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El aire en la Tierra tiene un rango muy amplio y a menudo se le llama "atmósfera". A más de 200 kilómetros de altura todavía hay aire. Aunque su densidad es muy pequeña, la presión ejercida sobre el suelo por una columna atmosférica tan alta sigue siendo extremadamente alta. El cuerpo humano no puede sentir la presión del aire en la atmósfera, porque el interior y el exterior del cuerpo humano se ven afectados por la presión del aire al mismo tiempo y son completamente iguales. Otto Gehrig, alcalde de Madebo, Alemania, realizó un experimento hemisférico en Madebo y confirmó la existencia de presión atmosférica.
El peso del aire que se extiende desde la superficie terrestre hasta el cielo hace que la fuerza por unidad de área sobre los objetos cercanos a la superficie terrestre se denomine "presión atmosférica". La presión atmosférica generalmente se mide como la altura de la columna de mercurio en un barómetro de mercurio. La presión atmosférica estándar en el suelo es aproximadamente igual a la presión producida por una columna de mercurio de 76 cm de altura. Debido a la influencia de condiciones como el área de medición, los valores medidos son diferentes. Según la fórmula de presión del líquido P = ρgh, la densidad del mercurio es 13,6×103 kg/m3, entonces la presión generada por una columna de mercurio de 76 cm de altura es P = 13,6×103kg/m3×9,8 Newton/kg× 0,76 m = 65436.
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1. Presión atmosférica
La presión que ejerce la atmósfera sobre los objetos sumergidos en ella. se llama presión atmosférica o simplemente presión atmosférica.
(1) La presión atmosférica se refiere a la presión generada por el aire en un determinado lugar de la tierra. El aire en la superficie terrestre se ve afectado por la gravedad, generando presión atmosférica. La densidad de las capas de aire sobre la Tierra es desigual: el aire cerca de la superficie de la Tierra es más denso y el aire en la parte superior es más fino y menos denso. Dado que la presión atmosférica se genera por la gravedad del aire, la columna de aire que está encima tiene una altura pequeña y una densidad baja, por lo que cuanto más alta está del suelo, menor es la presión atmosférica. Generalmente a las 2 en punto.
② Los gases y los líquidos son fluidos y tienen presiones similares. La presión atmosférica existe en todas las direcciones y la presión atmosférica en todas las direcciones en el mismo lugar es igual. Sin embargo, debido a la densidad desigual de la atmósfera, la fórmula de la presión del líquido no se puede aplicar al cálculo de la presión atmosférica.
(3) La presión del gas sellado en el recipiente se genera por la colisión de una gran cantidad de moléculas de gas que se mueven irregularmente con la pared del recipiente. Su tamaño no está determinado por la gravedad del gas sellador.
2. Causas de la presión atmosférica
La tierra está rodeada por una gruesa capa de aire El aire está compuesto principalmente por nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono, vapor de agua, helio, neón. , y argón Compuesto de gases como el gas. Esta capa de aire a menudo se denomina atmósfera en su conjunto. Se distribuye alrededor de la Tierra de arriba a abajo, con un espesor total de 1.000 kilómetros. Todos los objetos sumergidos en la atmósfera experimentan la presión de la atmósfera, al igual que los objetos sumergidos en el agua experimentan la presión del agua.
Las causas de la presión atmosférica se pueden explicar desde diferentes perspectivas. Los puntos clave mencionados en el libro de texto son: el aire se ve afectado por la gravedad y el aire fluye, por lo que hay presión en todas direcciones. Más específicamente, debido a la atracción de la Tierra por el aire, el aire se presiona contra el suelo y depende del suelo u otros objetos en el suelo como apoyo. Estos objetos y el suelo que sustenta la atmósfera se ven afectados por la presión atmosférica. La presión atmosférica por unidad de área es la presión atmosférica; en segundo lugar, se puede explicar desde la perspectiva del movimiento molecular (el conocimiento de la teoría del movimiento molecular se aprenderá más adelante en tercer grado). Porque los gases están compuestos por una gran cantidad de moléculas que se mueven irregularmente, y estas moléculas están obligadas a chocar constantemente con objetos sumergidos en el aire. Con cada colisión, las moléculas de aire darán una fuerza de impacto a la superficie del objeto. El resultado de la colisión continua de una gran cantidad de moléculas de aire se reflejará en la presión atmosférica sobre la superficie del objeto, formando así presión atmosférica. Si hay más moléculas por unidad de volumen, también lo estarán las moléculas en el aire en la misma cantidad de tiempo.
Utilizando la perspectiva de la teoría del movimiento molecular, podemos explicar por qué la distribución desigual de la atmósfera provoca altas y bajas presiones atmosféricas.
3. Experimento de Torricelli
Utiliza el experimento de Torricelli para medir la relación de presión atmosférica. Llene un tubo de vidrio de aproximadamente 1 m de largo con un extremo cerrado con mercurio, tape la boca del tubo y luego insértelo boca abajo en el tanque de mercurio. Cuando se soltó el dedo que bloqueaba la boquilla, la columna de mercurio en el tubo bajó un poco y dejó de caer. En este momento, la diferencia de altura entre la columna de mercurio dentro y fuera del tubo es de 760 mm. .
