверхности тоже могут быть значительные перепады атмосферного давления, но очень редко. Максимальный диапазон колебаний составляет от 640 до 816 мм рт. ст. Однако при определённых условиях (смерчи, торнадо) давление может падать ещё ниже.

Метеорологические процессы влияют на величину атмосферного давления, однако чаще всего его перепады невелики. Поэтому и влияние их на организм человека менее выражено.

Единицы измерения барометрического давления

Общепризнанной единицей измерения атмосферного давления является паскаль. Но в России популярна другая градация – миллиметр ртутного столба. Реже применяются и другие единицы измерения. Датчиком барометрического давления является барометр.

Влияние давления и высоты на газовый состав воздуха

Действие барометрического давления не ограничивается влиянием на самочувствие человека. С уменьшением атмосферного давления на высотах меняется и газовый состав атмосферы. Прежде всего, понижается процентная доля водяного пара, что связано с его вымораживанием и конденсацией. Любые газы, которые тяжелее воздуха (например, углекислый газ), с набором высоты уменьшаются быстрее, чем более лёгкие (например, метан). Это может сказываться на характере парникового эффекта атмосферы на разных высотах, который с высотой быстро уменьшается, в связи с сокращением содержания водяного пара. Так как метан в большей степени проникает в высокие слои атмосферы, характер вызываемого им парникового эффекта и воздействие на климат будут не совсем такими, как у углекислого газа.

Природные колебания атмосферного давления

Естественные колебания барометрического давления воздуха связаны с неравномерностью прогрева различных участков земного шара, с взаимодействием суши и океана и с вращением Земли. Воздух над более прогретыми участками становится более подвижным, а потому расширяется и растекается в стороны, что ведёт к снижению атмосферного давления. И, напротив, над менее прогретыми местами воздух менее подвижен, а потому склонен больше сжиматься и уплотняться. В соответствии с формулой: P = ρgh, где ρ – плотность, g – ускорение, а h – высота над уровнем моря, более плотный воздух на одной и той же высоте создаёт более высокое давление, что и фиксируется барометрами.

Во время грозы и сразу перед ней атмосферное давление, как правило, понижается, что может вызвать изменение самочувствия у метеочувствительных людей. Так же снижение давления может отмечаться сразу перед приходом холодного атмосферного фронта.

Циклоны и антициклоны

Крупномасштабная атмосферная циркуляция и неравномерный нагрев земной поверхности приводят к появлению циклонов и антициклонов. Циклоны – это крупные области с пониженным атмосферным давлением, а антициклоны, наоборот, с повышенным.

Циклоны обычно более подвижны и динамичны, чем антициклоны. Воздух в циклоне поднимается из нижней части атмосферы в более высокие, а поскольку он тёплый и влажный, то нередко образуются плотные облака и выпадают осадки.

В антициклонах обратная картина: воздух, наоборот, опускается, прижимается к земной поверхности. Этот воздух поступает из более высоких слоёв атмосферы, где содержание водяных паров относительно невелико. По этой и другим причинам шансы на образование дождевой облачности в антициклоне малы, а относительная и абсолютная влажность воздуха существенно ниже, чем в циклоне.

Таким образом, барометрическое давление – это одна из основных характеристик атмосферы. От неё зависит погода, климат и наше самочувствие. Барометрическое давление – это то же самое, что и атмосферное давление. Однако сейчас данный термин употребляется редко.

Определение барометрического давления.

Значительные отклонения от нормального атмосферного давления могут стать причиной серьезных нарушений состояния здоровья. В обычных условиях некоторые люди весьма чувствительны даже к небольшим колебаниям атмосферного давления.

Единицей измерения атмосферного давления является высота ртутного столба, уравновешивающего это давление. Давление атмосферы, которое уравновешивает столб ртути высотой 760 мм при температуре 0°С. на уровне моря и на широте 45°. принято считать нормальным. При этом атмосфера давит на 1 см² поверхности земли с силой 1 кг (точнее 1,0333 кг). Давление 1 кг на 1 см² принято выражать одной атмосферой. В настоящее время введена новая единица измерения давления — миллибар (мб), 1 мб=0,7501 мм.рт.ст.

В единицах СИ величина давления выражается в гектопаскалях, гПа — это давление, которое оказывает тело массой 1 г на 1 см

2 поверхности.

Атмосферное давление измеряют с помощью ртутного барометра или барометра-анероида. В качестве воспринимающей части, реагирующей на изменение давления, имеют безвоздушную металлическую коробочку с тонкими стенками. При повышении давления стенки коробочки сдавливаются, а при понижении выпрямляются.

Для непрерывной регистрации колебаний атмосферного давления в течение определенного отрезка времени используют барограф. Основная часть прибора, реагирующая на изменения давления воздуха, состоит из нескольких анероидных коробочек, соединенных друг с другом. Движения крышек коробочек передаются с помощью системы рычажков стрелке с пером, которое вычерчивает кривую на ленте вращающегося барабана.

Определение скорости движения воздуха

Скорость движения воздуха определяется расстоянием, которое проходит воздух в единицу времени, и выражается в метрах в секунду. Движение воздуха способствует отдаче тепла путем проведения и конвекции при низкой температуре воздуха и путем испарения при высокой температуре и низкой относительной влажности воздуха. Усиление отдачи тепла зимой способствует охлаждению организма человека, а летом в жаркую погоду, наоборот, освобождает его от излишков тепла и тем самым улучшает самочувствие.

В помещениях при закрытых форточках и дверях скорость движения воздуха обычно не превышает 0,05-0,2 м/с. Скорость движения воздуха как правило не должна превышать 0,4 м/с, так как большие скорости вызывают неприятное ощущение сквозняка.

Для определения скорости воздуха применяются динамические анемометры, основанные на вращении током воздуха легких лопастей, обороты которых передаются счетному механизму с циферблатом и указательной стрелкой. Анемометры имеются двух систем: чашечные и крыльчатые.

Чашечный анемометрпредназначается главным образом для метеорологических наблюдений в открытой атмосфере и позволяет измерять скорость движения воздуха в больших пределах от 1 до 50 м/с. В верхней части прибор имеет четыре полых полушария, которые под влиянием тока воздуха вращаются вокруг вертикальной оси. Нижний конец оси при помощи зубчатой передачи соединен со стрелками на циферблате, которые, передвигаясь по шкале, указывают число делений. Большая стрелка показывает единицы и десятки, маленькие стрелки (в зависимости от их количества) показывают сотни, тысячи и более делений. Сбоку циферблата имеется рычажок, с помощью которой включается и выключается счетчик оборотов стрелок. Перед началом измерения при выключенном счетчике записывают показания всех стрелок. Прибор устанавливают перпендикулярно воздушному потоку и дают чашечкам некоторое время вращаться вхолостую. Затем одновременно включают счетчик анемометра и пускают в ход секундомер. Наблюдение продолжают 5-10 минут, после чего счетчик выключают и записывают новые показания. По разнице в показаниях счетчика до и в конце наблюдения определяют число делений в секунду. Затем определяют скорость движения воздуха, пользуясь прилагаемым к прибору графиком.

Крыльчатый анемометрустроен так же, как чашечный, но воспринимающей частью у него являются не полушария, а легкие алюминиевые крылья, огражденные широким металлическим кольцом. Прибор более чувствителен и позволяет измерять скорость от 0,5 до 15 м/с, чаще всего используется при обследовании вентиляции. Продолжительность наблюдения ограничивается 3-4 минутами. Снятие показаний и расчет скорости производят так же, как и в случае с чашечным анемометром.

Пример.Показания прибора до измерения составляли 7425, после измерения в течение 3 мин — 7695. Таким образом, разница в показаниях 7695-7425=270 делений. Находят число делений в секунду: 270/180 = 1,5. По графику, прилагаемому к прибору, определяем, что 1,5 деления в секунду соответствуют 0, 8 м/с.

В помещениях скорость движения воздуха обычно небольшая, и анемометром ее измерить невозможно ввиду его малой чувствительности, поэтому необходимо пользоваться другим прибором — кататермометром, с помощью которого определяют малые скорости движения воздуха (менее 1 м/с).

Кататермометрпредставляет собой спиртовой термометр с цилиндрическим или шаровым резервуаром. В шаровом кататермометре резервуар имеет форму шара, на шкале нанесены деления от 33 до 40 °С. Для определения скорости движения воздуха, резервуар кататермометра погружают в горячую воду (60-80°С) и держат его в ней до тех пор, пока спирт не заполнит примерно половину верхнего расширения капилляра. После этого резервуар насухо вытирают, и прибор подвешивают в том месте, где нужно измерить скорость движения воздуха. Нагретый резервуар кататермометра будет постепенно отдавать тепло во внешнюю среду путем излучения, проведения и конвекции. Вследствие охлаждения прибора спирт из верхнего расширения капилляра станет переходить в резервуар. По секундомеру определяют время, в течение которого столбик спирта опустится либо с 38° до 35°С (исследование повторяют 2-3 раза и вычисляют среднее время).

Каждый кататермометр за время опускания столбика спирта с 38 до 35°С теряет с 1 см² поверхности резервуара определенное, постоянное для данного прибора количество тепла. Эта величина носит название фактора и обозначается F. Она указана на тыльной стороне прибора (в милликалориях). Время, в течение которого кататермометр потеряет это количество тепла, будет различно в зависимости от температуры и скорости движения воздуха, т.е. от охлаждающей способности воздуха, которую и определяют по формуле:

H = F/T,

где Н — охлаждающая способность воздуха, то есть количество тепла в милликалориях, которое теряется с 1 см² поверхности резервуара кататермометра за 1 с при опускании спирта с 38 до 35°С;

F — фактор прибора;

Т — время в секундах, в течение которого столбик спирта опустился с 38° до 35°С.

Определив Н, вычисляют скорость движения воздуха по формуле:

где V — скорость движения воздуха в метрах в секунду;

Н — охлаждающая способность воздуха в мкал/с·см²,

Q — разность между средней температурой кататермометра (36,5°С) и температурой окружающего воздуха;

0,20 и 0,40 — эмпирические коэффициенты.

Пример. При определении охлаждающей способности воздуха в операционной на уровне 1 м от пола время падения столбика спирта (t) составляло 80 с, фактор прибора F — 496, температура воздуха 18°С.

Определим охлаждающую способность воздуха

Н = F/t = 496:80 = 6,2 мкал/с см²

Рассчитаем Q = 36,5

0 – 18⁰ = 18,5⁰

Рассчитаем H/Q = 6,2 : 18,5 = 0,33

Подставляем полученные результаты в формулу:

Заключение. Скорость движения воздуха в операционной отвечает требованиям нормативной документации (см. табл.3)

Определение подвижности воздуха возможно также по специальной таблице по величине H/Q (см. табл.2).

Таблица 2

Таблица для определения скорости движения воздуха

Разница между барометрическим давлением и атмосферным давлением | Разница Между

Ключевая разница:

Атмосферное давление — это сила в области, прижимаемой к поверхности весом воздуха в атмосфере Земли. Барометр измеряет атмосферное давление, которое в большинстве случаев является синонимом атмосферного давления.

Одним из основных законов физики является то, что все должно иметь массу, независимо от того, насколько она незначительна. Поскольку оно имеет массу, то гравитация должна воздействовать на него, и, следовательно, она также должна иметь вес. Вес не более, чем сила гравитации, действующая на массу. Это также относится к вещам, которые мы обычно не считаем тяжелыми, например, к воздуху.

Воздух состоит из множества различных типов молекул, таких как кислород, углекислый газ, азот и т. Д. Мы можем не замечать вес воздуха каждый день, но он здесь, мы только что привыкли к нему. Именно из-за веса воздуха мы чувствуем ветер, который является экстремальным движением молекул в воздухе. Мы также замечаем изменение веса воздуха при подъеме на гору. Воздух там становится тоньше, поскольку молекулы в воздухе распределяются больше.

Давление — это, в основном, отношение силы к области, в которой эта сила распределена. Это в основном означает, что что-то давит на что-то другое. Например, скажем, у вас на голове тяжелая книга. Вы чувствуете тяжесть на макушке головы, потому что книга оказывает на вас давление. Точно так же воздух оказывает давление на все, к чему он прикасается. Это давление называется атмосферным давлением.

Атмосферное давление может варьироваться в зависимости от того, сколько воздуха находится над местом, где проводится измерение. Подобно тому, как воздух становится тоньше, когда мы поднимаемся выше, атмосферное давление также уменьшается.

Барометр — это устройство, которое позволяет измерять атмосферное давление. Это важное устройство, так как изменения атмосферного давления могут прогнозировать кратковременные изменения погоды. Барометр — важный инструмент для метеоролога, так как он может помочь предсказать шторм, циклон, тайфун, ураган и т. Д.

Есть много разных типов барометров; наиболее популярным является ртутный барометр, который состоит из вертикального ртутного столба и широкого резервуара в основании. Когда атмосферное давление увеличивается, оно оказывает большее давление на ртуть в основании, которая выталкивает ртуть вверх в вертикальный столб. Точно так же, если атмосферное давление уменьшается, то ртуть в колонне падает.

Барометр измеряет атмосферное давление, которое в большинстве случаев является синонимом атмосферного давления. Барометрическое давление измеряется в миллибарах (мб) или в дюймах или миллиметрах ртутного столба (Hg). Нормальное давление на уровне моря составляет 1013,3 миллибар, или 29,92 дюймов ртути.

Давление в целом измеряется в паскалях (Па), которые являются единицей измерения давления в СИ. Тем не менее, атмосферное давление обычно измеряется в атм. Нормальное атмосферное давление называется 1 атмосферой. 1 атм = 14,6956 фунтов на кв. Дюйм = 760 торр. Атмосферное давление также может быть измерено в миллибарах (мбар или мбар).

6.4. Виды давления ( барометрическое, абсолютное, избыточное, манометрическое )

Различают следующие виды давления: барометрическое, абсолютное, манометрическое и вакуумметрическое.

Барометрическое (или атмосферное) давление p_б зависит от места над уровнем моря и от погоды. За нормальное барометрическое давление принимают давление, равное 760 мм рт. ст., что соответствует 101325 С высотой барометрическое давление убывает. В глубоких шахтах барометрическое давление значительно больше, чем на уровне моря.

Давление, вычисляемое по соотношению , называется абсолютным.

Абсолютное давление в точке равно сумме внешнего поверхностного и весового давления.

Если к свободной поверхности приложено барометрическое давление p_б, то есть p_б=р_о и основное уравнение гидростатики перепишем так

.

Давление носит название манометрического или избыточного. Таким образом, манометрическим давлением называется разность между абсолютным давлением p_а и барометрическим p_б, если p_a>р_б.

Если в данной точке жидкости абсолютное давление меньше барометрического, то разность между барометрическим и абсолютным давлениями называется вакуумметрическим давлением p_вак.

Итак, если p_a<р_б, то

.

Абсолютное давление отрицательным быть не может, поэтому вакуумметрическое давление не может быть больше барометрического.

6.5. Приборы для измерения давления

Приборами для измерения барометрического давления служат барометры различных конструкций.

Для измерения манометрического давления служит манометр. Манометрическое давление можно измерить высотой столба жидкости. Сосуд наполнен жидкостью с плотностью r. Давление на свободной поверхности p_o>р_б.

Пусть необходимо измерить давление на уровне 1-1. Если на этом уровне сделать отверстие и присоединить к нему стеклянную трубку П, то жидкость в этой трубе поднимется под действием давления на некоторую высоту h.

Рис. 19

По основному уравнению гидростатики , откуда . Этой высотой h поднятия жидкости в трубке П можно измерять манометрическое давление ( рис. 19 ). Трубка П называется пьезометром.

Hайдем соотношение между 1, 1 м вод. ст. и 1 мм рт. ст.

При высоте водного столба h=1 м давление

.

При высоте ртутного столба h = 1 мм давление

.

Для измерения вакуумметрического давления применяется вакуумметр. Допустим, что требуется измерить вакуумметрическое давление воздуха в сосуде S, т.е. величину , где p_a — абсолютное давление в сосуде.

Присоединим к сосуду изогнутую трубку, опущенную в жидкость.

Рис. 20

Применяя основное уравнение гидростатики для точки, расположенной в трубке на уровне свободной поверхности жидкости в резервуаре ( рис. 20 ), получим , откуда .

Так как

,

то

.

Вакуумметрическому давлению будет соответствовать высота подъема жидкости в изогнутой трубке над уровнем в резервуаре.

6.6. Сила давления жидкости на плоскую стенку

Гидростатическое давление представляет собой систему параллельных сил, действующих в одну сторону и перпендикулярных к плоскости стенок (рис. 21).

Рис. 21

Такая система приводится к одной силе — равнодействующей, равной арифметической сумме всех сил и приложенной в центре параллельных сил. Для определения равнодействующей давлений, приложенных к площадке S, плоскость которой Q наклонена к горизонту под углом q,

возьмем начало координат в плоскости приведенного уровня на линии пересечения с плоскостью площадки, приняв линию пересечения за ось oy₁ и направив ось oz₁ вертикально вниз, кроме того в плоскости площадки возьмем вспомогательные оси oy и ox, совместив oy₁ и oy.

,

,

.

Откуда

.

Последний интеграл равен площади площадки S, умноженной на координату центра тяжести z_1c

.

Произведение выражает объем цилиндрического столба с основанием S и высотой z_1c и мы приходим к выводу, что давление тяжелой жидкости на плоскую площадку измеряется весом цилиндрического столба этой жидкости, который был бы расположен над площадкой, если бы она лежала горизонтально на глубине своего центра тяжести.

Сосуды различной формы, но с одинаковой площадью дна, наполненные жидкостью на одну и ту же высоту H, имеют одинаковую силу давления на дно ( рис. 22 ).

а б в

Рис. 22

Единицы измерения атмосферного давления

Обозначение единицы	Соотношение с единицей системы СИ – паскалем (Па) и другими
Миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.)	1 мм. рт. ст. = 133,322 Па
Миллиметр водного столба (мм вод. ст.)	1 мм вод. ст. = 9,807 Па
Атмосфера техническая (ат)	1 ат = 9,807  104 Па
Атмосфера физическая (атм)	1 атм = 1,033 ат = 1,013  104 Па
Тор	1 тор = 1 мм рт. ст.
Миллибар (мб)	1 мб = 0,7501 мм рт. ст. = 100 Па

Таблица 24

Соотношение единиц измерения барометрического давления

Единицы	Па	атм	мм рт. ст.	мб	мм вод. ст.
Паскаль, Па	1	9,910-6	7,510-3	1,010-2	1,010-1
Атмосфера нормальная, атм	1,013105	1	760	1013,3	10333
Миллиметр ртутного столба, мм рт. ст.	133	1,310-3	1	1,33	13,6
Миллибар, мб	100	9,910-4	7,510-1	1	10,2
Миллиметр водного столба, мм вод. ст.	9,81	9,710-5	7,310-2	9,810-2	1

Из приведенных в таблицах 23 и 24 единиц измерения наибольшее распространение в России получили мм. рт. ст.имб. Для удобства пересчетов в необходимых случаях можно использовать следующее соотношение:

760 мм рт. ст.= 1013мб= 101300Па (36)

Более простой способ:

Мб = мм. рт. ст.(37)

Мм рт. ст. = мб(38)

Приборы для измерения атмосферного давления.

В гигиенических исследованиях применяются два типа барометров:

Принцип работы различных модификаций жидкостных барометров основан на том, что атмосферное давление уравновешивает определенной высоты столб жидкости в запаянной с одного конца (верхнего) трубке. Чем меньше удельный вес жидкости, тем выше столб последней, уравновешиваемый давлением атмосферы.

Наибольшее распространение получили ртутные барометры, так как высокий удельный вес жидкой ртути позволяет сделать прибор более компактным, что объясняется уравновешиванием давления атмосферы менее высоким столбом ртути в трубке.

Используются три системы ртутных барометров:

Указанные системы ртутных барометров схематически представлены на рисунке 35.

Станционные чашечные барометры (рисунок 35). В этих барометрах в чашку, заполненную ртутью, помещается запаянная сверху стеклянная трубка. В трубке над ртутью образуется так называемая торичеллиевая пустота. Воздух в зависимости от состояния обусловливает то или иное давление на ртуть, находящуюся в чашке. Таким образом, уровень ртути устанавливается на ту или иную высоту в стеклянной трубке. Именно данная высота будет уравновешивать давление воздуха на ртуть в чашке, а значит отражать атмосферное давление. Высоту уровня ртути, соответствующую атмосферному давлению, определяют по так называемой компенсированной шкале, имеющейся на металлической оправе барометра. Изготавливаются чашечные барометры со шкалами от 810 до 1110 мб и от 680 до 1110 мб.

Рис. 35. Чашечный барометр(слева) А – шкала барометра; Б – винт; В – термометр; Г – чашечка со ртутью Ртутный сифонный барометр(справа) А – верхнее колено; В – нижнее колено; Д – нижняя шкала; Е – верхняя шкала; Н – термометр; а – отверстие в трубке

В отдельных модификациях имеются две шкалы – в мм рт. ст. и мб. Десятые доли мм рт. ст. или мб отсчитываются по подвижной шкале – нониусу. Для этого необходимо винтом установить нулевое деление шкалы нониуса на одной линии с вершиной мениска ртутного столба, отсчитать число целых делений миллиметров ртутного столба по шкале барометра и число десятых до-лей миллиметра ртутного столба до первой отметки шкалы нониуса, совпадающей с делением основной шкалы.

Пример.Нулевое деление шкалы нониуса находится между 760 и 761 мм рт. ст. основной шкалы. Следовательно, число целых делений равно 760 мм рт. ст. К этой цифре необходимо прибавить число десятых долей миллиметра ртутного столба, отсчитанных по шкале нониуса. Первым с делением основной шкалы совпадает 4-е деление шкалы нониуса. Барометрическое давление равно 760 + 0,4 = 760,4 мм рт. ст.

Как правило, в чашечные барометры встроен термометр (ртутный или спиртовый в зависимости от предполагаемого диапазона температуры воздуха при исследованиях), так как для получения окончательного результата необходимо специальными расчетами привести давление к стандартным условиям температуры (0С) и барометрического давления (760 мм рт. ст.).

В чашечных экспедиционных барометрахперед наблюдением предварительно с помощью специального винта, расположенного в нижней части прибора, устанавливают уровень ртути в чашке на нулевую отметку.

Сифонные и сифонно-чашечные барометры (рисунок 35). В этих барометрах величина атмосферного давления измеряется по разнице высот ртутного столба в длинном (запаянном) и коротком (открытом) коленах трубки. Данный барометр позволяет производить измерение давления с точностью до 0,05мм рт. ст. При помощи винта в нижней части приборов уровень ртути в коротком (открытом) колене трубки приводят к нулевой точке, а затем отсчитывают показания барометра.

Сифонно-чашечный инспекторский барометр. Данный прибор имеет две шкалы: слева в мб и справа в мм рт. ст. Для определения десятых долей мм рт. ст. служит нониус. Найденные значения атмосферного давления, как и при работе с другими жидкостными барометрами, необходимо с помощью вычислений или специальных таблиц привести к 0С.

