Valor normal da pressão atmosférica, como é medido, exemplos

O Pressão atmosférica É causado pelo peso dos gases que compõem a atmosfera na superfície da Terra. Estima -se que a massa da atmosfera seja de cerca de 5 x 10¹⁸ kg e todos os seres vivos estão sujeitos à pressão que a massa exerce.

O primeiro a medi-la foi o cientista evangelista italiano Torricelli (1608-1647). Ele realizou em 1644 um experimento simples, mas muito engenhoso: ele encheu completamente um tubo de vidro fechado por uma extremidade com Mercúrio, investiu e o derrubou dentro de um recipiente que também continha mercúrio.

figura 1. Barômetro aneroide para medir a pressão atmosférica, ao contrário do barômetro de mercúrio, ele não contém líquido. Fonte: Wikimedia Commons.

Torricelli observou que o tubo não estava completamente esvaziado, mas estava cheio de mercúrio a uma altura de 76 cm. Surpreso, ele fez muitos testes com tubos de uma maneira diferente, sempre obtendo o mesmo resultado.

Dessa forma, Torricelli percebeu que a pressão atmosférica aumentou e mantinha a coluna Mercury dentro do tubo a uma altura de 760 mm. Dessa maneira, o valor médio da pressão atmosférica é estabelecido.

Como a pressão é definida como força por unidade de área, as unidades de pressão atmosférica no sistema internacional são Newton/Metro ou Pascal, que é abreviado PA. Então, neste sistema, pressão atmosférica p_Atm Tem um valor de:

P_Atm = 101.354.8 PA

Este é o valor normal da pressão atmosférica a 0 ºC e no nível do mar.

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Pressão atmosférica no nível do mar e outras variações

Em teoria, o valor máximo da pressão atmosférica está apenas no nível do mar. Embora, como haja tanta variabilidade nesse nível, os especialistas precisam definir algum sistema de referência que os ajude a determinar seu valor.

Em seguida, os principais fatores que afetam o valor da pressão atmosférica em um determinado lugar na Terra:

-Altitude: Para cada 10 metros de altura, a pressão diminui em 1 mm de HG. Mas também acontece que a densidade do gás que compõe a atmosfera não é constante. Em princípio, à medida que a altitude aumenta, a densidade do ar diminui.

Figura 2. Altímetro, um instrumento que mede a altitude sobre o nível do mar com base em mudanças de pressão. Fonte: Pixabay.

-Temperatura: Obviamente, a uma temperatura mais alta, a densidade diminui e o ar pesa menos, portanto, o valor da pressão diminui.

-Latitude: A pressão atmosférica é menor em latitudes equatoriais, porque a terra não é uma esfera perfeita. A costa no nível do Equador está mais longe do centro da terra do que dos pólos e lá a densidade do ar também é menor.

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-Continentidade: Quanto mais ele se move para o interior dos continentes, maior a pressão atmosférica, enquanto nos lugares costeiros, a pressão é menor.

Variação da pressão atmosférica com altura

O Equação altimétrica que relaciona a pressão atmosférica P de um lugar com sua altura z No nível do mar, ele tem este formulário:

Aqui P_qualquer É a pressão existente na altura inicial ou de referência, que normalmente é tomada no nível do mar, ρ_qualquer A densidade do ar no nível do mar e g O valor da aceleração da gravidade. Mais tarde, a dedução passo a passo está na seção de exercícios é passo a passo.

Como a pressão atmosférica é medida?

A pressão atmosférica é medida com o barômetro. O mais simples é como Torricelli construído, baseado em mercúrio. A inclinação ou diâmetro do tubo não altera a altura da coluna de mercúrio, a menos que os fatores climáticos sejam responsáveis ​​por fazê -lo.

Por exemplo, as nuvens são formadas em regiões de baixa pressão. Então, quando a leitura do barômetro diminui, é uma indicação de que o mau tempo está chegando.

Na verdade, outros líquidos também podem ser usados ​​em vez de mercúrio, por exemplo, um barômetro de água pode ser feito. O problema é que o tamanho da coluna é 10,33 m, muito pouco prático para ser transportado.

Existem também os instrumentos que medem a pressão de uma maneira mecânica -por deformações em tubos ou espirais -: os barômetros aneroides e os medidores de pressão. Eles podem medir a diferença de pressão entre dois pontos ou também medir uma pressão que toma pressão atmosférica como referência.

Unidades de pressão

O valor normal de pressão serve para definir uma nova unidade de pressão: a atmosfera, abreviada Atm. A pressão atmosférica vale 1 atm; Dessa maneira, outras pressões podem ser expressas em termos de pressão atmosférica, que é um valor muito familiar para todos:

1 atm = 101.293 PA

A tabela a seguir mostra as unidades mais usadas em ciência e engenharia para medir a pressão e a equivalência correspondente em Pascal:

Unidade	Equivalência em Pascal
N/m2	1
Atm	101.355
mm hg	133.3
Lb/plg2	6894.76
bar	1x 105

Pressão hidrostática, absoluta e manométrica

Na superfície livre de um líquido em equilíbrio estático e aberto à atmosfera, atos de pressão atmosférica. Mas nos pontos internos do líquido, o peso da coluna fluido age, é claro.

