Обуславливается весом воздуха. 1 м³ воздуха весит 1,033 кг. На каждый метр поверхности земли приходится давление воздуха силой 10033 кг. Под этим подразумевается столб воздуха высотой от уровня моря до верхних слоев атмосферы. Если сравнить его со столбом воды, то диаметр последнего имел бы высоту всего 10 метров. То есть, атмосферное давление создается собственной массой воздуха. Величина атмосферного давления на единицу площади соответствует массе воздушного столба, находящегося над нею. В результате увеличения воздуха в этом столбе происходит рост давления, а при уменьшении воздуха - падение. Нормальным атмосферным давлением считается давление воздуха при t 0°С на уровне моря на широте 45°. В этом случае атмосфера давит с силой 1,033 кг на каждый 1 см² площади земли. Масса этого воздуха уравновешивается ртутным столбиком высотой 760 мм. На этой взаимосвязи и измеряется атмосферное давление. Оно измеряется в миллиметрах ртутного столба или миллибарах(мб), а так же в гектопаскалях. 1мб = 0,75 мм рт.ст., 1 гПа = 1 мм.
Измерение атмосферного давления.
измеряется с помощью барометров. Они бывают двух типов.
1. Ртутный барометр представляет собой стеклянную трубку, которая запаяна сверху, а открытым концом погружена в металлическую чашу с ртутью. Рядом с трубкой крепится шкала, показывающая изменение давления. На ртуть действует давление воздуха, которое своим весом уравновешивает столбик ртути в стеклянной трубке. Высота ртутного столба меняется при изменении давления.
2. Металлический барометр или анероид представляет собой гофрированную металлическую коробку, которая герметично закрыта. Внутри этой коробки находится разреженный воздух. Изменение давления заставляет колебаться стенки коробки, вдавливаясь или выпячиваясь. Эти колебания системой рычагов заставляют стрелку перемещаться по шкале с делениями.
Самопишущие барометры или барографы предназначены для записи изменений атмосферного давления . Перо улавливает колебание стенок анероидной коробки и чертит линию на ленте барабана, который вращается вокруг своей оси.
Каким бывает атмосферное давление.
Атмосферное давление на земном шаре изменяется в широких пределах. Его минимальная величина - 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.
Давление воздуха на земную поверхность изменяется с высотой. Среднее значение атмосферного давления над уровнем моря - 1013 мб или 760 мм рт.ст. Чем больше высота, тем меньше атмосферное давление, так как воздух становится все более разреженным. В нижнем слое тропосферы до высоты 10 м оно снижается на 1 мм рт.ст. на каждые 10 м или на 1 мб на каждые 8 метров. На высоте 5 км оно меньше в 2 раза, 15 км - в 8 раз, 20 км - в 18 раз.
В связи с перемещением воздуха, изменением температуры, сменой времени года атмосферное давление постоянно меняется. Дважды за сутки, утром и вечером, оно повышается и столько же раз понижается, после полуночи и после полудня. В течение года из-за холодного и уплотненного воздуха зимой атмосферное давление имеет максимальную величину, а летом - минимальную.
Постоянно меняется и распределяется по поверхности земли зонально. Это происходит из-за неравномерного прогревания Солнцем земной поверхности. На изменение давления влияет перемещение воздуха. Там, где воздуха становится больше, давление высокое, а там, откуда воздух уходит - низкое. Воздух, прогревшись от поверхности, поднимается вверх и давление на поверхность понижается. На высоте воздух начинает охлаждаться, уплотняется и опускается на близлежащие холодные участки. Там возрастает атмосферное давление. Следовательно, изменение давления обуславливается перемещением воздуха в результате его нагревания и охлаждения от земной поверхности.
Атмосферное давление в экваториальной зоне постоянно понижено, а в тропических широтах - повышено. Это происходит из-за постоянно высоких температур воздуха на экваторе. Нагретый воздух поднимается и уходит в сторону тропиков. В Арктике и Антарктике поверхность земли всегда холодная, а атмосферное давление повышено. Его обуславливает воздух, который приходит из умеренных широт. В свою очередь в умеренных широтах из-за оттока воздуха формируется зона пониженного давления. Таким образом, на Земле существуют два пояса атмосферного давления - пониженный и повышенный. Пониженный на экваторе и в двух умеренных широтах. Повышенный на двух тропических и двух полярных. Они могут немного смещаться в зависимости от времени года вслед за Солнцем в сторону летнего полушария.