На метеорологических станциях в показания барометров вводят не только температурную поправку, но и так называемую постоянную поправку: инструментальную и поправку на силу тяжести.

Устанавливать барометры следует в отдалении или изолированно от источников теплового излучения (солнечное излучение, нагревательные приборы), а также в отдалении от дверей и окон.

Металлический барометр-анероид (рисунок 36). Данный прибор особенно удобен при проведении исследований в экспедиционных условиях. Однако этот барометр перед использованием должен быть выверен по более точному ртутному барометру.

Рис. 36. Барометр-анероид

Рис. 37. Барограф

Принцип устройства и действия барометра-анероида очень прост. Металлическая подушечка (коробка) с гофрированными (для большей эластичности) стенками, из которой удален воздух до остаточного давления 50-60 мм рт. ст., под воздействием давления воздуха изменяет свой объем и в результате деформируется. Деформация передается по системе рычажков стрелке, которая и указывает на циферблате атмосферное давление. На циферблате барометра анероида вмонтирован изогнутой формы термометр в связи с необходимостью, как указывалось выше, приведения результатов измерения к 0С. Градуировка циферблата может быть в мб или в мм рт. ст. В некоторых модификациях барометра-анероида имеются две шкалы – как в мб, так и в мм рт. ст.

Анероид-высотомер (альтиметр). В измерении высоты по уровню атмосферного давления заложена закономерность, согласно которой между давлением воздуха и высотой имеется зависимость, весьма близкая к линейной. То есть при подъеме на высоту пропорционально снижается атмосферное давление.

Данный прибор предназначен для измерения атмосферного давления именно на высоте и имеет две шкалы. На одной из них нанесены величины давления в мм рт. ст. или мб, на другой – высота в метрах. На летательных аппаратах применяют альтиметры с циферблатом, на котором по шкале определяется высота полета.

Барограф (барометр-самописец).Данный прибор предназначен для непрерывной регистрации атмосферного давления. В гигиенической практике применяются металлические (анероидные) барографы (рисунок 37). Под влиянием изменений атмосферного давления пакет соединенных вместе анероидных коробок в результате деформации оказывает влияние на систему рычажков, а через них на специальное перо с незасыхающими специальными чернилами. При увеличении атмосферного давления анероидные коробки сжимаются и рычажок с пером поднимается кверху. При уменьшении давления анероидные коробки с помощью помещенных внутри их пружин расширяются и перо чертит линию книзу. Запись давления в виде непрерывной линии вычерчивается пером на градуированной в мм рт. ст. или мб бумажной ленте, помещенной на цилиндрический вращающийся с помощью механического завода барабан. Используются барографы с недельным или суточным заводом с соответствующими градуированными лентами в зависимости от цели, задач и характера исследований. Выпускаются барографы с электрическим приводом, вращающим барабан. Однако на практике данная модификация прибора менее удобна, так как ограничивается его использование в экспедиционных условиях. Для устранения температурных влияний на показания барографа в них вставляется биметаллические компенсаторы, автоматически осуществляющие коррекцию (поправку) движения рычажков в зависимости от температуры воздуха. Перед началом работы рычажок с пером с помощью специального винта устанавливается в исходное положение, соответствующее времени, обозначенном на ленте и на уровень давления, измеренный точным ртутным барометром.

Чернила для записи барограмм можно приготовить по следующей прописи:

	— 200 мл
	— 2,4 г
	— 3 г
	— 10 мл

Приведение объема воздуха к нормальным условиям (760 мм рт. ст., 0С). Данный аспект измерения барометрического давления весьма важен при измерении концентраций загрязняющих веществ в воздухе. Игнорирование указанного аспекта может обусловить значительные ошибки в расчетах концентраций вредных веществ, которые могут достигать 30 и более процентов.

Приведение объема воздуха к нормальным условиям производится по формуле:

(39)

V0
V1
273
В
760
t

Пример. Для измерения концентрации пыли в воздухе через бумажный фильтр с помощью электрического аспиратора пропущено 200 л воздуха. Температура воздуха в период его аспирации составляла- +26С, барометрическое давление — 752 мм рт. ст. Необходимо привести объем воздуха к нормальным условиям, то есть к 0С и 760 мм рт. ст.

Подставляем в формулу Х значения соответствующих параметров примера и рассчитываем искомый объем воздуха при нормальных условиях:

л.

Таким образом, при расчете концентрации пыли в воздухе необходимо учитывать объем воздуха именно 180,69 л, а не 200л.

Для упрощения расчетов объема воздуха при нормальных условиях можно пользоваться поправочными коэффициентами на температуру и давление (таблица 25) или рассчитанными готовыми величинами формулы 39 и(таблица 26).

Таблица 25

Поправочные коэффициенты на температуру и давление для приведения объема воздуха к нормальным условиям

(температура 0^оС, барометрическое давление 760 мм рт. ст.)

tоС	Барометрическое давление, мм рт. ст.
	700	710	720	730	740	750	760	770
10	0,889	0,901	0,914	0,927	0,939	0,952	0,965	0,977
12	0,882	0,895	0,908	0,920	0,933	0,945	0,958	0,971
14	0,876	0,889	0,901	0,914	0,926	0,939	0,951	0,964
16	0,870	0,883	0,895	0,907	0,920	0,932	0,945	0,957
18	0,864	0,876	0,889	0,901	0,914	0,926	0,938	0,951
20	0,858	0,870	0,883	0,895	0,907	0,920	0,932	0,944
22	0,852	0,865	0,877	0,889	0,901	0,913	0,925	0,938
24	0,847	0,859	0,871	0,883	0,895	0,907	0,919	0,931

Окончание таблицы 25

tоС	Барометрическое давление, мм рт. ст.
	700	710	720	730	740	750	760	770
26	0,841	0,853	0,865	0,877	0,889	0,901	0,913	0,925
28	0,835	0,847	0,859	0,871	0,883	0,895	0,907	0,919
30	0,830	0,842	0,854	0,865	0,877	0,889	0,901	0,913
32	0,824	0,836	0,848	0,860	0,872	0,883	0,895	0,907
34	0,819	0,831	0,842	0,854	0,866	0,878	0,889	0,901
35	0,816	0,828	0,840	0,851	0,863	0,875	0,886	0,898

Таблица 26

Коэффициенты для приведения объемов воздуха к нормальным условиям

(температура 0^оС, барометрическое давление 760 мм рт. ст.)

tоC		В, мм рт. ст.		tоC		В, мм рт. ст.
-4	1,015	741	0,975	16	0,945	761	1,001
-3	1,011	742	0,976	17	0,941	762	1,003
-2	1,007	743	0,978	18	0,938	763	1,004
-1	1,004	744	0,979	19	0,935	764	1,005
0	1,000	745	0,980	20	0,932	765	1,007
1	0,996	746	0,982	21	0,929	766	1,008
2	0,993	747	0,983	22	0,925	767	1,009
3	0989,	748	0,984	23	0,922	768	1,010
4	0,983	749	0,986	24	0,919	769	1,012
5	0,982	750	0,987	25	0,916	770	1,013
6	0,979	751	0,988	26	0,913	771	1,014
7	0,975	752	0,989	27	0,910	772	1,016
8	0,972	753	0,991	28	0,907	773	1,017
9	0,968	754	0,992	29	0,904	774	1,018
10	0,965	755	0,993	30	0,901	775	1,020
11	0,961	756	0,995	31	0,898	776	1,021
12	0,958	757	0,996	32	0,895	777	1,022
13	0,955	758	0,997	33	0,892	778	1,024
14	0,951	759	0,999	34	0,889	779	1,025
15	0,948	760	1,000	35	0,886	780	1,026

Атмосферное давление. Урок 13

Земля путём силы гравитации притягивает к себе молекулы воздуха. Они имеют вес, а значит создают давление как внутри самой атмосферы, так и на её границе с различными телами на земной поверхности. Атмосферное давление – это сила, с которой воздух давит на земную поверхность и на все находящиеся на ней предметы.

Атмосферное давление изменяется с высотой и зависит от погодных условий: температуры воздуха и перемещения воздушных масс в вертикальном направлении (конвекции). Вблизи земной поверхности оно приблизительно равно 10⁵ Па (в интернациональной системе (СИ) давление измеряется в Паскалях – русское Па, международное – Pa).

За нормальное атмосферное давление принято давление ртутного столба высотой 76 см сечением в 1 см² на уровне моря на широте 45° при температуре 0°С. Оно равно 760 мм рт. ст.(101325 Па, но реально берётся 100 000 Па) – это 1 атмосфера (атм.).

<!— Реклама —>

Атмосферное давление по-традиции измеряют в миллиметрах ртутного столба, современные аналоги этой меры – миллибары и гектопаскали. Один Паскаль – это давление силой в 1 Ньютон (Н), приходящееся на площадь 1 м².

Интересно, что среднее давление атмосферы на поверхности Марса в 160 раз меньше, чем у поверхности Земли.

Как заметить атмосферное давление?

Хотя молекулы газа не имеют запаха и цвета, они постоянно взаимодействуют с рецепторами нашей кожи, сдавливают со всех сторон все предметы, заполняют пустоты, а их быстрое перемещение в горизонтальном направлении, называемое ветром, может сбить нас с ног. Доказать, что атмосферное давление существует можно при помощи простых опытов.

Опыт 1 – «Непроливайка»

В стакан налить воды до краёв. Прикрыть его листком плотной бумаги и, придерживая бумагу ладонью, быстро перевернуть стакан кверху дном. Убрать ладонь. Вода из стакана не выльется, так как на бумагу снизу давит атмосфера.

Объяснение: фраза «на нас давит столб атмосферного воздуха», иногда употребляемая, в том числе и в школьных учебниках, некорректна. Она произносится по ассоциации с силой давления, действующей со стороны твердого тела. Эта сила действует на тела, расположенные ниже, и не действует на тела сбоку или, тем более, сверху данного тела. Иное дело давление жидкости или газа.

По закону Паскаля давление передается не только в точки на дне сосуда, но также и в точки на стенках и крышке. Силы гидростатического и атмосферного давлений действуют перпендикулярно произвольно ориентированной поверхности тела, контактирующей со средой, и могут иметь любое направление.

Воздух, давящий на бумагу снизу наполненного стакана – это доказательство несостоятельности такой ассоциации. Интересно, что если стакан наполнить водой только наполовину, то оставшийся воздух будет давить с такой же силой, как и наружный и бумага не удержит воду (и воздух) в стакане.

Опыт 2 – «Сухим из воды»

Положить на плоскую тарелку монету или металлическую пуговицу и налить воды. Монета окажется под водой. Наша задача – выловить монету голыми руками, не замочив их.

Зажгите внутри сухого стакана бумагу и, когда воздух нагреется, опрокиньте стакан на тарелку рядом с монетой так, чтобы монета не очутилась под стаканом. Ждать придётся недолго. Бумага в стакане сразу погаснет, и воздух начнёт остывать. По мере его остывания вода будет втягиваться стаканом и вскоре вся соберётся там, обнажив дно тарелки.

Объяснение: когда воздух в стакане нагрелся, он расширился, как и все нагретые тела, избыток его нового объёма вышел из стакана. Когда же оставшийся воздух начал остывать, его стало недостаточно, чтобы в холодном состоянии оказывать прежнее давление, уравновешивать наружное давление атмосферы. Теперь вода под стаканом испытывает на каждый сантиметр своей поверхности меньшее давление, чем в открытой части тарелки. Неудивительно, что она вгоняется под стакан, втискиваемая туда избытком давления наружного воздуха. Вода вдавливается воздухом!

По этой же теме посмотрите эксперимент программы «Галилео».

Почему мы не чувствуем атмосферное давление?

Зная, что1 м³ воздуха при температуре 0° на уровне моря весит 1,3 кг, легко подсчитать, что на крышу дома, имеющую площадь, например 100 м², атмосфера давит с силой 10⁷ Н, что соответствует весу тела массой 1000 т. Однако крыша дома не проваливается.

Площадь спины лежащего на пляже человека заведомо больше 0,2 м²; следовательно, атмосфера давит на спину человека с силой, большей чем 20 000 Н, что соответствует камешку массой 2 т. Однако человек вообще не ощущает никакого давления сверху.

Опыт «Сухим из воды» демонстрирует нам ещё и доказательство внутреннего давления, уравновешивающего наружное давление атмосферы.

Мы не чувствуем давления воздуха, потому что давление атмосферы равномерно распределяется со всех сторон и потому что внутри нас есть такое же давление воздуха и жидкости, а адаптационные способности организма постоянно уравновешивают внутреннее давление, подстраивая его под изменение атмосферного. Но адаптации проходят только в небольшом интервале. 

Если люди живут длительное время на большой высоте, то их организм приспосабливается как к меньшему количеству кислорода, так и к более низкому давлению. Самые высокогорные поселения мира:

• Ла-Ринконада (Перу) – 5100 м;
• Эль-Альто (Боливия) – 4150 м;
• Потоси (Боливия) – 4090 м;
• Лхаса (Т ибет) – 3650 м;
• Намче-базар (Непал) – 3450 м;
• в России это Куруш (Дагестан) – 2600 м.

Посёлок золотоискателей Ла Ринконада-Ананея, 5100 м.
Автор: IJISCAY

А вот рыбы, живущие на глубине океана, привыкли к более высокому давлению и быстро перестроиться их организм не способен. Их тело адаптировалось к нему и внутреннее давление его намного выше 1 атм. Поэтому, когда их достают из глубины, они взрываются из-за высокого внутреннего давления. То же произошло бы и с человеком в безвоздушном пространстве (в космосе).

Фильм по теме «Атмосферное давление и самочувствие человека».

Из истории открытия знаний о весе, давлении воздуха и изобретении барометра

О том, как измерить атмосферное давление, догадался итальянский математик и физик, выпускник иезуитского колледжа Э. Торричелли. Вместе с В. Вивиани – юным учеником Галилея, он провёл опыты по его измерению. Торричелли тоже был одним из последних учеников Галилея, и основываясь на его догадках, доказал, что воздух имеет вес и оказывает давление.

Эванжелиста Торричелли и его барометр.
Автор: Saperaud~commonswiki

Торричелли впервые открыто выступил против догм Аристотеля. Рассуждая о насосе, он заявил, что

«прежде всего вода поднимается вслед за поршнем вовсе не потому, что «природа боится пустоты», просто воду гонит в насос давление, которое оказывает воздух на поверхность реки. В трубе же насоса, под поршнем, воздуха нет, поэтому вода входит в неё до тех пор, пока вес водяного столба в трубе насоса не уравновесит наружное давление воздуха».

Но доказал он это немного позже. Предложенный им опыт был осуществлён в 1643 г. В этом опыте использовалась запаянная с одного конца стеклянная трубка длиной около 1 м. Её наполняли ртутью и, закрыв пальцем (чтобы ртуть не выливалась раньше времени), перевернув, опускали в широкую чашку со ртутью.

Часть ртути из трубки выливалась, и в её верхней части образовывался вакуум (первая настоящая пустота, обнаруженная на Земле – Торричеллиева пустота). При этом высота столба ртути в трубке оказалась равной примерно 760 мм (если отсчитывать её от уровня ртути в чашке). Воздух давил на ртуть чашки и не давал вылиться из трубки.

