Jeder ist mit dem atmosphärischen Druck vertraut, zumindest dank Physikunterricht und Wettervorhersagen. Darüber hinaus sind die Nuancen der Druckwirkung auf eine Person von Interesse.
Was ist atmosphärischer Druck?
Atmosphärendruck - Dies ist der Druck der Gashülle unseres Planeten, der Atmosphäre, die auf alle darin enthaltenen Objekte sowie auf die Erdoberfläche einwirkt. Der Druck entspricht der Kraft, die pro Flächeneinheit in der Atmosphäre wirkt.
Einfacher ausgedrückt ist dies die Kraft, mit der die Luft um uns herum auf die Oberfläche der Erde und der Objekte wirkt. Durch Verfolgung von Änderungen des atmosphärischen Drucks können Wetterbedingungen in Verbindung mit anderen Faktoren vorhergesagt werden.
Warum und warum entsteht atmosphärischer Druck?
Spezialisten, die die Erdatmosphäre und verschiedene meteorologische Phänomene untersuchen, überwachen sorgfältig, wie sich die Luftmassen bewegen. Dies ist der Hauptfaktor, der die klimatischen Bedingungen eines bestimmten Gebiets beeinflusst. Diese Beobachtungen ermöglichten es zu verstehen, warum atmosphärischer Druck auftritt.
Die Schwerkraft ist schuld. Durch viele Experimente wurde nachgewiesen, dass die Luft keineswegs schwerelos ist. Es besteht aus verschiedenen Gasen, die ein bestimmtes Gewicht haben. Somit wirkt die Schwerkraft der Erde auf die Luft, was zur Druckbildung beiträgt.
Interessante Tatsache: Die gesamte Luft auf dem Planeten (oder die gesamte Erdatmosphäre) wiegt 51 x 1014 Tonnen
Rund um den Globus ist die Luftmasse nicht gleich. Dementsprechend schwankt auch der atmosphärische Druck. In Gebieten mit größerer Luftmasse herrscht ein höherer Druck. Wenn weniger Luft vorhanden ist (in solchen Fällen auch als verdünnt bezeichnet), ist der Druck niedriger.
Warum ändert sich das Gewicht der Atmosphäre? Das Geheimnis dieses Phänomens liegt in der Erwärmung der Luftmassen. Tatsache ist, dass die Luftheizung überhaupt nicht durch Sonnenlicht erfolgt, sondern durch die Erdoberfläche.
In der Nähe erwärmt sich die Luft und steigt leichter auf. Zu diesem Zeitpunkt werden die abgekühlten Ströme schwerer und niedriger. Dieser Prozess ist noch nicht abgeschlossen. Jeder Luftstrom hat seinen eigenen Druck und sein Unterschied verursacht den Wind.
Wie wirkt sich die atmosphärische Zusammensetzung auf den Druck aus?
Die Atmosphäre enthält eine große Menge an Gasen. Meist ist es Stickstoff und Sauerstoff (98%). Es gibt auch Kohlendioxid, Neon, Argon usw. Die Atmosphäre beginnt mit einer Grenzschicht von 1 bis 2 km Dicke und endet mit einer Exosphäre in einer Höhe von etwa 10.000 km, wo sie reibungslos in den interplanetaren Raum übergeht.
Die Zusammensetzung der Atmosphäre beeinflusst den Druck aufgrund der Dichte. Jede Komponente hat ihre eigene Dichte. Je höher die Höhe, desto dünner die Schicht der Atmosphäre und ihre geringere Dichte. Dementsprechend nimmt der Druck ab.
Atmosphärendruckmessung
Im Internationalen Einheitensystem wird der atmosphärische Druck in Pascal (Pa) gemessen. Auch in Russland werden Einheiten wie Bar, Millimeter Quecksilber und deren Derivate eingesetzt. Ihre Verwendung beruht auf Instrumenten, mit denen der Druck gemessen wird - Quecksilberbarometer. 1 mmHg entspricht etwa 133 Pa.
Es gibt zwei Arten von Barometern:
- Flüssigkeit;
- mechanisch (Aneroidbarometer).
Flüssigkeitsbarometer mit Quecksilber gefüllt. Die Erfindung dieses Geräts ist ein Verdienst der italienischen Wissenschaftlerin Evangelista Torricelli. 1644 führte er ein Experiment mit einem Behälter, Quecksilber und einem Kolben durch, der in eine Flüssigkeit mit offenem Loch fiel.
Bei einer Druckänderung stieg oder fiel das Quecksilber im Kolben. Moderne Quecksilberbarometer mit Skalen gelten als die genauesten, aber nicht sehr bequemen, weshalb sie an Wetterstationen eingesetzt werden.
Häufiger Aneroidbarometer. Das Design eines solchen Geräts bietet eine Metallbox mit verdünnter Luft im Inneren. Wenn der Druck abfällt, dehnt sich die Box aus. Mit zunehmendem Druck schrumpft die Box und wirkt auf die angebrachte Feder. Die Feder treibt den Pfeil an, der das Druckniveau auf der Waage anzeigt.
Interessante Tatsache: Es gibt eine Standarddruckeinheit (sowie andere Einheiten physikalischer Größen). Der primäre Standard, der den absoluten Druck so genau wie möglich anzeigt, befindet sich im Allrussischen Forschungsinstitut für Metrologie in Mendelejew (St. Petersburg).
Atmosphärendruck für den Menschen
Normaler atmosphärischer Druck - Dies sind 760 mm Hg oder 101 325 Pa bei einer Temperatur von 0 ° C auf Meereshöhe (45 ° Breitengrad). Darüber hinaus wirkt die Atmosphäre mit einer Kraft von 1,033 kg auf jeden Quadratzentimeter der Erdoberfläche. Eine 760 mm hohe Quecksilbersäule gleicht die Masse dieser Luftsäule aus.
Ein Indikator von 760 mm wurde auch von Torricelli während des Experiments bestimmt. Er bemerkte auch, dass, wenn der Kolben mit Quecksilber gefüllt ist, oben ein Hohlraum verbleibt. In der Folge wurde dieses Phänomen als "Torricellium-Leere" bezeichnet. Dann wusste der Wissenschaftler noch nicht, dass er während seines Experiments ein Vakuum erzeugt hat - also einen Raum ohne Substanzen.
Bei einem Standarddruck von 760 mmHg fühlt sich eine Person am wohlsten. Wenn Sie die vorherigen Daten berücksichtigen, drückt die Luft auf eine Person mit einer Kraft von etwa 16 Tonnen. Warum spüren wir dann diesen Druck nicht?
Tatsache ist, dass auch im Körper Druck herrscht. Nicht nur Menschen, sondern auch Vertreter der Tierwelt haben sich an den atmosphärischen Druck angepasst. Jedes Organ wurde unter dem Einfluss einer bestimmten Kraft gebildet und entwickelt. Wenn die Atmosphäre auf den Körper einwirkt, wird diese Kraft gleichmäßig über die gesamte Oberfläche verteilt. Somit ist der Druck ausgeglichen und wir spüren ihn nicht.
Die atmosphärische Drucknorm sollte nicht mit der Klimanorm verwechselt werden. Jede Region hat ihre eigenen Standards für eine bestimmte Jahreszeit. Zum Beispiel haben die Bewohner von Wladiwostok Glück, denn dort entspricht der durchschnittliche jährliche Luftdruck fast der Norm - 761 mm Hg.
Und in Siedlungen in Berggebieten (zum Beispiel in Tibet) ist der Druck viel niedriger - 413 mmHg. Dies ist auf eine Höhe von ca. 5000 m zurückzuführen.
Druck erhöhen und verringern
Wenn der Druck die Marke von 760 mm überschreitet. Hg. Art. Wird es als erhöht bezeichnet, und wenn der Indikator kleiner als normal ist - niedrig.
Innerhalb von 24 Stunden treten mehrere atmosphärische Druckänderungen auf. Morgens und abends steigt es an und nach 12 Uhr nachmittags und abends nimmt es ab. Dies geschieht aufgrund der Tatsache, dass sich die Lufttemperatur ändert und sich dementsprechend ihre Strömungen bewegen.
Im Winter wird der höchste Luftdruck über dem Festland beobachtet, da die Luft eine niedrige Temperatur und eine hohe Dichte hat. Im Sommer ist das Gegenteil der Fall - es gibt nur minimalen Druck.
Auf globalerer Ebene hängt das Druckniveau auch von der Temperatur ab. Die Erdoberfläche erwärmt sich unterschiedlich: Der Planet hat eine geoide (und keine perfekt runde) Form und dreht sich um die Sonne. Einige Zonen erwärmen sich mehr, andere weniger. Aus diesem Grund wird der atmosphärische Druck zonal über die Oberfläche des Planeten verteilt.
Wissenschaftler unterscheiden 3 Riemen mit niedrigem Druck und 4 Riemen mit vorherrschenden Maxima. Die Äquatorzone erwärmt sich am meisten, so dass leichte warme Luft aufsteigt und sich an der Oberfläche ein niedriger Druck bildet.
In der Nähe der Pole ist das Gegenteil der Fall: Es fällt kalte Luft, daher wird hier ein hoher Druck festgestellt. Wenn Sie sich das Druckverteilungsmuster über der Oberfläche des Planeten ansehen, werden Sie feststellen, dass sich die Riemen der Minima und Maxima abwechseln.
