Õhurõhu mehaanika

Õhurõhk, atmosfäärirõhk või õhurõhk - rõhk, mis avaldub pinnale massi järgi õhumass (ja selle molekulid) selle kohal.

Õhurõhk on keeruline mõiste. Kuidas saab millegi nähtamatu mass ja kaal olla? Õhul on mass, kuna see koosneb a gaaside segu kellel on mass. Lisage kõigi kuiva õhku moodustavate gaaside mass (hapnik, lämmastik, süsinikdioksiid, vesinik ja muud) ja saate kuiva õhu massi.

Kuiva õhu molekulmass või molaarmass on 28,97 grammi mooli kohta. Kuigi see pole kuigi palju, koosneb tüüpiline õhumass uskumatult suurest arvust õhumolekulidest. Sellisena võite hakata nägema, kuidas õhul võib olla märkimisväärne kaal, kui kõigi molekulide massid liidetakse.

Mis on molekulide ja õhurõhu vaheline seos? Kui õhumolekulide arv mingi piirkonna kohal suureneb, on sellel alal rohkem survet avaldavaid molekule ja selle kogu atmosfäärirõhk suureneb. Seda me kutsume kõrgsurve. Samuti, kui mingi ala kohal on vähem õhumolekule, väheneb õhurõhk. Seda nimetatakse madal rõhk.

Õhurõhk pole kogu Maa kohal ühtlane. See jääb vahemikku 980–1050 millibaari ja muutub kõrgusega. Mida suurem on kõrgus, seda madalam on õhurõhk. Selle põhjuseks on asjaolu, et õhumolekulide arv suuremal kõrgusel väheneb ja seega ka väheneb õhutihedus ja õhurõhk. Õhurõhk on kõrgeim merepinnal, kus õhutihedus on kõige suurem.

Õhurõhu kohta on 5 põhiteavet:

• See suureneb õhutiheduse suurenedes ja madalamaks, kui õhutihedus väheneb.
• See suureneb temperatuuri tõustes ja madalamal temperatuuride jahtumisel.
• See suureneb madalamal ja väheneb kõrgemal.
• Õhk liigub kõrgrõhkkonnast madalama rõhuni.
• Õhurõhku mõõdetakse ilmainstrumendiga, mida nimetatakse a baromeeter. (Sellepärast nimetatakse seda mõnikord ka "õhurõhuks".)

A baromeeter kasutatakse atmosfäärirõhu mõõtmiseks ühikutes, mida nimetatakse atmosfäärideks või milibariteks. Vanim baromeetri tüüp on elavhõbeda baromeetr. See instrument mõõdab elavhõbedat, kui see baromeetri klaastorus tõuseb või langeb. Kuna atmosfäärirõhk on põhimõtteliselt õhu kaal õhus atmosfääri reservuaari kohal elavhõbeda tase muutub baromeetris seni, kuni elavhõbeda mass klaastorus on täpselt võrdne õhu kaaluga reservuaari kohal. Kui need kaks on liikumise lõpetanud ja tasakaalustunud, registreeritakse rõhk, "lugedes" vertikaalsamba elavhõbeda kõrguse väärtust.

Kui elavhõbeda mass on väiksem kui atmosfäärirõhk, tõuseb elavhõbeda tase klaastorus (kõrge rõhk). Kõrgrõhualadel vajub õhk maapinna poole kiiremini, kui see suudab ümbritsevatesse piirkondadesse välja voolata. Kuna õhumolekulide arv pinna kohal suureneb, on sellel pinnal jõudu avaldada rohkem molekule. Suurenenud õhu massiga reservuaari kohal tõuseb elavhõbeda tase kõrgemale.

Kui elavhõbeda mass on suurem kui atmosfäärirõhk, langeb elavhõbeda tase (madal rõhk). Sisse madala rõhuga piirkonnad, õhk tõuseb Maa pinnast kiiremini, kui seda saab asendada ümbritsevatesse piirkondadesse siseneva õhuga. Kuna õhumolekulide arv ala kohal väheneb, on sellel pinnal jõu avaldamiseks vähem molekule. Kui reservuaari kohal on õhku vähendatud mass, langeb elavhõbeda sisaldus madalamale.

Muud tüüpi baromeetrid hõlmavad aneroidseid ja digitaalseid baromeetreid. Aneroidsed baromeetrid ei sisalda elavhõbedat ega muid vedelikke, kuid neil on suletud ja õhukindel metallkamber. Kamber paisub või kahaneb vastusena rõhumuutustele ja rõhunäitude kuvamiseks kasutatakse osutit kettale. Kaasaegsed baromeetrid on digitaalsed ja suudavad õhurõhku mõõta täpselt ja kiiresti. Need elektroonilised instrumendid kuvavad ekraaniekraani praeguseid atmosfäärirõhu näitu.

Atmosfäärirõhku mõjutab päikeseküte päevasel ajal. See kuumutamine ei toimu kogu Maal ühtlaselt, kuna mõnda piirkonda kuumutatakse rohkem kui teisi. Kui õhk soojeneb, tõuseb see üles ja võib põhjustada madalrõhusüsteemi.

Rõhk a madalrõhusüsteem on ümbritseva õhu madalam. Tuul puhub madalrõhuala suunas, põhjustades atmosfääri õhu tõusu. Tõuseva õhu veeaur kondenseerub, moodustades pilvi ja paljudel juhtudel ka sademeid. Tõttu Coriolise efekt, Maa pöörlemise tulemusel, ringlevad madalrõhkkonnas tuuled põhjapoolkeral vastupäeva ja lõunapoolkeral päripäeva. Madalrõhksüsteemid võivad põhjustada ebastabiilset ilma ja selliseid torme nagu tsüklonid, orkaanid ja taifuunid. Üldiselt on rusikareeglina madalrõhk umbes 1000 millibaari (29,54 tolli elavhõbedat). 2016. aasta seisuga oli 12. oktoobril 1979 Vaikse ookeani kohal Typhoon Tipi silmis Madalmaade kõigi aegade madalaim rõhk 870 mb (25,69 inHg).

Sisse kõrgsurve süsteemid, süsteemi keskosas on õhk suurema rõhu all kui ümbritseva õhu õhk. Selle süsteemi õhk vajub ja puhub kõrgrõhu eest ära. See laskuv õhk vähendab veeauru ja pilvede teket, põhjustades kerget tuult ja stabiilset ilma. Õhuvool kõrgsurve süsteemis on vastupidine madala rõhuga süsteemile. Õhk tsirkuleerib päripäeva põhjapoolkeras ja vastupäeva lõunapoolkeras.

Artikkel on toimetatud Regina Bailey

• Britannica, Entsüklopeedia toimetajad. "Atmosfääri rõhk." Encyclopædia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc., 5. märts. 2018, www.britannica.com/science/atmospheric-pressure.
• National Geographic Society. "Baromeeter." National Geographic Society, 9. okt. 2012, www.nationalgeographic.org/encyclopedia/barometer/.
• "Õhurõhu tõus ja langus." Talveilmaohutus | Teadushariduse keskus UCAR, scied.ucar.edu/shortcontent/highs-and-lows-air-pressure.