Учёный также догадался, что давление атмосферы связано с изменением погоды. Наблюдая за высотой ртутного столба в трубке, Торричелли заметил, что атмосферное давление непостоянно и зависит от «теплоты или холода». Столбик в трубке то опускался, то поднимался, указывая на нужное деление шкалы. Вот почему в качестве одной из единиц давления взят миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.). Тяжесть по-гречески «барос», и прибор Торричелли стали называть барометром.

Принцип действия барометра Торричелли

О давлении и весе воздуха почти одновременно с Торричелли догадался и другой известный учёный того времени – Декарт. Он объяснил то, почему из продырявленного на дне флакона при закрытой крышке духи не вытекают, а при открытой вытекают, именно разностью в давлении воздуха на разные площади поверхности. Когда крышка флакона закрыта, поверхностное натяжение воды на небольшом отверстии способно удерживать жидкость во флаконе. При открытой крышке оно преодолевается силой давления воздуха и духи начинают вытекать. Декарт выдвинул гипотезу, что с высотой воздух становится реже, а значит, должно уменьшаться и его давление.

Уже после опытов Торричелли Декарт поручил талантливому французскому математику и физику Блезу Паскалю проверить его догадку – верно ли, что давление с высотой убывает. Для этого он должен был подняться в горы с трубкой Торричелли. Опустившийся вниз столбик ртути на высоте горы Пюи де Дом подтвердили гипотезы Торричелли и Декарта.

Паскаль сделал вывод:

«законы давления жидкостей, известные ещё со времён славного Архимеда и развитые голландцем Симеоном Стевином, во многом справедливы и для воздуха». 

Давление воздуха не замечается человеком, потому что по законам давления в жидкостях и газах, оно направлено и в стороны, и вниз.

Как измеряют атмосферное давление?

Барометр Торричелли используют до сих пор. Этот простой прибор помогает определить примерную высоту над уровнем моря. Альпинисты берут его с собой высоко в горы. Барометр – обязательный прибор кабины каждого летательного аппарата, будь то самолёт или спутник Земли. В наши дни его «братья» спускаются и на дно морей. Из высотомеров они превратились в глубиномеры.

За три с лишним века барометры изменились: стали автоматическими, самозаписывающими, научились управлять другими механизмами.

Ртутный барометр измеряет атмосферное давление с наибольшей точностью

Старые ртутные барометры.
Автор: GianniG46

На метеорологических станциях давление атмосферного воздуха измеряют всё те же ртутные барометры, так как они обладают наибольшей точностью. Они работают по тому же принципу, что и изобретение Торричелли.

При измерении величины давления вводят поправки на температуру, так как при повышении температуры, ртуть и шкала барометра расширяются. На практике пользуются готовой таблицей поправок, которая сразу же дает нужную величину.

Мембранные барометры

Для измерения атмосферного давления применяют также мембранные манометры. Простейший мембранный манометр показан схематически на рис 1.

Рис. 1. Мембранный барометр

Тонкая упругая пластинка-мембрана 1 герметически закрывает коробку 2, из которой откачана часть воздуха. С мембраной соединен указатель 3, поворачивающийся около О на угол, зависящий от степени прогиба мембраны, которая в свою очередь зависит от разности измеряемой силы давления воздуха вне коробки и внутри коробки.

Такие манометры называют барометрами-анероидами. Их градуируют и выверяют по ртутному барометру. Они менее точны, зато более удобны в обращении, поскольку не содержат ртути. При определении давления анероидом вносятся три поправки (на шкалу, на температуру и дополнительная на прибор), указанные в сертификате прибора. Анероид может давать надежные показания только в том случае, если он время от времени подвергается тщательной проверке.

Барометр-анероид.
Изображение Wolfgang Eckert с сайта Pixabay

Анероид может быть градуирован непосредственно на высоту атмосферы. Такие анероиды называют альтиметрами; или высотомерами, они используются в авиалайнерах и позволяют пилоту контролировать высоту полета.

Высотомер Булова Б-11, с самолёта-истребителя.
Автор: Дозиметр

Для непрерывной регистрации изменения атмосферного давления применяется самопишущий прибор — барограф . Приемной частью барографа является несколько соединенных между собой малых анероидных коробок.

Другие приборы

Гипсотермометр (гипсометр, термобарометр, баротермометр^{) — прибор для измерения атмосферного давления по температуре кипящей жидкости (обычно воды). Он более точен, чем анероид.}

Состоит из кипятильника и термометра со шкалой, разделенной на 0°,01. Этот прибор обычно применяется в экспедиционных условиях для барометрического нивелирования.

Штормгласс – это химический или кристаллический барометр, состоящий из стеклянной колбы или ампулы, заполненных спиртовым раствором, в котором в определённых пропорциях растворены камфора, нашатырь и калийная селитра.
<!— Реклама —>

Этим химическим барометром активно пользовался во время своих морских путешествий английский гидрограф и метеоролог, вице-адмирал Роберт Фицрой, который тщательно описал поведение барометра, это описание используется до сих пор. Поэтому, штормгласс также называют «Барометром Фицроя». В 1831–1836 гг Фицрой возглавлял океанографическую экспедицию на корабле «Бигль», в которой участвовал Чарльз Дарвин.

Весной и осенью резкое падение показателей барометра предвещает ветреную погоду. Летом, в сильную жару, оно предупреждает о грозе. Зимой, особенно после продолжительных морозов, быстрое падение ртутного столба говорит о предстоящей перемене направления ветра, сопровождающейся оттепелью и дождем. Напротив, повышение ртутного столба во время продолжительных морозов предвещает снегопад.

Закономерности в изменении атмосферного давления и способ использования этих знаний

Почти вся масса атмосферы Земли сосредоточена в слое высотой примерно до 50 км. По достижении высоты 50 км ускорение свободного падения уменьшается всего лишь на 1,5% по сравнению с ускорением на уровне моря; поэтому можно принять, что в пределах всего 50-километрового слоя атмосферы ускорение свободного падения остается равным g = 9,8 м/с².

Представляя атмосферный воздух в виде сплошной среды, мы, конечно, не должны забывать, что в действительности это газ. Давление — статистическая величина, выражаемая через усредненный по многим молекулам квадрат скорости их хаотического движения. Сила давления на любую реальную или мысленно выделенную площадку в газе обусловлена хаотической бомбардировкой этой площадки множеством молекул.

Давление понижается с высотой и повышается при спуске в глубокие шахты. Причина – в разрежении  воздуха (уменьшении плотности) с подъёмом и уплотнении со спуском, ведь он притягивается землёй и около неё сосредоточена основная его масса. В нижней тропосфере давление с высотой уменьшается примерно на 1 мм на каждые 10,5 м. Это позволяет с помощью барометра-высотомера определять высоту места.

Как изменяется атмосферное давление с высотой?

На самом деле эта закономерность соблюдается только до высоты  в 1 км. Расстояние в метрах, на которое надо подняться или опуститься, чтобы атмосферное давление изменилось на 1 мб, называется барической ступенью. Барическая ступень на высоте от 0 до 1 км составляет 10,5 м, от 1 до 2 км – 11,9 м, на высоте 2-3 км барическая ступень равна 13,5 км. Величина барической ступени зависит от температуры. В тёплом воздухе она больше. Более точно барометрическая формула описана тут: https://ru.wikipedia.org/wiki/

На практике же часто пользуются особыми таблицами, которые позволяют более или менее приблизительно получать данные о высотах. Но для решения задач, не требующих высокой точности, можно пользоваться и средним значением. Можно оценить давление по разности высот, высчитать высоту по разности давления.

Задача 1

Альпинисты поднимаются на гору, высота которой 5100 м. У подножия горы давление составляет 720 мм рт. ст. Какое давление будет на вершине?

Решение:

При подъёме на 10,5 м давление снижается на 1 мм рт. ст.

1) Узнаем, на сколько мм. рт. ст. снизится давление при подъёме на эту гору. 5100:10,5=486 (на 486 мм рт. ст.)