Полярные пояса высокого давления существуют весь год, однако, летом они сокращаются, а зимой, наоборот, расширяются. Круглый год области пониженного давления сохраняются близ Экватора и в южном полушарии в умеренных широтах. В северном полушарии все происходит по-другому. В умеренных широтах северного полушария давление над материками сильно повышается и поле низкого давления как бы "разрывается": сохраняется оно только над океанами в виде замкнутых областей пониженного атмосферного давления - Исландского и Алеутского минимумов. Над материками, где заметно повысилось давление, образуются зимние максимумы: Азиатский (Сибирский) и Северо-Американский (Канадский). Летом поле пониженного давления в умеренных широтах северного полушария восстанавливается. При этом над Азией формируется обширная область пониженного давления. Это - Азиатский минимум.
В поясе повышенного атмосферного давления - тропиках - материки нагреваются сильнее океанов и давление над ними ниже. Из-за этого над океанами выделяют субтропические максимумы:
- Северо-Атлантический (Азорский);
- Южно-Атлантический;
- Южно-Тихоокеанский;
- Индийский.
Несмотря на крупномасштабные сезонные изменения своих показателей, пояса пониженного и повышенного атмосферного давления Земли - образования довольно устойчивые.
История
Изменчивость и влияние на погоду
На земной поверхности атмосферное давление изменяется время от времени и от места к месту. Особенно важны определяющие погоду непериодические изменения атмосферного давления, связанные с возникновением, развитием и разрушением медленно движущихся областей высокого давления (антициклонов) и относительно быстро перемещающихся огромных вихрей (циклонов), в которых господствует пониженное давление. Отмечены колебания атмосферного давления на уровне моря в пределах 641 - 816 мм рт. ст. (внутри смерча давление падает и может достигать значения 560 мм ртутного столба) .
В стационарных условиях атмосферное давление уменьшается по мере увеличения высоты, поскольку оно создаётся лишь вышележащим слоем атмосферы. Зависимость давления от высоты описывается барометрической формулой .
Атмосферное давление - очень изменчивый метеоэлемент. Из его определения следует, что оно зависит от высоты соответствующего столба воздуха, его плотности, от ускорения силы тяжести, которая меняется от широты места и высоты над уровнем моря.
Стандартное давление
В химии стандартным атмосферным давлением с 1982 года по рекомендации IUPAC считается давление, равное 100 кПа . Атмосферное давление является одной из наиболее существенных характеристик состояния атмосферы. В покоящейся атмосфере давление в любой точке равно весу вышележащего столба воздуха с единичным сечением.
Уравнение статики выражает закон изменения давления с высотой:
− Δ p = g ρ Δ z , {\displaystyle -\Delta p=g\rho \Delta z,}где: p {\displaystyle p} - давление, g {\displaystyle g} - ускорение свободного падения, ρ {\displaystyle \rho } - плотность воздуха, - толщина слоя. Из основного уравнения статики следует, что при увеличении высоты ( Δ z > 0 {\displaystyle \Delta z>0} ) изменение давления отрицательное, то есть давление уменьшается. Строго говоря, основное уравнение статики справедливо только для очень тонкого (бесконечно тонкого) слоя воздуха Δ z {\displaystyle \Delta z} . Однако на практике оно применимо, когда изменение высоты достаточно мало по отношению к приблизительной толщине атмосферы.
Барическая ступень
Высота, на которую надо подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1 гПа (гектопаскаль) , называется «барической (барометрической) ступенью». Барической ступенью удобно пользоваться при решении задач, не требующих высокой точности, например, для оценки давления по известной разности высот. Считая, что атмосфера не испытывает существенного вертикального ускорения (то есть находится в квазистатическом состоянии), из основного закона статики получаем, что барическая ступень h {\displaystyle h} равна:
h = − Δ z / Δ p = 1 / g ρ . {\displaystyle h=-\Delta z/\Delta p=1/g\rho .}При температуре воздуха 0 °C и давлении 1000 гПа, барическая ступень равна 8 /гПа. Следовательно, чтобы давление уменьшилось на 1 гПа, нужно подняться на 8 метров.