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O peso da coluna depende de sua altura e a densidade do líquido, que significaremos constante, bem como a temperatura. Nesse caso, a pressão P é:

P = ρ. g. z

Esta é a Pressão hidrostática a qualquer momento dentro de um fluido com densidade constante e é diretamente proporcional à profundidade z do fluido.

Enquanto à pressão absoluta P_abdômen Em um fluido de repouso, é definido como a soma da pressão atmosférica p_Atm e a pressão hidrostática p:

P_abdômen = P_Atm + P

Finalmente, pressão manométrica p_homem Em um fluido de repouso está a diferença entre pressão absoluta e atmosférica e, nesse caso, é equivalente a medir a pressão hidrostática:

P_homem = P_abdômen - P_Atm

Exemplos

A força que a atmosfera exerce no corpo

A magnitude da força total exercida pela atmosfera pode ser estimada em um corpo humano. Suponha que o corpo tenha aproximadamente uma superfície de 2 m², Como a pressão é definida como força por unidade de área, podemos limpar e calcular a força:

P = f/a → f = p. PARA

Para este cálculo, usaremos o valor normal da pressão atmosférica que foi estabelecida no início:

F = 101.354.8 Pa x 2 m² = 202.710 n

Esse resultado é equivalente a cerca de 20 toneladas de força, mas não representa um problema para os seres vivos que habitam a superfície da terra, que são adaptados a isso, assim como os peixes no mar.

Embora seja uma força bastante grande. Como não colapsamos antes dela?

Bem, a pressão dentro do corpo é igual à pressão externa. Não entramos em colapso porque a força para dentro está equilibrando com outra força. Mas algumas pessoas são afetadas pela altitude e podem sangrar pelo nariz quando escalam montanhas muito altas. É devido ao fato de que o equilíbrio entre pressão arterial e pressão atmosférica foi alterado.

Bebidas de bebidas com palha ou palha

A pressão atmosférica torna possível beber refrigerante com palha ou pitillo. Os sumérios e outras culturas antigas descobriram que poderiam beber cerveja usando caules ou juncos de plantas como sorvetes.

Muito mais tarde, no final do século XIX e no início do século XX, vários modelos de palha foram patenteados nos Estados Unidos, incluindo aqueles que carregam um cotovelo em forma de acorde, amplamente utilizados hoje.

Figura 3. A pressão atmosférica permite sipilla ou palha. Fonte: Pixabay.

Eles funcionam dessa maneira: como o líquido é absorvido pela palha, a pressão é reduzida acima do líquido nele e isso torna a pressão abaixo, o que é maior, aumenta o líquido para beber facilmente.

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Por esse motivo, após uma extração ou cirurgia dentária, não é recomendável saborear líquidos dessa maneira, uma vez que a diminuição da pressão pode deixar a ferida aberta e começar a sangrar.

Exercícios

- Exercício 1

Deduzir a equação altimétrica P (z):

Onde:

-PO é a pressão no nível de referência (nível do mar)

-z é a altura

-ρ_qualquer É a densidade do fluido no nível do mar

-G é o valor da aceleração da gravidade

Solução

Primeiro, seja isso Dp Uma pressão diferencial, que de acordo com a equação fundamental da hidrostática é expressa como:

Dp = - ρ.g.Dz

Quanto menos sinal leva em consideração o fato de que a pressão diminui com o aumento em z. Também será assumido que o ar é um gás ideal; portanto, a pressão e a densidade estão relacionadas:

P = ρ.R.T/m

ρ = (m/rt).p

A densidade é imediatamente substituída para obter:

Dp = - (m/rt).p.g.Dz

Agora, escrever a pressão dessa maneira pressupõe que a atmosfera é dividida em camadas de altura Dz, Algo como uma pilha de panquecas, cada uma com pressão Dp. Dessa maneira, é obtida uma equação diferencial que é resolvida separando as variáveis p e z:

dp/p = -(M/rt).g.Dz

Em seguida, é integrado em ambos os lados, o que equivale a adicionar as contribuições de pressão feitas por cada camada. Na integral da esquerda, é feito de uma pressão P_qualquer Inicial, até uma pressão P final. Da mesma maneira, na integral à direita, é avaliada de z_qualquer até z:

Depois de avaliar a integral, permanece:

LN (P/P_qualquer) = - (m/rt).g.(Z-Z_qualquer)

O seguinte é limpar P por exponencial:

Finalmente, muito T como g Eles permanecem constantes, ρ_qualquer= (M/rt)P_qualquer, então m/rt = ρ_qualquer / P_qualquer,  E também pode ser feito z_qualquer = 0. Reunindo tudo isso:

- Exercício 2

Qual é o valor da pressão atmosférica em La Paz, Bolívia, localizada a 3640 m acima do nível do mar? Tome o valor de 1.225 kg/m como densidade média do ar³ no nível do mar.

Solução

Os valores numéricos fornecidos na equação altimétrica são simplesmente substituídos:

Em conclusão, resulta de cerca de 66% da pressão normal.

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. A atmosfera padrão. Recuperado de: av8n.com
4. Universidade Sevilla.  Variação da pressão atmosférica. Recuperado de: Laplace.nós.é.
5. Wikipedia. Equação hipométrica. Recuperado de: é.Wikipedia.org.
6. Wikipedia. Pressão atmosférica. Recuperado de: é.Wikipedia.org.