2) Узнаем, каким будет давление на вершине. 720-486=234 (мм рт. ст.)

Ответ: На вершине будет давление в 234 мм рт. ст.

Задача 2

Определите, на какой высоте летит самолёт, если за бортом давление 450 мм рт. ст., а у поверхности Земли 750 мм рт. ст.

1) Определяем разность в давлении. 750-450=300 мм рт. ст. – столько раз по 10,5 метров поднялся самолёт.

2) Узнаем, на сколько метров поднялся самолёт. 10,5  Х  300 = 3150 (м)

Ответ: самолёт на высоте 3150 м.

Задача 3

У подножия холма барометр показывает давление – 761 мм рт. ст., а на вершине – 761 мм рт. ст. Чему равна высота холма?

Задача решается по тому же принципу, что и предыдущая.

1) 761-750=11 (мм рт. ст.)

2) 11 Х 10,5 = 115,5 (м)

Ответ: высота холма равна 115,5 м.

Атмосферное давление постоянно изменяется

Плотность воздуха зависит от температуры, температура же и является главной причиной изменения давления воздуха. Давление тёплого воздуха меньше, чем холодного. Это объясняется тем, что при нагревании воздух, как и все предметы, расширяется, его объём увеличивается и он перетекает в верхние слои на место менее нагретого воздуха, что приводит к уменьшению давления около земной поверхности.

На климатических и синоптических картах точки с одинаковыми показателями давления, приведённые к уровню моря, соединяют изолиниями, называемыми изобарами. Изобары бывают замкнутыми и незамкнутыми. Система замкнутых изобар с пониженным давлением в центре (Н) называется барическим минимумом, или циклоном. Система замкнутых изобар с повышенным давлением в центре (В) называется барическим максимумом, или антициклоном. Незамкнутые системы изобар – барический гребень, ложбина и седловина.

Все барические области делят на две группы: постоянные и сезонные (сохраняют характерные особенности давлений в течение определенного периода года).

Пояса давления на Земле

Давление на Земле распределяется зонально. В обобщённом виде эту зональность представляют в виде поясов:

• на экваторе расположен пояс низкого давления – экваториальная депрессия;
• к югу и северу от экватора до 30-40° широты – пояс повышенного давления;
• на 60-70° с. и ю. ш. – пояса пониженного давления;
• приполярные районы – пониженное давление.

Пояса атмосферного давления на Земле

На самом деле реальная картина распределения давления на поверхности земли гораздо сложнее.

Постоянные барические области

Постоянным остаётся экваториальный пояс пониженного давления, только смещая ось вслед за Солнцем. В июле она перемещается в Северное полушарие на 15-20° с. ш., в декабре – в Южное, на 5° ю. ш. Зимой над океаном и над сушей возникает сплошной пояс повышенного давления. Летом повышенное давление сохраняется над океанами, а над сушей образуется термическая депрессия и понижение давления. Постоянны и барические максимумы Антарктиды и Гренландии.

Над незамерзающими океанами и тёплыми течениями умеренной зоны и зимой и летом ярко выражены барические минимумы:

• Исландский;
• Алеутский.

Сезонные барические области

30-40° широты

Только зимой тут действительно наблюдается пояс высокого давления. Летом над материком оно становится низким, а над океанами, прогревающимися медленно, давление остаётся высоким и даже повышается. Другими словами барические максимумы в течение всего года здесь сохраняются только над океанами:

• Северо-Атлантический;
• Северо-Тихоокеанский;
• Южно-Атлантический;
• Южно-тихоокеанский;
• Южно-Индийский.

Умеренные и субполярные

В умеренных и субполярных широтах северного полушария, где чередуются океаны и материки, давление над сушей и водой различное, особенно зимой. Над сушей летом – минимум, а зимой – максимум. Летом же во всём поясе давление пониженное. Зимой над охлаждёнными материками давление высокое, здесь возникают сезонные барические максимумы:

• Азиатский, с центром над Монголией;
• Северо-Американский (Канадский).

Суточное колебание давления атмосферы

Наблюдается и суточное колебание давления. Ночью наблюдается один максимум, а жнём – один минимум. Дважды за сутки, утром и вечером, оно повышается и столько же раз понижается, после полуночи и после полудня.

Изменение давления в течение суток связано с температурой воздуха и зависит от её изменений. Годовые изменения зависят от нагревания материков и океанов в летний период и их охлаждения время. Летом область пониженного давления создается на суше, а область повышенного давления над океаном.

Минимальная величина атмосферного давления — 641,3 мм рт.ст или 854 мб была зарегистрирована над Тихим океаном в урагане «Ненси», а максимальная — 815,85 мм рт.ст. или 1087 мб в Туруханске зимой. Максимальное давление в России зарегистрировано в Красноярском крае в 1968 г – 870 мм рт. ст.

Все барические системы оказывают большое влияние на воздушные течения, погоду и климат на значительных территориях. О вызываемых ими ветрах мы поговорим в следующий раз.

Тест для закрепления изученного материала

Источники:

1. Томилин А.Н., теребинская Н.В. Для чего ничего? Очерки. /Л., «Дет. лит.», 1975.
2. Я.И. Перельман. Занимательные задачи и опыты. — М.: «Детская литература», 1972.
3. Физическая география: Справ. пособие для подгот. отд. вузов/Г.В. Володина, И.В. Душина, С.Г. Любушкина и др.; Под ред. К.В. Пашканга — М.: Высш. шк., 1991.
4. Тарасов Л.В. Атмосфера нашей планеты. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2012.
5. Савцов Т.М. Общее землеведение: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений — М.: Издательский центр «Академия», 2003
6. Дронов В.П. Землеведение. 5-6 кл.: Учебник/В.П. Дронов, Л.Е. Савельева. 5-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2015.
7. География 5-6 классы: учеб. для общеобразоват. учреждений / А.И. Алексеев, Е.К. Липкина, В.В. Николина и др.; Под ред А.И. Алексеева. — М.: Просвещение, 2012.

Вам будет интересно

Барометрическое давление | Справочник врача

Пониженное барометрическое давление

Человек подвергается действию пониженного барометрического давления при подъеме на высоту в летательных (негерметических) аппаратах, при восхождении на горы, в барокамерах. По мере,подъема на высоту понижаются барометрическое давление, температура воздуха, напряжение кислорода (рО₂) в воздухе, увеличивается космическая радиация.

Болезнетворное действие в этих условиях оказывают и сам фактор понижения барометрического давления, и понижение напряжения кислорода в воздухе, и космические и ультрафиолетовые лучи.

Болезнетворное действие понижения барометрического давления имеет три основных механизма:

• 1.    В связи с разрежением атмосферы происходит расширение газов а относительное увеличение давления их в замкнутых и полузамкнутых полостях тела (лобные и гайморовы пазухи, полость среднего уха, желудочно-кишечный тракт). Так, на высоте 6 км объем газа увеличивается в 2,15 раза, а на высоте 10 км — в 3,85 раза. Давление газов на рецепторы соответствующих полостей вызывает ощущение боли, в тяжелых случаях приводящей к утрате трудоспособности и даже к потере сознания. Степень выраженности этих явлений находится в прямой зависимости от высоты и скорости падения давления в окружающей атмосфере.
• 2.    При полетах на высоте 9 км и более в негерметических кабинах (но с кислородными приборами) в 10—15% случаев возникают симптомы декомпрессии: в результате резкого понижения барометрического давления (230 мм рт. ст.) происходит переход в газообразное состояние растворенного в тканях азота и образование пузырьков свободного газа. Первоначально возникнув и увеличиваясь в объеме по мере нарастания высоты, пузырьки газа оказывают давление на нервные структуры либо, закупорив сосуд (газовая эмболия), вызывают ишемию тканей. Физическая нагрузка, переохлаждение, местное расстройство кровообращения способствуют развитию высотных болей. При рекомпрессии свободный газ вновь растворяется.
• 3.    На высоте 19 км и выше может возникнуть так называемая высотная тканевая эмфизема, что зависит от образования паров воды в крови и тканях вследствие понижения температуры кипения (парообразования) воды в разреженной атмосфере.

Пузырьки водяных паров наиболее легко образуются в рыхлых тканях (например, жировой) и в крови. Применение специальных защитных приспособлений, увеличивающих давление на поверхность тела, исключает возникновение высотной тканевой эмфиземы. При рекомпрессии такая эмфизема быстро исчезает.

Пониженное напряжение кислорода в атмосферном воздухе. По мере подъема на высоту падает напряжение кислорода во вдыхаемом и альвеолярном воздухе и соответственно снижается процент насыщения гемоглобина кислородом (табл. 10).

Возникающие при этом гипоксемия и гипоксия сопровождаются развитием высотной и горной болезней.

Собственно высотная болезнь (или болезнь авиаторов, воздушная болезнь, аэродонтальгия) возникает при быстром подъеме в летательных аппаратах без кислородных приборов на большую высоту. Наиболее частые симптомы: эйфория, быстрое наступление утомления, головная боль, расстройства высшей нервной деятельности, одышка, тахикардия, доходящие иногда до состояния периодического дыхания и перебоев работы сердца — аритмий. Особенно опасно для летной службы нарушение нервной деятельности. При снижении насыщения крови кислородом до 75—80% усиливается возбудительный процесс в коре головного мозга. По мере дальнейшего развития гипоксии (до 43—60% насыщения крови кислородом) происходит ослабление возбудительного процесса и прогрессивное нарастание тормозного.

Высота 4—5 км считается границей бескислородного полета. Высоту 6 км часто называют «критическим порогом», за которым до 8 км простирается «критическая зона». На этой высоте симптомы высотной болезни выражены особенно резко (вплоть до потери сознания). Пребывание на высоте выше 8 км без предварительной адаптации и вдыхания кислорода приводит к смертельному исходу (см. табл. 11).

Горная болезнь возникает при восхождении в горы. Кроме гипоксии, при этом большую роль играют и добавочные факторы: физическое утомление, охлаждение, ионизация воздуха, ультрафиолетовые лучи. В зависимости от тренировки первые симптомы горной болезни у разных лиц появляются на высоте от 1000 до 3000 м (фаза компенсации), далее возникает фаза декомпенсации (собственно болезнь), которая, как правило, развивается на высоте 4000 м.

В фазе компенсации гипоксемия рефлекторно (через хеморецепторы каротидного синуса, дуги аорты и др.) стимулирует мобилизацию компенсаторных реакций организма — одышку, тахикардию, некоторое повышение артериального давления и перераспределение крови, относительный эритроцитоз (выход эритроцитов из депо крови).

На больших высотах — в фазе декомпенсации — развивается гипоксемия, замедляются окислительные процессы в тканях, возникает газовый алкалоз с гипокапнией. Гипокапния является следствием усиленного выведения СО₂ легкими при гипервентиляции и уменьшения образования СО₂ в тканях (окисление жиров и углеводов не доходит до конечных этапов — углекислоты и воды).

Гипокапния и алкалоз являются факторами, снижающими возбудимость дыхательного центра; угнетается функция и других центров продолговатого мозга, что в конечном итоге приводит к угнетению и высших отделов центральной нервной системы. Смерть при горной и высотной болезнях наступает от паралича дыхательного центра в результате гипокапнии.

Непосредственной причиной развития горной и высотной болезней является падение рО₂ во вдыхаемом воздухе. Впервые это было показано в классических опытах Поля Бера (1878): понижение давления в барокамере до 210 мм рт. ст. вызывало у животных симптомы горной болезни и агонию. Если же камеру заполнить чистым кислородом или карбогеном (95% О₂ и 5% СО₂) и довести разрежение в камере до 200 мм рт. ст. и ниже, горная болезнь у животных не возникает, так как рО₂ во втором опыте примерно в 5 раз больше, чем в обычном атмосферном воздухе. Это положение подтверждается и практической возможностью значительного повышения потолков переносимости, или «критических зон» высоты, при пользовании кислородными приборами.

Повышенное барометрическое давление

Болезнетворному действию повышенного атмосферного давления человек подвергается при кессонных, водолазных работах, в практике работы подводного флота. С опусканием в глубину на каждые 10 м давление повышается на 1 атм, так что человек на глубине 10 м подвергается действию 2 атм и т. д.

Болезнетворное влияние повышенного атмосферного давления (баротравма) складывается из нескольких моментов.

Непосредственное действие повышенного давления на организм. При переходе от нормального к повышенному давлению могут наблюдаться вдавление барабанной перепонки, сжатие кишечных газов и некоторое опущение диафрагмы, сдавление кожных и других периферических сосудов и отсюда повышенное кровенаполнение внутренних органов. Баротравма легких возникает при внезапном повышении давления в них, превышающем окружающее давление на 80—90 мм рт. ст., и состоит в разрыве легочной ткани и кровеносных сосудов. При этом воздух из альвеол проникает в просвет разорванных капилляров — развивается воздушная эмболия.

Сатурация (насыщение крови и тканей газом). Последствия сатурации живых тканей определяются биологическими эффектами, вызываемыми растворенными газами, в основном азотом и кислородом.

Степень сатурации азота зависит от свойств тканей — жировая ткань, белое вещество мозга, желтый костный мозг растворяют в 5 раз больше азота, чем кровь. Насыщение организма азотом может достигнуть значительных величин. Так, у человека весом 70 кг в случае пребывания в течение часа в кессоне под давлением в 5 атм накапливается 4 л азота.

Растворенный в нервной ткани азот вызывает вначале наркотический, затем токсический эффект: головные боли, головокружение, галлюцинации, нарушения координации движений. Во избежание подобных осложнений рационально использование кислородно-гелиевых смесей (растворимость гелия в нервной ткани значительно ниже).

Токсический эффект растворенного кислорода проявляется при небольшом давлении (0,7—0,8 добавочных атмосфер) симптомами раздражения легких — острой гиперемией, экссудацией, отеком легких, иногда спазмом бронхов. При увеличении давления до 3 атмосфер могут возникнуть зрительные галлюцинации, общие судороги, потеря сознания.

Десатурация. Возникает при декомпрессии, т. е. переходе из области повышенного давления в нормальную атмосферу. Размер образующихся при десатурации газовых пузырьков зависит от величины давления воздуха, под которым находится человек. Так, при декомпрессии организма из давления в 1,25 атм (и меньше) газовая эмболия сосудов не возникает, так как диаметр образующихся газовых пузырьков меньше 8 р. (диаметр капилляра 8—12 р.). Эти пузырьки легко транспортируются, и избыток азота (отчасти и кислорода) легко удаляется через легкие и кожу. При ускоренной декомпрессии из больших глубин пузырьки газов в сосудах достигают размеров, больших просвета капилляра, и вызывают закупорку их — газовую эмболию (рис. 8). Пузырьки газа скапливаются также в полостях, содержащих жидкость: перитонеальной, синовиальной, реже в цереброспинальной, перикардиальной, в эндолимфе лабиринта, в тканях с большим коэффициентом растворения азота — жире, костном мозге, белом веществе спинного и головного мозга.

Болезнетворный эффект определяется в основном пузырьками азота, так как он, будучи в газообразном состоянии индифферентным, не усваивается организмом, а в количественном отношении его значительно больше, чем кислорода. Образования пузырьков кислорода в тканях и тканевых жидкостях почти не происходит, так как он быстро связывается кровью и потребляется организмом. Не наблюдается также выделения пузырьков СО₂, так как содержание его в воздухе ничтожно мало (0,03—0,05%), а содержание в крови регулируется буферными системами организма и остается постоянным.