Medidas de pressão atmosférica do experimento de Torricelli, importância

Ele Experiência de Torricelli Foi realizado pelo físico e matemático italiano.

Este experimento surgiu da necessidade de melhorar o suprimento de água nas cidades. Evangelista Torricelli (1608-1647), que era matemático da Corte do Grão-Duque da Toscana Fernando II, estudou com Galileu, o fenômeno hidráulico.

figura 1. O experimento de Torricelli, no qual a coluna de mercúrio é de 760 mm devido à pressão atmosférica. Fonte: f. Zapata.

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O experimento

Em 1644, Torricelli fez a seguinte experiência:

- Mercúrio introduzido dentro de um tubo de comprimento de 1 m, aberto por uma extremidade e fechado pelo outro.

- Quando o tubo estava completamente cheio, ele o investiu e o derrubou em um recipiente que também continha mercúrio.

- Torricelli observou que a coluna desceu e parou com cerca de 76 cm de altura.

- Ele também percebeu que no espaço que estava livre, um vácuo havia sido gerado, embora não seja perfeito.

Torricelli repetiu o experimento usando tubos diferentes. Ele até realizou uma pequena variante: ele acrescentou água ao balde que, sendo mais leve, flutuou em mercúrio. Então o tubo contendo mercúrio na superfície da água estava lentamente aumentando.

Então o mercúrio desceu e a água estava subindo. O vazio obtido, como já disse, não era perfeito, porque sempre havia remanescentes de mercúrio ou vapor de água.

A medida de pressão atmosférica

A atmosfera é uma mistura de gases nos quais nitrogênio e oxigênio predominam, com traços de outros gases como argônio, dióxido de carbono, hidrogênio, metano, monóxido de carbono, vapor de água e ozônio.

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A atração gravitacional exercida pela Terra é responsável por manter todo o ambiente ao redor do planeta.

Obviamente, a composição não é uniforme, nem a densidade, porque depende da temperatura. Perto da superfície, há uma boa quantidade de poeira, areia e poluentes de eventos naturais e também atividade humana. As moléculas mais pesadas estão mais próximas do chão.

Como há tanta variabilidade, é necessário escolher uma altitude de referência para pressão atmosférica, que foi tomada como nível do mar.

Aqui não está nenhum nível do mar, porque isso também apresenta flutuações. O nível o Dado Com a ajuda, algum sistema de referência geodésico estabelecida por concordância comum entre especialistas é escolhida.

Quanto é a pressão atmosférica perto do solo? Torricelli encontrou seu valor quando mediu a altura da coluna: 760 mm de mercúrio.

O barômetro Torricelli

Na parte superior do tubo, a pressão é 0, uma vez que um vácuo foi estabelecido. Enquanto isso, na superfície da banheira de mercúrio, a pressão P₁ É pressão atmosférica.

Escolhemos a origem do sistema de referência na superfície livre do mercúrio, no topo do tubo. De lá até você atingir a superfície do mercúrio no recipiente, ele é medido H, A altura da coluna.

Figura 2. O barômetro Torricelli. Fonte: Física Geral para Engenheiros. J. Deitar. Usach.

A pressão no ponto marcado com vermelho, em profundidade e₁ é:

P₁ = P_qualquer + ρ_Hg . g.e₁

Onde ρ_Hg  É a densidade do mercúrio. Sendo que e₁ = H e PO = 0:

P₁ = ρ_Hg . g.H

H = p₁/ ρ_Hg.g

Como a densidade do mercúrio é constante e a gravidade também, verifica -se que a altura da coluna de mercúrio é proporcional a P_1, O que é pressão atmosférica. Substituindo valores conhecidos:

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H = 760 mm = 760 x 10 ^-3 m

G = 9.8 m/s²

ρ_Hg = 13.6 g /cc = 13.6 x 10 ³ kg/m³

P₁ = 13.6 x 10 ³ kg/m³ x 9.8 m/s² x 760 x 10 ^-3 M = 101.293 N/m²= 101.3 kN/m²

A unidade de pressão no sistema internacional é o Pascal e abreviado PA. De acordo com o experimento de Torricelli, a pressão atmosférica é 101.3 KPa.

Importância da pressão atmosférica para o clima

Torricelli observou que o nível de mercúrio no tubo experimentou pequenas variações todos os dias, então ele deduziu que a pressão atmosférica também deve mudar.

A pressão atmosférica é responsável por grande parte do clima, no entanto, suas variações diárias passam despercebidas. É porque eles não são tão notáveis ​​quanto tempestades ou frio, por exemplo.

No entanto, essas variações na pressão atmosférica são responsáveis ​​pelos ventos, o que, por sua vez, influencia as chuvas, a temperatura e a umidade relativa. Quando o solo aquece, o ar se expande e tende a subir, fazendo com que a pressão diminua.

Sempre que o barômetro indica altas pressões, você pode esperar um bom tempo, enquanto com baixas pressões há uma chance de tempestades. No entanto, para fazer previsões climáticas principais, é necessário ter mais informações sobre outros fatores.

Ele Torr e outras unidades para pressão

Embora pareça estranho, uma vez que a pressão é definida como força por unidade de área, na meteorologia é válida expressar a pressão atmosférica em milímetros de mercúrio, como Torricelli o estabeleceu.

É porque o barômetro Mercury continua sendo usado hoje com poucas variações desde então, para que em homenagem a Torricelli, 760 mm Hg seja igual a 1 torr. Em outras palavras:

1 Torr = 760 mm Hg = 30 polegadas de Hg = 1 atmosfera de pressão = 101.3 KPa

Se Torricelli tivesse usado água em vez de mercúrio, a altura da coluna seria 10.3 m. O barômetro de mercúrio é mais prático para ser mais compacto.

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Outras unidades de uso estendido são barras e millibars. Um millibar é equivalente a um hectopascal ou 10² Pascales.

Altímetros

Um altímetro é um instrumento que indica a altura de um lugar, comparando a pressão atmosférica naquela altura com a qual existe no solo ou em outro local de referência.

Se a altura não for muito grande, em princípio, podemos assumir que a densidade do ar permanece constante. Mas isso é uma abordagem, porque sabemos que a densidade da atmosfera diminui com a altura.

Através da equação usada acima, a densidade do ar é usada em vez de mercúrio:

P₁ = P_qualquer + ρ_ar . g.H

Nesta expressão P_qualquer É tomado como pressão atmosférica no nível do solo e P1 É o lugar cuja altitude será determinada:

H = (P₁ - P_qualquer) / ρ_ar . g

A variação da pressão com a altura é melhor abordagens da realidade com um modelo exponencial, através do qual o Equação altimétrica, Isso relaciona a pressão atmosférica de um lugar com sua altura:Onde P_qualquer É a pressão de referência, normalmente no nível do mar, P₁ está a pressão do lugar em questão, H sua altura em relação ao nível do mar, ρ a densidade do ar no nível do mar e g O valor da gravidade.

A equação altimétrica mostra que a pressão diminui exponencialmente com a altura: para H = 0, p₁= P_qualquer e sim H → ∞, então P₁=0.

Referências

1. Figueroa, d. 2005. Série: Física para Ciência e Engenharia. Volume 5. Fluidos e termodinâmica. Editado por Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, l. 2007. Física: uma olhada no mundo. 6ª edição abreviada. Cengage Learning.
3. Lay, j. 2004. Física geral para engenheiros. Usach.
4. Mott, r. 2006. Mecânica de fluidos. 4º. Edição. Pearson Education. 
5. Vias estranhas, i. 2003. Medindo o ambiente natural. 2º. Edição. Cambridge University Press.