< Попер   ЗМІСТ   Наст >

КЛІМАТИЧНІ ФАКТОРИ СЕРЕДОВИЩА

Кліматичні фактори – це фізичні умови, що визначають клімат в даній області.

АТМОСФЕРНИЙ ТИСК

Визначення тиску

Тиск р – фізична величина, що характеризує інтенсивність нормальних (перпендикулярних до поверхні) сил, з якими одне тіло діє на поверхню другого. Середня величина тиску на будь-яку площину дорівнює відношенню середнього значення сили, що діє перпендикулярно цій площині, до її площі [Посудін, 2008]:

Якщо сили розподілені вздовж поверхні рівномірно, то тиск р на будь-яку частину поверхні дорівнює:

(1.1)

де F – сума прикладених перпендикулярно до поверхні сил; S – площа цієї частини. Одиниця вимірювання тиску в системі СІ – паскаль (Па); 1Па = 1Н/м2.

Позасистемні одиниці та їх зв'язок з паскалем:

Іатм = 1,01325* 10 5 Па = 1013,25 мбар = 760 мм рт. ст.;

  • 1 мбар = 100 Па = 1 гПа = 0,75006 мм рт. ст.;
  • 1 мм рт. ст. = 1 тор = 1,3332 мбар = 133,32 Па;

ІПа = 9,87-10 атм = 7,5-10 "3 мм рт. ст.

Атмосферне повітря як ідеальний газ

Молекули повітря знаходяться у полі тяжіння Землі. Крім того, на них впливає тепловий рух. Сумісна дія поля тяжіння та теплового руху призводять до такого стану, при якому концентрація та тиск газу зменшуються зі зростанням висоти над земною поверхнею.

(1.2)

Атмосферне повітря в діапазоні температур і тисків, що існують у природі, можна розглядати як ідеальний газ, який описується рівнянням Клапейрона-Менделеєва:

(1.3)

– тиск, Па; – об'єм, м , – маса повітря, кг; – молярна маса атмосферного повітря (для сухого повітря Ма = 0,029 кг/мсшь, для водяної пари = 0,018 кг/моль); R = 8,314 Дж/К моль; – абсолютна температура повітря, К.

Гідростатична рівновага

Розглянемо елементарний об'єм повітря у формі куба. На нього діють три сили: сила, зумовлена тиском повітря, що знаходиться над цим об'ємом [White, 2008]:

(1.4)

де S – площа основи елементарного об'єму.

Одночасно на цей об'єм діє сила з боку газу, розташованого нижче; ця сила направлена у протилежному напрямку:

(1.5)

Третя сила, що діє на елементарний об'єм, – це вага повітря:

(1.6)

Де р – густина повітря, кг/м3; g – прискорення вільного падіння, м/с2; V- елементарний об'єм, м3; h – довжина ребра куба, м.

Баланс цих сил за умовою, що повітря нерухоме, має вигляд:

(1.7)

або

(1.8)

Для нескінченно малих змін тиску останнє рівняння можна записати у диференційній формі:

(1.9)

Барометрична формула

Густина рА атмосферного повітря визначається за виразом [Guyot,1998]:

(1.10)

де – маса повітря, кг; – об'єм повітря, м3; – молярна маса повітря, кг/моль;- тиск повітря; R – універсальна газова стала (R = 8,31451 Дж/К моль); Та абсолютна температура повітря, К.

Густина повітря дорівнює 1,29 кг/м' (Г = 0 °С) та 1,19 кг/м3 (Т = 25 °С).

Зі зміною висоти від рівня А до A + атмосферний тиск зменшується відповідно за рівнянням (10.7):

(1.11)

Комбінуючи рівняння ( 10.8 ) та ( 10.9 ), можна одержати

вираз:

(1.12)

яке після інтегрування набуває вигляду барометричної формули:

(1.13)

де – тиск на рівні моря, Па; к – стала Больцмана (1,38•10-23 Дж/К); т – маса молекули газу, кг; g – прискорення вільного падіння, м/с2.

Приклад

Визначити атмосферний тиск на висоті 10 км.

Розв'язання

Використовуючи барометричну формулу (1.13 ), отримуємо:

ВИМІРЮВАННЯ АТМОСФЕРНОГО ТИСКУ

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >