Presión atmosférica

La presión atmosférica es una cantidad física que expresa la relación entre la fuerza y el peso de la columna de aire que pesa sobre una superficie, presente en cualquier punto de la atmósfera terrestre y la medida del área de la propia superficie. En la mayoría de los casos el valor de esta cantidad es equivalente a la presión hidrostática ejercida por el peso de la columna de aire presente sobre el punto de medición y se mide en el sistema internacional en pascales y con un instrumento de medición conocido como barómetro . [1]

Descripción

A nivel del mar el volumen de1 m³ de aire (a una temperatura de0 ° C ) tiene una masa de aprox.1,30 kg . El valor de la presión atmosférica también varía según la temperatura y la cantidad de vapor de agua contenida en la atmósfera y disminuye al aumentar la altitud , respecto al nivel del mar, del punto donde se mide. Las áreas de baja presión tienen una masa atmosférica sustancialmente menor por encima de ellas, por el contrario, las áreas de alta presión tienen una masa atmosférica mayor.

Históricamente, la presión atmosférica fue medida con precisión por primera vez por Evangelista Torricelli a través del llamado tubo de Torricelli , el primer ejemplo de barómetro . Como 76 cm³ de mercurio tienen una masa de 1,033 kg, podemos decir que la presión atmosférica que presiona sobre cada centímetro cuadrado de superficie tiene una fuerza igual a la fuerza del peso de una masa de 1,033 kg. [2] [3] Este valor tomado como unidad de medida de la presión atmosférica, se denomina atmósfera (símbolo atm): 1 atm = 1033 g/ cm² . Las unidades de medida de la presión atmosférica son: [4]

el pascal (símbolo Pa)
el ambiente
el torr
la barra y su submúltiplo, el milibar (mb) (1bar = 1000 milibar)
baria , que es la décima parte de Pa (1Pa = 10 baria).

En el Sistema Internacional (SI), el pascal se usa porque se define como la relación entre la componente normal de una fuerza (medida en Newtons) y una superficie (medida en metros cuadrados), [5] y está relacionado con la atmósfera de la equivalencia: 1 atm = Pa (más precisamente 1 atm = 101325 Pa). ${\ estilo de visualización 1,01 {\ veces} 10 ^ {5}}$

Presión atmosférica normal

La presión atmosférica normal (o estándar) es la medida a una latitud de 45°, al nivel del mar y a una temperatura de 15°C sobre una superficie unitaria de 1 cm 2 , que corresponde a la presión de una columna de mercurio de760 mm . Alternativamente, es posible afirmar que la presión atmosférica de 1 atm coincide, con una buena aproximación, con la presión ejercida por una columna de mercurio de 760 mm de altura que se encuentra a una temperatura de 0 °C en un lugar donde la aceleración de la gravedad es válida. . [6] En las demás unidades de medida corresponde a: ${\ estilo de visualización g = 9,80665 {\ frac {m} {s ^ {2}}}}$

1 atm = 760 torr (o mmHg) =101 325 Pa =1 013 , 25 mbar = 10,33 mca .

Con la generalización del uso del sistema internacional también en el campo meteorológico, la presión atmosférica se mide en hectopascales (centenas de Pascales) cuyo símbolo es hPa. Como el milibar es igual al hectopascal,1 013 , 25 mbar =101 325 Pa =1 013 , 25hPa .

Cambios de presión

Con altitud

Debido a la compresibilidad del aire por su propio peso, la ley de Stevin no es aplicable, y la disminución de la presión atmosférica con la altitud sobre el nivel del mar no es lineal como en los líquidos [7] . Con el aumento de la altitud, la presión atmosférica disminuye y la disminución no es lineal. Suponiendo (incluso si este no es el caso) que la atmósfera es isotérmica, la ley de Boyle-Mariotte se cumple : [2]

${\ displaystyle pV = costo \; \; \ a \; \; {\ frac {p} {\ rho}} = costo}$ ;

con estas premisas la densidad del aire es proporcional a la presión. Suponga que al nivel del mar la densidad y la presión son válidas respectivamente y y considere como eje de referencia para las alturas el eje , que se origina al nivel del mar y se orienta hacia arriba. A una altura genérica la presión (de acuerdo con la hipótesis isotérmica) será: ${\ estilo de visualización \ rho _ {0}}$ $p_{0}$ $z$ $z$

${\ estilo de visualización \ rho = \ rho _ {0} {\ frac {p} {p_ {0}}}}$ .

Si se aplica la ley de Stevino a un cambio de altura , se puede decir que se cumple la siguiente relación : $dz$ ${\ displaystyle {\ Big (} {\ frac {\ mathrm {d} p} {\ mathrm {d} z}} = - \ rho g {\ Big)}}$

${\ estilo de visualización {\ frac {\ mathrm {d} p} {\ mathrm {d} z}} = - \ rho g = - \ rho _ {0} {\ frac {p} {p_ {0}}} g \; \; \ a \; \; {\ frac {\ mathrm {d} p} {p}} = - g {\ frac {\ rho _ {0}} {p_ {0}}} {\ mathrm { d}} z = - {\ frac {\ mathrm {d} z} {\ alfa}}}$

donde _ ${\ estilo de visualización \ alfa = {\ frac {p_ {0}} {g \ rho _ {0}}} = {\ frac {1013 \ cdot 10 ^ {5}} {9,8 \ cdot 1,3}} = 7,95\cdot 10^{3}m\cong 8km}$

Si integramos entre el nivel del mar y una altitud genérica , obtenemos: $z$

${\ estilo de visualización \ int _ {p_ {0}} ^ {p} {\ frac {\ mathrm {d} p} {p}} = - {\ frac {1} {\ alpha}} \ int _ {0} ^{z} \mathrm {d} z\;\;\a\;\;\ln {\ frac {p} {p_ {0}}} = - {\ frac {z} {\ alpha}} \; \;\a\;\;p = p_{0} y ^{- z/\alpha}}$ .