С ростом температуры и увеличением высоты над уровнем моря она возрастает (в частности, на 0,4 % на каждый градус нагревания), то есть она прямо пропорциональна температуре и обратно пропорциональна давлению. Величина, обратная барической ступени, - вертикальный барический градиент , то есть изменение давления при поднятии или опускании на 100 метров. При температуре 0 °C и давлении 1000 гПа он равен 12,5 гПа .
Приведение к уровню моря
Многие метеостанции рассылают так называемые «синоптические телеграммы», в которых указывается давление, приведённое к уровню моря (см. КН-01 , METAR). Это делается для того, чтобы давление было сравнимо на станциях, расположенных на разных высотах, а также для нужд авиации. Приведённое давление используется также и на синоптических картах.
При приведении давления к уровню моря используют сокращенную формулу Лапласа:
z 2 − z 1 = 18400 (1 + λ t) lg (p 1 / p 2) . {\displaystyle z_{2}-z_{1}=18400(1+\lambda t)\lg(p_{1}/p_{2}).}То есть, зная давление и температуру на уровне z 2 {\displaystyle z_{2}} , можно найти давление p 1 {\displaystyle p_{1}} на уровне моря z 1 = 0 {\displaystyle z_{1}=0} .
Вычисление давления на высоте h {\displaystyle h} по давлению на уровне моря и температуре воздуха T {\displaystyle T} :
P = P 0 e − M g h / R T , {\displaystyle P=P_{0}e^{-Mgh/RT},}где
P
0
{\displaystyle P_{0}}
- давление Па на уровне моря [Па];
M
{\displaystyle M}
- молярная масса сухого воздуха, M = 0,029 кг/моль;
g
{\displaystyle g}
- ускорение свободного падения , g = 9,81 м/с²;
R
{\displaystyle R}
- универсальная газовая постоянная , R = 8,31 Дж/моль·К;
T
{\displaystyle T}
- абсолютная температура воздуха, ,
T
=
t
+
273
,
15
{\displaystyle T=t+273,15}
, где
t
{\displaystyle t}
- температура Цельсия, выражаемая в градусах Цельсия (обозначение: °C);
h
{\displaystyle h}
- высота, м.
На небольших высотах каждые 12 м подъёма уменьшают атмосферное давление на 1 мм рт. ст. На больших высотах эта закономерность нарушается .
Более простые расчёты (без учёта температуры) дают:
P = P 0 (0 , 87) h = P 0 ⋅ 10 − 0 , 06 h , {\displaystyle P=P_{0}(0,87)^{h}=P_{0}\cdot 10^{-0,06h},}где h {\displaystyle h} - высота в километрах.
Усредненная масса 1 м 3 воздуха на уровне моря при температуре окружающей среды 4°С равна 1 кг 300 г. Это подтверждает существование атмосферного давления. Все живое, включая здорового человека, не чувствуют этого давления в связи с тем, что оно находится в равновесии с внутренним давлением организмов.
Давление атмосферного воздуха систематически оценивается на метеорологических станциях. Для измерения давления атмосферы применяются барометры. Различают ртутные и пружинные (анероиды) барометры. Единицами измерения являются паскали (Па). За нормальную величину атмосферного давления принято давление атмосферы на широте 45° при температуре 4°С на высоте 0 м над уровнем моря. Нормальное давление равняется 1013 гПа, или 1 атмосфере, или 760 мм ртутного столба. Доказано, что с высотой атмосферное давление уменьшается. На каждые 8 м высоты на 1 гПа давление становится меньше. С учетом знания давления у земной поверхности и на определенной высоте, составляя простое уравнение, можно вычислить эту высоту. К примеру, разность давлений в 200 Па значит, что измерение давления проводилось на высоте 1600 м.
Определение и показатели
Атмосферное давление определяется не только высотой над уровнем моря, но и плотностью воздуха. Теплый воздух менее плотный и легче холодного. В определенной местности может быть высокое либо низкое давление атмосферы из-за господства разных воздушных масс. Автоматические устройства (барографы), размещенные на метеостанциях или в пунктах наблюдения, оценивают давление воздуха.
