4. Атмосфера қысымы.Атмосфера статистикасының негізгі теңдеуі
Кез-келген газдың өзiн қоршап тұрған қабырғаға қысым түсiретiнi белгiлi. Атмосфера газдар қоспасынан тұратындықтан оның кез-келген нүктесiнде белгiлi мөлшерде ауа қысымы болады. Ал бүкiл атмосфера қабаты жер бетiне және ондағы заттарға өзiнiң салмағымен қысым түсiредi. Сонымен атмосфера қысымы деп жер бетiнен атмосфераның жоғарғы шекарасына дейiнгi бiрлiк (1см2) ауданды ауа бағанының жерге салмағымен түсiретiн қысымын айтады, яғни атмосфераның бiрлiк беткейге түсiретiн қысым күшi. Жер бетiнен биiктеген сайын ауа қысымы да азаяды. Кез келген ғимараттың iшi мен сыртында бiр деңгейде ауа қысымы бiрдей болады. Себебi ғимарат пен даланың арасында әрқашанда ауа қатынасы болып тұрады.
Қысымның өлшем бірліктері: гПа, мбар,мм.сн.бағ;
1 гПа= 1 мбар= 0.75 мм.сн.бағ;
1 мм.сн.бағ= 1.33 гПа= 1.33 мбар.
СИ жүйесiнде қысым паскальмен (Па) өлшенедi. Бiр паскаль – 1м2 ауданға түсетiн 1 ньютон күш қысымына тең (1Па=1Н/м2). Метеорологияда бұрын ауа қысымының өлшем бiрлiгi ретiнде миллиметр сынап бағаны (мм. сн. бағ.), кейiнiрек миллибар (мбар) қолданылған, ал қазiргi кезде гектопаскаль (гПа) қолданылады.
Теңіз
деңгейінде стандартты атмосфера қысымы
температура 0
-
та 1013,25 гПа (760
мм.сн.бағ
) болады. Метеорологиялық есептеулерде
теңіз деңгейіндегі стандартты қысым
1000 гПа деп алынады.
Ал атмосфера қысымын өлшеу үшін метеорологияда негізгі төрт түрлі құралды қолданады:
Гидростатика заңдары негізінде жұмыс істейтін сұйықтық барометрлер.
Қатты денелердің серпімділік қасиетін қолданып жасалған барграфтар мен анероидтар.
Газдардың серпімділік күші қолданылатын газды барометрлер.
Сұйық заттардың қайнау температурасының сыртқы ауа қысымына бағыныштылығы қолданылатын құрал гипсотермометр.
Статиканың негізгі теңдеуі. Атмосфера жер бетімен салыстырғанда тыныштықта тұр делік, яғни ол горизонтальді және вертикальді бағытта қозғалмай тұр. Атмосфераның бұндай күйін статикалық күй деп атайды. Бұндай тыныштықта тұрған ауада қысымның биіктік бойынша қандай заңмен өзгеретінін қарастырайық.
Еогер
табан ауданы
,
биіктігі dz жіңішке ауа бағанын(Q) алсақ,
оның төменгі деңгейіне түсетін қысым
pболғанда, оның жоғары деңгейіне түсетін
қысым p+dp болады. Ол ауа бағаны қозғалмай
тыныштықта тұрғандықтан оның екі
бүйіріне түсетін қысымдар бір-бірін
теңейді. Сондықтан алынған ауа бағанының
қысымы төменгі және жоғарғы деңгейлер
қысымдарының айырмашылығына тең
болады(dp).
Берілген ауа бағанының төмен бағытталған ауырлық күші бар. Ал ауа бағанының салмағы, оның тығыздығын табан ауданы мен биіктігіне көбейткенге тең болады F=g r ρ dz.
Берілген ауа бағаны вертикальді бағытта да қозғалмай тыныштықта тұрғандықтан, салмағы болса да ол бір деңгейде қалқып тұрады. Яғни, жоғары бағытталған қысым(p+ dp) мен ауырлық күшін (F) теңеп тұр:
p= F+ (p+ dp) → p- F-p-dp=0 → -F-dp=0
Енді ауырлық күшін ашып жазсақ(мәндерін қойсақ)
Статиканың негізгі теңдеуі шығады:
-g ρ dz – dp =0 немесе -dp=g ρ dz
Мұнда:
g- еркін түсу үдеуі (м/сек
)
ρ
- Ауаның тығыздығы (г/см
)
dz- биіктік(м)