En la atmósfera isotérmica, la presión disminuye en función de la altura con una tendencia exponencial. El valor de a 0°C es de unos 8km; a 20°C son unos 8,6km. La presión se reduciría a un tercio de la del nivel del mar a una altitud de entre 8 y 9 km. $\ alfa$

Varios factores como las condiciones atmosféricas y la latitud afectan su valor, la NASA ha recopilado valores promedio para todas las partes del mundo. La siguiente tabla proporciona valores de presión indicativos, en porcentajes de una atmósfera, en función de la altitud.

Altitud en metros	Porcentaje de 1 atm
1 000	88.6
2 000	78.5
4 000	60.8
6 000	46.5
8 000	35,0
10 000	26,0
15 000	11.5
20 000	6.9
30 000	1.2
48 500	0.1
69 420	0.01

También existe una fórmula matemática para calcular la presión atmosférica en atmósferas ( P ) en función de la altura en metros ( m ) [8]

{\ estilo de visualización P = 0,9877 ^ {(m / 100)}}

Con temperatura

La presión atmosférica se ve afectada por la temperatura del aire . La razón es que la atmósfera terrestre, a medida que se calienta, tiende a expandirse, haciéndose menos densa. En consecuencia, al nivel del mar el peso de la 'columna de aire' sobre la cabeza es siempre el mismo, mientras que si estamos a mayor altitud la presión aumentará con el aumento de la temperatura, ya que a medida que el aire se caliente, aumentará. su volumen, parte de la masa de aire entre el nivel del mar y la altitud de interés se desplazará hacia altitudes superiores.

Los valores de presión local, considerados por sí solos, no tienen significación pronóstica; lo tienen en cambio cuando se comparan con los valores detectados simultáneamente en las áreas adyacentes para resaltar las áreas de baja presión (mal tiempo) o alta presión (buen tiempo). A nivel local, solo los cambios repentinos en los valores de presión (es decir, cambios en la presión más rápidos que los relacionados con la temperatura) son indicativos de cambios sustanciales en las condiciones climáticas.

Con humedad

La humedad del aire también influye en el valor de la presión atmosférica: la presencia de moléculas de vapor de agua (H 2 O) que ocupan el lugar de moléculas más pesadas, principalmente de nitrógeno (el 78% del aire está compuesto por este elemento), hacen que el aire húmedo sea más ligero y por lo tanto hay una presión atmosférica más baja (baja presión). Por otro lado, este es uno de los principios de formación de los ciclones tropicales . Por el contrario, el aire más seco también será más pesado y, por tanto, ejercer más peso provocará un aumento de la presión atmosférica (alta presión).

Registros históricos

La presión atmosférica más baja sobre el nivel del mar :87,0 kPa (870 hPa). Medido al oeste de Guam ( Océano Pacífico ) el 12 de octubre de 1979 ( Typhoon Tip ).
La presión atmosférica más alta:108,56 kPa (1094,9 hPa). Medido en Bajdrag ( Mongolia ) el 28 de diciembre de 2020

Notas

^ Gian Paolo Parodi, Marco Ostili, Guglielmo Mochi Honors, The Evolution of Physics-Volume 1 , Paravia, 2006, p. 435, ISBN 978-88-395-1609-1 .
^ a b Paolo Mazzoldi, Massimo Nigro, Cesare Voci, Física - Volumen I , p. 267.
^ Sergio Rosati, Física general , Editorial Ambrosiana - Milán, 1990, p. 329, ISBN 88-408-0368-8 .
^ Sergio Rosati, Física general , Editorial Ambrosiana - Milán, 1990, p. 330, ISBN 88-408-0368-8 .
^ Gian Paolo Parodi, Marco Ostili, Guglielmo Mochi Honors, The Evolution of Physics-Volume 1 , Paravia, 2006, p. 439, ISBN 978-88-395-1609-1 .
^ Sergio Rosati, Física general , Editorial Ambrosiana - Milán, 1990, p. 330, ISBN 88-408-0368-8 . .
^ Antonio Caforio, Aldo Ferilli, Inside Physics , Le Monnier, 2007, p. 115, ISBN 978-88-00-20616-7 .
^ Un algoritmo simple para calcular la variación de presión con la altitud

Bibliografía

Paolo Mazzoldi, Massimo Nigro, Cesare Voci, Física - Volumen I , EdiSES, Bolonia.
Sergio Rosati, Física general , Editorial Ambrosiana - Milán, 1990, ISBN 88-408-0368-8 .
Gian Paolo Parodi, Marco Ostili, Guglielmo Mochi Honors, The Evolution of Physics-Volume 1 , Paravia, 2006, ISBN 978-88-395-1609-1 .

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Enlaces externos

( EN ) Presión atmosférica , en Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.