Затем показатели измерительных приборов наносятся на карту. Точки с обозначением одинакового давления соединяются, и получаются изобары – линии, демонстрирующие, как давление распределяется по поверхности Земли.
При изучении изобар были выявлены определеннее закономерности. Так, давление атмосферы непостоянно. Оно изменяется зонально от экватора к северному и южному полюсам. В тропических, полярных широтах и над океанами давление обычно повышенное, в экваториальном поясе пониженное, а в областях с умеренным климатом изменчивое соответственно временам года.
В летний период над сушей умеренного пояса отмечается пониженное давление, а в зимний, наоборот, - повышенное. Это объясняется просто. Летом над сушей теплый и менее плотный воздух, тогда как зимой он становится холоднее и плотнее.
Похожие материалы:
Если погода меняется, плохо чувствуют себя и больные гипертонией. Рассмотрим, как влияет атмосферное давление на гипертоников и метеозависимых людей.
Метеозависимые и здоровые люди
Здоровые люди никак не ощущают какие-либо изменения погоды. У метеозависимых появляются такие симптомы:
- Головокружение;
- Сонливость;
- Апатия, вялость;
- Суставная боль;
- Тревога, страх;
- Нарушения функции ЖКТ;
- Колебания артериального давления.
Зачастую самочувствие ухудшается осенью, когда наблюдается обострение простудных, хронических болезней. При отсутствии каких-либо патологий метеочувствительность проявляется недомоганием.
В отличие от здоровых, метеозависимые люди реагируют не только на колебания атмосферного давления, но и на повышение влажности, внезапное похолодание или потепление. Причиной этому зачастую являются:
- Низкая физическая активность;
- Наличие болезней;
- Падение иммунитета;
- Ухудшение состояния ЦНС;
- Слабые кровеносные сосуды;
- Возраст;
- Экологическая обстановка;
- Климат.
В результате ухудшается способность организма быстро приспосабливаться к изменениям погодных условий.
Если атмосферное давление повышенное (выше 760 мм рт. ст.), ветер и осадки отсутствуют, говорят о наступлении антициклона. В этот период нет резких перепадов температуры. В воздухе повышается количество вредных примесей.
Антициклон негативно действует на гипертоников . Увеличение атмосферного давления приводит к повышению АД. Снижается работоспособность, появляются пульсация и боли в голове, сердечные боли. Другие симптомы отрицательного влияния антициклона:
- Учащение сердцебиения;
- Слабость;
- Шум в ушах;
- Покраснения лица;
- Мелькание «мушек» перед глазами.
В крови снижается число лейкоцитов, что повышает риск развития инфекций.
Особенно подвержены воздействию антициклона пожилые люди с хроническими сердечно-сосудистыми болезнями . При повышении атмосферного давления увеличивается вероятность осложнения гипертонии - криза, особенно, если АД повышается до показателей 220/120 мм рт. ст. Возможно развитие прочих опасных осложнений (эмболия, тромбоз, кома).
Плохо влияет на больных гипертонией и пониженное атмосферное давление - циклон. Он характеризуется пасмурной погодой, осадками, повышенной влажностью. Давление воздуха падает ниже 750 мм рт. ст. Циклон оказывает следующее воздействие на организм: дыхание делается более частым, учащается пульс, однако, сила сердечных ударов сокращается. У некоторых людей появляется одышка.
При низком давлении воздуха падает и АД. С учётом того, что гипертоники принимают препараты для снижения давления, циклон плохо влияет на самочувствие. Появляются такие симптомы:
- Головокружение;
- Сонливость;
- Боль в голове;
- Упадок сил.
В некоторых случаях наблюдается ухудшение работы желудочно-кишечного тракта.
При повышении атмосферного давления больным гипертонией и метеозависимым людям следует избегать активных физических нагрузок. Надо больше отдыхать. Рекомендуется низкокалорийный рацион, содержащий повышенное количество фруктов.
Даже «запущенную» гипертонию можно вылечить дома, без операций и больниц. Просто не забывайте один раз в день…
Если антициклон сопровождается жарой, так же необходимо исключить физические нагрузки. Если есть возможность, надо находиться в помещении с кондиционером. Будет актуальной низкокалорийная диета. Увеличьте в рационе количество продуктов, богатых калием.