Darüber hinaus müssen Sie sich an die ungleichmäßige Erwärmung beider Erdhalbkugeln im Laufe des Jahres erinnern.Dies führt zu einer gewissen Verschiebung der Nieder- und Hochdruckbänder. Im Sommer bewegen sie sich nach Norden und im Winter nach Süden.
Menschlicher Einfluss
Der atmosphärische Druck hat schwerwiegende Auswirkungen auf den menschlichen Körper. Dies ist ganz natürlich, wenn wir alle oben genannten Punkte in Bezug auf die Kraft, mit der Luft auf unseren Körper drückt, und die Gegenwirkung berücksichtigen.
Es gibt ein Konzept der meteorologischen Abhängigkeit, das von Wissenschaft und Medizin bestätigt wird. Meteopathen sind Menschen, deren Körper selbst auf minimale Druckabweichungen von der Norm reagiert. Dazu gehören auch Menschen mit einigen chronischen Krankheiten (insbesondere Herz-Kreislauf-, Nervensystem- usw.).
Im Allgemeinen kann sich der menschliche Körper an veränderte klimatische Bedingungen anpassen. Wenn Sie beispielsweise in ein Land mit völlig anderen Wetterbedingungen reisen, kann die Akklimatisierung mehrere Tage dauern.
Signifikante Abweichungen von der Norm sind für absolut jede Person erkennbar. Dies umfasst sowohl hohen als auch niedrigen Blutdruck.
Im normalen Leben tritt kein Anstieg des Luftdrucks auf ein kritisches Niveau auf, bei dem sich das Wohlbefinden einer Person verschlechtert (mit Ausnahme der oben genannten wetterabhängigen und chronisch kranken Personen). Sie können seine Wirkung zum Beispiel spüren, wenn Sie in große Tiefen tauchen.
Niedriger Luftdruck ist gefährlicher. Seine Wirkung ist in großer Höhe leicht zu spüren. Es gibt das Konzept der Höhenkrankheit, bei dem die Menge an Kohlendioxid zunimmt. Das Sauerstoffvolumen nimmt in diesem Fall im Gegenteil ab, so dass das Gewebe des Körpers Sauerstoffmangel verspürt. Gefäße reagieren schnell darauf und provozieren einen starken Druckanstieg im Körper.
Zyklon
Zyklon - Dies ist eine riesige Luftmasse, die sich in Form eines Wirbels um eine vertikale Achse mit einem Durchmesser von bis zu mehreren tausend Kilometern dreht. In der Mitte dieses Wirbels wird ein verringerter Druck beobachtet.
Auf der Nordhalbkugel dreht sich der atmosphärische Wirbel eines Zyklons gegen den Uhrzeigersinn, auf der Südhalbkugel im Uhrzeigersinn. Zyklone treten regelmäßig auf, da ihre Bildung in direktem Zusammenhang mit der Erdrotation steht. In der Nähe des Äquators gibt es keine Zyklone.
Es gibt zwei Arten von Zyklonen:
- Tropisch. Treten in tropischen Breiten auf, unterscheiden sich in relativ kleinen Größen. Sie zeichnen sich jedoch durch eine enorme, zerstörerische Kraft des Windes aus.
- Extra tropisch. In polaren und gemäßigten Breiten gebildet. Erreichen Sie einen Durchmesser von mehreren tausend Kilometern.
Interessante Tatsache: In tropischen Wirbelstürmen wird oft das „Auge des Sturms“ beobachtet - dies ist ein Gebiet etwa 20 km in der Mitte des Wirbels, in dem klares und ruhiges Wetter herrscht.
Die Hauptmerkmale des Zyklons sind die kolossale Energie, die sich in Form von starken Winden, Stürmen, Gewittern, Gewittern und Niederschlägen manifestiert. Starke tropische Wirbelstürme erhalten eindeutige Namen oder Namen, zum Beispiel Katrina (2005), Nina (1975), Dorian (2019).
Antizyklon
Antizyklon - Dies ist nicht nur das Gegenteil von Zyklon. Dieses Phänomen hat einen anderen Mechanismus des Auftretens. Der Wind in beiden Erdhälften bewegt sich im Vergleich zum Zyklon in die entgegengesetzte Richtung.
Der Antizyklon ist ein Hochdruckbereich. Sie zeichnet sich durch geschlossene Isobaren aus - dies sind Linien, die Orte mit dem gleichen atmosphärischen Druck markieren.
Der Antizyklon bringt stabile Wetterbedingungen, die der Jahreszeit entsprechen. Im Sommer ist es ruhig, heißes Wetter, im Winter frostig. Es zeichnet sich durch eine geringe Anzahl von Wolken oder deren völlige Abwesenheit aus.
