Áp suất khí quyển

Áp suất khí quyển, hay còn gọi là áp suất không khí, là mức áp lực trong bầu khí quyển của Trái Đất (hoặc của các hành tinh hay ngôi sao khác) trên một đơn vị diện tích. Trong nhiều trường hợp, áp suất khí quyển gần giống với áp suất thủy tĩnh do trọng lượng của không khí ở trên điểm đo. Khi độ cao tăng lên, khối lượng khí quyển giảm, dẫn đến áp suất khí quyển cũng giảm theo độ cao. Áp lực được đo bằng lực trên một đơn vị diện tích, với đơn vị SI là Pascal (1 pascal = 1 newton trên một mét vuông, 1 N/m²). Trung bình, một cột không khí có diện tích 1 cm², tính từ mực nước biển trung bình đến đỉnh bầu khí quyển Trái Đất, nặng khoảng 1,03 kg và có trọng lượng khoảng 10,1 newton hoặc 2,37 lbf, tương ứng với áp suất ở mực nước biển khoảng 10,1 N/cm² hoặc 101 kN/m² (101 kilopascals, kPa). Một cột không khí có diện tích 1 in (6,45 cm²) nặng khoảng 6,65 kg và trọng lượng khoảng 65,4 N hoặc 14,7 lbf, tạo ra áp suất 10,1 N/cm² hoặc 14,7 lbf/in. Tại Hoa Kỳ, áp suất khí quyển gần mực nước biển thường được làm tròn thành 15 lbf/in, được thể hiện là '15 psi'.

Cơ chế

Áp suất không khí được hình thành nhờ lực hấp dẫn của hành tinh đối với các khí quyển tại bề mặt, phụ thuộc vào khối lượng của hành tinh, bán kính bề mặt, lượng khí và sự phân bố của nó theo chiều dọc trong khí quyển. Áp suất này có thể biến đổi do sự xoay vòng của hành tinh và các yếu tố địa phương như tốc độ gió, mật độ không khí thay đổi theo nhiệt độ và sự thay đổi thành phần.

Bầu khí quy chuẩn

Bầu khí quyển tiêu chuẩn (atm) là đơn vị đo áp suất tương đương với 101325 Pa (Pascal) (1,01325 bar), tương đương với 760 mmHg (torr), 1 at, 29,92 inch Hg và 14,696 psi.

Áp suất nước biển trung bình

Áp suất trung bình trong khoảng thời gian 15 năm cho các tháng 6, 7 và 8 (trên cùng) và các tháng 12, 1 và 2 (dưới). Được phân tích lại bởi ERA-15.

Máy đo độ cao áp barometric kiểu Kollsman (sử dụng phổ biến ở Bắc Mỹ) có khả năng đo độ cao lên tới 80 ft (24 m).

Áp suất nước biển trung bình (MSLP) là mức áp suất khí quyển tính ở mực nước biển. Đây là loại áp suất khí quyển thường được đưa ra trong các bản tin thời tiết trên đài phát thanh, truyền hình, báo chí hoặc trên Internet. Khi áp suất trong các tòa nhà được điều chỉnh theo các báo cáo thời tiết địa phương, áp suất đo được được điều chỉnh về mức mực nước biển, không phải là áp lực thực tế của khí quyển tại điểm đo.

Trong ngành hàng không, việc điều chỉnh áp suất không khí để thiết lập độ cao áp suất là một bước quan trọng.

Áp suất biển trung bình là 1013,25 mbar (101,325 kPa, 29,921 inHg, 760,00 mmHg). Trong báo cáo thời tiết hàng không (METAR), QNH thường được truyền đi bằng millibars hoặc hectopascal (1 hectapascal = 1 millibar) trên toàn thế giới, trừ Hoa Kỳ, Canada và Colombia, nơi áp suất được báo cáo bằng inch của thủy ngân (với hai chữ số thập phân). Hoa Kỳ và Canada cũng báo cáo áp suất nước biển (SLP), được điều chỉnh về mực nước biển bằng một phương pháp khác, trong phần nhận xét và không thuộc báo cáo quốc tế, theo hectopascals hoặc millibars. Tuy nhiên, trong báo cáo thời tiết công khai của Canada, áp suất nước biển thường được báo cáo bằng kilopascals.

Trong các báo cáo thời tiết của Hoa Kỳ, áp suất biển được truyền dưới dạng ba chữ số; các điểm thập phân và một hoặc hai chữ số quan trọng nhất bị lược bỏ: 1013,2 mbar (101,32 kPa) được truyền là 132; 1000,0 mbar (100,00 kPa) được truyền là 000; 998,7 mbar được truyền là 987; vv. Áp suất biển cao nhất trên Trái Đất thường xuất hiện ở Siberia, nơi mà áp suất có thể đạt trên 1050 mbar (105 kPa, 31 inHg), với mức cao kỷ lục gần 1085 mbar (108,5 kPa, 32,0 inHg). Áp suất biển thấp nhất được đo tại trung tâm của các cơn lốc xoáy nhiệt đới và lốc xoáy, với mức thấp kỷ lục là 870 mbar (87 kPa, 26 inHg).