Читайте также: Какими осложнениями опасна гипертоническая болезнь
Чтобы привести в норму артериальное давление при пониженном атмосферном, врачи рекомендуют увеличить объём употребляемой жидкости. Пейте воду, настои лекарственных трав. Необходимо уменьшить физическую нагрузку, больше отдыхать.
Хорошо помогает крепкий сон. Утром можно позволить чашку напитка, содержащего кофеин. В течение дня надо несколько раз измерять давление.
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || ).push({});
Влияние давления и перемены температуры
Немало проблем со здоровьем могут доставить гипертоникам и перемены температуры воздуха. В период антициклона, сочетающегося с жарой, значительно повышается риск кровоизлияний в мозг, поражений сердца.
Из-за высокой температуры и повышенной влажности уменьшается содержание кислорода в воздухе. Особенно плохо такая погода влияет на пожилых людей.
Зависимость АД от атмосферного давления не так сильна, когда жара сочетается с небольшой влажностью и нормальным либо слегка повышенным давлением воздуха.
Однако в некоторых случаях такие погодные условия становятся причиной сгущения крови. Это усиливает риск появления тромбов и развития инфарктов, инсультов.
Самочувствие гипертоников ухудшится, если атмосферное давление повышается одновременно с резким понижением температуры окружающей среды. При повышенной влажности, сильном ветре развивается гипотермия (переохлаждение). Возбуждение симпатического отдела нервной системы вызывает уменьшение теплоотдачи и усиление теплопродукции.
Сокращение теплоотдачи вызвано снижением температуры тела из-за спазма сосудов. Процесс способствует повышению термического сопротивления организма. Для защиты от переохлаждения конечностей, кожи лица сужаются сосуды, которые находятся в этих частях тела.
Если охлаждение организма очень резкое, развивается стойкий сосудистый спазм. Это может вызвать повышение АД. К тому же, резкое похолодание меняет состав крови, в частности, сокращается количество защитных белков.
Над уровнем моря
Как известно, чем выше от уровня моря, тем меньше плотность воздуха и ниже атмосферное давление. На высоте 5 км оно понижается примерно в 2 р. Влияние давления воздуха на АД человека, находящегося высоко над уровнем моря (например, в горах), проявляется такими признаками:
- Учащение дыхания;
- Ускорение ЧСС;
- Боль в голове;
- Приступ удушье;
- Носовые кровотечения.
Читайте также: Чем грозит высокое глазное давление
В основе негативного воздействия пониженного давления воздуха лежит кислородное голодание, когда организм получает меньше кислорода. В дальнейшем происходит адаптация, и самочувствие становится нормальным.
Человек, который постоянно проживает в такой местности, никак не ощущает воздействие пониженного атмосферного давления. Следует знать, что у гипертоников при подъёме на высоту (например, при перелетах) может резко меняться АД, что грозит потерей сознания.
Под землей
Под землей и водой давление воздуха повышено. Его влияние на артериальное давление прямо пропорционально расстоянию, на которое надо спуститься.
Появляются следующие симптомы: дыхание делается глубоким и редким, ЧСС уменьшается, но незначительно. Слегка немеет кожный покров, слизистые становятся сухими.
Организм гипертоника, как и обычного человека, лучше приспосабливается к изменениям атмосферного давления, если они происходят медленно.
Гораздо более тяжёлые симптомы развиваются из-за резкого перепада: повышения (компрессии) и снижения (декомпрессии). В условиях повышенного давления атмосферы работают шахтёры, водолазы.
Они спускаются и поднимаются под землю (под воду) через шлюзы, где давление повышается/понижается постепенно. При повышенном атмосферном давлении в крови растворяются газы, содержащиеся в воздухе. Этот процесс называется «сатурация». При декомпрессии они выходят из крови (десатурация).
Если человек опустится на большую глубину под землю или под воду в нарушение режима вышлюзования, организм перенасытится азотом. Разовьется кессонная болезнь, при которой пузырьки газа проникают в сосуды, вызывая множественные эмболии.
Первые симптомы патологии болезни - мышечные, суставные боли. В тяжёлых случаях лопают барабанные перепонки, кружится голова, развивается лабиринтный нистагм. Кессонная болезнь иногда заканчивается летальным исходом.