In bestimmten Gebieten werden Antizyklone gebildet. Zum Beispiel entstehen sie meistens über großen Eismassiven: in der Antarktis, in Grönland und in der Arktis. Auch in den Tropen zu finden.
Antizyklone bergen auch eine Gefahr und unangenehme Folgen. Sie können Brände und anhaltende Dürreperioden verursachen.Bei langem Windstillstand in Großstädten sammeln sich schädliche Substanzen und Gase an, was besonders für Menschen mit Atemwegserkrankungen akut ist.
Interessante Tatsache: Es gibt blockierende Zyklone, die sich über einem bestimmten Bereich bilden und sich nirgendwo bewegen. Sie passieren jedoch keine anderen Luftmassen. Normalerweise dauern sie nicht länger als 5 Tage, aber im europäischen Teil Russlands halten Antizyklone regelmäßig etwa einen Monat. Das letzte Mal war es im Jahr 2015. Das Ergebnis sind Hitze, Dürre und Waldbrände.
Wie ändert sich der atmosphärische Druck mit der Höhe? Formeldiagramm
Der atmosphärische Druck ist direkt von der Höhe abhängig. Je höher desto niedriger der Druck und umgekehrt. Wenn Sie 12 m über dem Meeresspiegel ansteigen, verringert sich der Quecksilberbalken im Barometer um 1 mm.
Der Druck wird häufig in Hektopascal anstelle von mmHg angezeigt. st.: 1 mm = 133,3 Pa = 1, 333 hPa. Die Beziehung zwischen Höhe und Druck kann mit einer einfachen Formel dargestellt werden:
∆h / ∆P = 12 m / mmHg. st oder ∆h / ∆P = 9 m / hPa,
wobei ∆h die Höhenänderung ist,
∆P - Druckänderung.
Wenn der Druck auf 9 Meter ansteigt, nimmt er somit um 1 hPa ab. Dieser Indikator wird als Baric Stage bezeichnet. Die atmosphärische Drucknorm beträgt 1013 hPa (kann auf 1000 aufgerundet werden).
Wie kann man diese Daten verwenden, um die Druckänderung in einer anderen Höhe zu berechnen? Wenn Sie beispielsweise 90 m anheben, nimmt der Druck um 10 hPa ab. In diesem Fall stellt sich heraus, dass der Druck bei einem Anstieg auf 900 m auf 0 abfällt.
Die Luftdichte ändert sich jedoch auch mit der Höhe. Bei einer größeren Entfernung (ab 1,5 bis 2 km) müssen alle Berechnungen unter Berücksichtigung dieses Indikators durchgeführt werden.
Das Diagramm der atmosphärischen Druckänderungen mit der Höhe zeigt deutlich alle oben genannten Punkte. Es hat die Form einer gekrümmten Linie, keine gerade Linie. Aufgrund der Tatsache, dass die Dichte der Atmosphäre mit zunehmender Höhe nicht gleich ist, beginnt der Druck langsamer abzunehmen. Es wird jedoch niemals Null erreichen, da es überall irgendeine Substanz gibt - es gibt kein Vakuum im Universum.
Atmosphärendruck in den Bergen
In den Bergen wird der Druck sowieso geringer sein. Wie sich eine Person gleichzeitig fühlt, hängt von der Größe und den zusätzlichen Bedingungen ab. Beispielsweise kann bei normaler Luftfeuchtigkeit ein Anstieg von 3.000 m zu Schwäche und schlechter Leistung führen. Dies ist auf einen Sauerstoffmangel zurückzuführen.
In einem feuchten Klima treten ähnliche Empfindungen bereits in einer Höhe von 1000 m auf. Tatsache ist, dass Wassermoleküle Sauerstoffmoleküle verdrängen - in feuchter Luft sind es weniger. Und in einem trockenen Klima können Sie fast bis zu 5000 m hoch klettern.
Unterschiedliche Höhen und ihre Auswirkungen:
- 5 km - ein Gefühl von Sauerstoffmangel.
- 6 km ist die maximale Höhe, in der sich dauerhafte Siedlungen befinden.
- 8,9 km - die Höhe des Everest. Wasser kocht bei einer Temperatur von + 68 ° C. Für kurze Zeit können geschulte Personen auf diesem Niveau sein.
- 13,5 km - sicher, nur in Gegenwart von reinem Sauerstoff zu bleiben. Die maximal zulässige Höhe, in der Sie ohne besonderen Schutz bleiben können.
- 20 km - eine Höhe, die für Menschen nicht akzeptabel ist. Nur in einer versiegelten Kabine.