Biến thể áp suất ở từng khu vực cụ thể.

Bão Wilma vào ngày 19 tháng 10 năm 2005 ghi nhận áp suất 882 hPa (12,79 psi) tại mắt bão.

Áp suất khí quyển trên Trái Đất thay đổi đáng kể và những biến động này có vai trò quan trọng trong nghiên cứu thời tiết và khí hậu. Hệ thống áp lực có thể ảnh hưởng đến sự thay đổi áp suất không khí trong điều kiện thời tiết.

Áp suất khí quyển phản ánh chu trình ngày đêm hoặc bán chu kỳ (hai lần mỗi ngày) do thủy triều trong bầu khí quyển toàn cầu. Hiệu ứng này mạnh mẽ nhất ở các vùng nhiệt đới với biến động vài milibars và gần như không thấy ở các vùng cực. Các biến thể này có hai chu kỳ chồng lên nhau: chu kỳ tuần hoàn (24 giờ) và chu kỳ bán thuần (12 giờ).

Ghi chú

Áp suất khí quyển cao nhất được ghi nhận trên Trái Đất (trên độ cao 750 mét) là 1085,7 hPa (32,06 inHg), đo được tại Tosontsengel, Mông Cổ vào ngày 19 tháng 12 năm 2002.

Áp suất barometric cao nhất ở độ cao 750 mét tại Agata, Evenk Okrug tự trị, Nga (66 ° 53'N, 93 ° 28'E, độ cao: 261 m, 856 ft) vào ngày 31 tháng 12 năm 2008 là 1008,88 hPa (32,005 inHg). Sự không chính xác được cho là do những giả định sai lầm liên quan đến việc điều chỉnh áp suất về mực nước biển từ độ cao.

Biển Chết, điểm thấp nhất trên Trái Đất với độ sâu 430 m (1.410 ft) dưới mực nước biển, có áp suất không khí điển hình là 1065 hPa.

Áp suất không khí thấp nhất được ghi nhận là 870 hPa (0,858 atm, 25,69 inHg), được thiết lập vào ngày 12 tháng 10 năm 1979 trong cơn bão Typhoon Point ở Thái Bình Dương. Đo lường này được thực hiện từ một máy bay trinh sát.

Áp suất theo độ sâu nước

Áp suất của một bầu khí quyển (101,325 kPa hoặc 14,7 psi) tương đương với trọng lượng của một cột nước ngọt cao khoảng 10,3 m (33,8 ft). Vì vậy, một thợ lặn ở độ sâu 10,3 m sẽ trải nghiệm áp suất khoảng 2 bầu khí quyển (1 atm không khí cộng với 1 atm nước). Ngược lại, 10,3 m là chiều cao tối đa mà nước có thể được nâng lên bằng cách sử dụng lực hút trong các điều kiện khí quyển tiêu chuẩn.

Áp suất thấp, như trong các đường ống dẫn khí tự nhiên, đôi khi được đo bằng inch nước, thường được viết là w.c. (cột nước) hoặc w.g. (inch đo nước). Một thiết bị gia dụng sử dụng khí ở Mỹ thường có áp suất tối đa là 14 w.c, tương đương khoảng 35 hPa. Các đơn vị đo lường tương tự dựa trên milimet, cm hoặc mét hiện nay ít được sử dụng hơn.

Điểm sôi của nước

Nước tinh khiết sôi ở nhiệt độ 100°C (212°F) khi ở áp suất khí quyển tiêu chuẩn của Trái Đất. Điểm sôi của nước là nhiệt độ tại đó áp suất hơi của nước bằng với áp suất khí quyển xung quanh. Vì vậy, điểm sôi của nước sẽ giảm khi áp suất thấp hơn và tăng khi áp suất cao hơn. Việc nấu ăn ở độ cao lớn hơn đòi hỏi phải điều chỉnh công thức nấu ăn. Vào giữa thế kỷ 19, các nhà thám hiểm đã sử dụng phương pháp đo nhiệt độ nước sôi để ước tính độ cao.

Đo lường và bản đồ

Một ứng dụng quan trọng của việc hiểu rằng áp suất khí quyển thay đổi theo độ cao là khả năng xác định độ cao của các ngọn núi bằng các thiết bị đo áp suất chính xác. Vào năm 1774, Maskelyne đã xác nhận lý thuyết về lực hấp dẫn của Newton trên Schiehallion ở Scotland và sử dụng phương pháp đo chính xác để chứng minh ảnh hưởng của trọng lực và đo độ cao chính xác. William Roy đã áp dụng phương pháp đo áp suất barometric để xác định chiều cao, đạt được độ chính xác trong phạm vi một mét (3,28 feet). Phương pháp này trở nên rất hữu ích trong khảo sát và lập bản đồ, cho thấy ứng dụng thực tế của khoa học.