Метеопатия
Метеопатией называется негативная реакция организма на перемены погоды. Симптомы варьируются от лёгкого недомогания до тяжёлых нарушений работы миокарда, которые могут вызвать необратимые поражения тканей.
Интенсивность и длительность проявлений метеопатии зависят от возраста, комплекции, наличия хронических заболеваний. У некоторых недомогания продолжаются до 7 дн. По данным медицинской статистики метеопатия есть у 70% людей с хроническими недугами и у 20% здоровых.
Реакция на перемену погоды зависит от степени чувствительности организма. Первая (начальная) стадия (или метеочувствительность) характеризуется небольшим ухудшением самочувствия, не подтверждающимся клиническими исследованиями.
Вторая степень называется метеозависимость, она сопровождается изменениями АД и ЧСС. Метеопатия – это наиболее тяжёлая третья степень.
При гипертонии, сочетающейся с метеозависимостью, причиной ухудшения самочувствия могут стать не только колебания атмосферного давления, но и другие изменения окружающей среды. Таким больным нужно обращать внимание на погодные условия и прогнозы синоптиков. Это позволит вовремя принять меры, рекомендованные врачом.
Давление — это сила, с которой воздух давит на все тела.
Воздух очень лёгкий. Один кубический метр его у земной поверхности весит всего 1 кг 300 г. Однако он оказывает зна-чительное давление на земную поверхность. На каждый квад-ратный сантиметр земной поверхности воздух давит с силой в один килограмм. И если в среднем поверхность человеческого тела составляет около полутора квадратных метров, то оказы-вается, что на каждого из нас воздух давит с силой около 15 т.
Но такое давление способно раздавить всё живое. Почему же мы его не ощущаем? Объясняется это тем, что давление внутри нашего организма равно атмосферному. Внутреннее и внешнее давление как бы уравновешиваются.
Чтобы убедиться, что воздух на все предметы давит со значи-тельной силой, можно проделать такой опыт: налейте полный стакан воды и прикройте его листком бумаги. Прижмите ладонью бу-магу к краям стакана и быстро переверните его. Теперь уберите ладонь от листа, и вы увидите, что вода из стакана не выльет-ся, хотя держите вы его вверх дном. Это давление воздуха при-жимает лист к краям стакана и удерживает в нём воду (рис. 111).
В середине XVII века учёный Эванджелиста Торричелли, чтобы доказать, что воздух давит и что давление с высотой изменяется, проделал следующий опыт: взял стеклянную трубку длиной 1 м, запаянную с одного конца, и наполнил её ртутью. Перевернув трубку и опустив её открытый конец в чашечку, в которой также была налита ртуть, он заметил, что ртуть в трубке быстро опустилась до определённого уровня и остановилась.
На уровне моря высота столбика ртути в трубке оказалась равной 760 мм. Почему же ртуть из трубки не вылилась вся, а остановилась на высоте 760 мм? Ответ на этот вопрос может быть только один: воздух давит на ртуть в чашечке и не даёт вылиться ртути из трубки. С этим несложным прибором учёный начал подниматься вверх по склону горы .
Барометр-анероид
«Анероид» в переводе с греческого языка на русский означает «безжидкостный» — в нём нет ртути. Основная часть анероида — металлическая коробочка, которая помещается в корпусе прибора. Из этой коробочки выкачивается воздух, поэтому её стенки очень чувствительны к изменениям атмосферного дав-ления: при уменьшении давления они расширяются, при уве-личении, наоборот, сжимаются. С помощью несложного устройства эти изменения стенок коробочки передаются стрелке, кото-рая и показывает на шкале атмосферное давление.
Прежде чем произвести отсчёт атмосферного давления по барометру-анероиду, рекомендуется слегка постучать пальцем по стеклу прибора.
Барометр-высотомер
Иногда на шкале анероида вместо цифр, показывающих атмосферное давление, пишут высоту, которая соответствует данному давлению. Так, вместо 760 мм пишут 0, вместо 750 мм — 10 м и т. д. С помощью такого барометра-высотомера лётчики определяют высоту полёта самолёта, альпинисты измеряют вы-соту, на которую они поднялись.