La razón por la que hay una columna de mercurio de 760mm de altura en el tubo es por la existencia de presión atmosférica. Según las características de la presión del líquido, la presión sobre la superficie del líquido en el tanque de mercurio debe ser igual a la presión bajo la columna de mercurio de 760 mm de altura en el tubo de vidrio. La presión sobre la superficie del líquido en el tanque de mercurio es la presión atmosférica. La presión en el tubo solo puede ser generada por la columna de mercurio de 760 mm de alto. Por lo tanto, la presión atmosférica es generada por la columna de mercurio de 760 mm de alto.
Las unidades comúnmente utilizadas para expresar la presión de un gas son pascal, milímetros de mercurio (milímetros de mercurio), centímetros de mercurio (centímetros de mercurio) y la presión atmosférica estándar. Sus símbolos son pa, mmhg, cmhg y atm. .
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4. La relación entre la presión y el volumen del gas
Aquí la presión del gas mencionada no se refiere a la presión atmosférica, sino a la presión de una determinada masa de gas.
Debido a que la presión de un gas es causada esencialmente por la colisión de una gran cantidad de moléculas de gas que se mueven irregularmente con la pared del recipiente, cuando otras condiciones permanecen sin cambios, la disminución en el volumen del gas aumentará la presión entre las. moléculas de gas y la pared del recipiente. El número de colisiones aumenta la presión.
Cuando la temperatura se mantiene constante, cuanto menor es el volumen de una determinada masa de gas, mayor es la presión; cuanto mayor es el volumen, menor es la presión;
5. La relación entre el punto de ebullición y la presión atmosférica.
Los experimentos muestran que los puntos de ebullición de todos los líquidos disminuyen cuando la presión del aire disminuye y aumentan cuando la presión del aire aumenta. del mismo líquido no son fijos. Cabe destacar que el punto de ebullición del agua a presión atmosférica estándar es de 100°C.
Debido a que la presión del aire aumenta con la altitud, el punto de ebullición del agua disminuye con la altitud. Por ejemplo, el punto de ebullición del agua es de unos 105°C a una altitud de 1.000 metros y de unos 97°C a una altitud de 3 kilómetros. En la cima del Monte Everest, que se encuentra a 8.848 metros sobre el nivel del mar, es difícil que el agua hierva. Por lo tanto, para cocinar en alta montaña se debe utilizar una olla a presión sellada. La presión del aire en la olla puede ser superior a la presión atmosférica estándar, por lo que el punto de ebullición del agua puede ser superior a 65438.
6. Principio de funcionamiento de la bomba de pistón
La bomba de agua de pistón utiliza el movimiento del pistón para descargar aire, provocando una diferencia de presión entre el interior y el exterior, provocando que el agua suba. y ser bombeado bajo la acción de la presión del aire. Cuando se presiona el pistón, la válvula de entrada de agua se cierra y la válvula de escape se abre. Cuando el pistón sube, la válvula de escape se cierra y la válvula de entrada de agua se abre. Bajo la acción de la presión atmosférica externa, el agua sale de la tubería de entrada de agua a través de la válvula de entrada de agua y sale por la salida superior. Por lo tanto, el pistón oscila hacia arriba y hacia abajo en el cilindro, bombeando agua constantemente.
7. Principio de funcionamiento de la bomba de agua centrífuga
Antes de arrancar la bomba de agua, la carcasa de la bomba se llena con agua y el aire en la carcasa de la bomba se descarga para que la presión entre. el centro de la bomba es menor que la presión atmosférica exterior. Al arrancar, el motor impulsa el impulsor para que gire a alta velocidad, y el agua en la carcasa de la bomba también gira a alta velocidad con el impulsor y se arroja a la tubería de salida. En este momento, la presión cerca del impulsor disminuye y la presión atmosférica hace que el agua en la parte inferior empuje la válvula inferior. A lo largo de la carcasa de la bomba del tubo de entrada de agua, el impulsor arroja el agua entrante al tubo de salida. , y el ciclo se repite.
Tanto las bombas de pistón como las bombas centrífugas utilizan la presión atmosférica para bombear agua. Debido a que existen ciertas limitaciones en la presión atmosférica, también existen ciertas limitaciones en la altura de bombeo, que no supera los 10,3 m.
Presión atmosférica estándar
La presión atmosférica no solo cambia. con altura, pero tampoco está fijo en un solo lugar. La presión atmosférica de 1,01325×10 /5 (potencia) Pa suele denominarse presión atmosférica estándar. Equivale a la presión generada por 760 mm de mercurio.
El valor de la presión atmosférica estándar suele tomarse como 1,01×10/5 (potencia) Pa (101Pa) en los cálculos generales. También se puede tomar como 10/5 (potencia) Pa (65438). cálculo aproximado.
9. Presión atmosférica y altitud
Dentro de los 3.000 metros sobre el nivel del mar, por cada 10 metros de altitud, la presión del aire desciende 100 Pa, y por cada 12 metros de altitud, la presión del aire cae en 1 mm de mercurio.