大気圧：正常値、その測定方法、例 - 物理的 - 2025

大気圧は、地球上の雰囲気を構成するガスの重量によって引き起こされます。大気の質量は約5 x 10 ¹⁸ kgと推定され、すべての生物はこの質量が及ぼす圧力の影響を受けます。

それを最初に測定したのは、イタリアの科学者エヴァンジェリスタトリチェッリ（1608-1647）でした。彼は1644年に単純だが非常に独創的な実験を行った。彼は一端が閉じたガラス管を完全に水銀で満たし、それを反転させ、水銀を含む容器に注いだ。

図1.大気圧を測定するアネロイド気圧計。水銀気圧計とは異なり、液体は含まれていません。出典：ウィキメディア・コモンズ。

Torricelliは、管が完全に空になったのではなく、高さが76 cmまで水銀で満たされていたことに気付きました。驚いたことに、彼は異なる形状のチューブを使って多くのテストを行い、常に同じ結果を得ました。

このようにして、Torricelliは大気圧がチューブ内の水銀柱を上昇させ、760 mmの高さに維持することに気付きました。このようにして、大気圧の平均値が確立されます。

圧力は単位面積あたりの力として定義されるため、国際システムでの大気圧の単位はニュートン/メートルまたはパスカルであり、これはPaと省略されます。したがって、このシステムでは、大気圧P _atmの値は：

これは、0℃と海抜での大気圧の通常の値です。

海面の気圧とその他の変動

理論的には、気圧の最大値は海抜です。このレベルには非常に大きなばらつきがありますが、専門家はその価値を判断するのに役立つ参照システムを設定する必要があります。

地球上の特定の場所の気圧の値に影響を与える主な要因は次のとおりです。

-高度：10メートルの高さごとに、圧力はHgから1 mm減少します。しかし、大気を構成するガスの密度が一定ではないことも起こります。原則として、高度が上がると空気の密度は下がります。

図2.高度計。気圧の変化に基づいて海抜を測定する装置。出典：Pixabay。

- 温度：明らかに温度が高くなると密度が低下し、空気の重さが軽くなるため、圧力値が低下します。

- 緯度：地球は完全な球体ではないため、赤道緯度では気圧が低くなります。赤道の海岸は、極よりも地球の中心から遠く、空気の密度も低くなっています。

- 大陸性：大陸の内部に向かって移動するほど、大気圧が高くなりますが、沿岸の場所では、圧力は低くなります。

高さによる大気圧の変化

場所の大気圧Pと海抜zの高さを関連付ける高度方程式は、次の形式になります。

ここで、P _oは最初の高さまたは基準高さでの既存の圧力であり、通常は海面で取得されます。ρ _または海面での空気の密度、gは重力加速度の値です。解決済みの演習セクションの後半には、段階的な演繹があります。

大気圧はどのように測定されますか？

大気圧は気圧計で測定されます。最も単純なのは、水銀に基づいて構築されたTorricelliのようなものです。気候要因が原因である場合を除き、管の傾斜または直径は水銀柱の高さを変更しません。

たとえば、低気圧の地域では雲が形成されます。したがって、気圧計の測定値が下がると、悪天候が近づいていることを示しています。

実際には、水銀の代わりに他の液体を使用することもできます。たとえば、水圧計を作成できます。問題は、カラムのサイズが10.33 mであり、輸送するのが非常に実用的でないことです。

圧力を機械的に測定する機器（チューブまたはスパイラルの変形による）もあります。アネロイド気圧計と圧力計です。2点間の圧力差を測定したり、大気圧を基準とした圧力を測定したりできます。

圧力の単位

通常の圧力値は、新しい圧力単位を定義するために使用されます：大気、略称atm。大気圧は1 atmです。このようにして、他の圧力を大気圧で表すことができます。これは、すべての人にとって非常によく知られた値です。

次の表は、科学と工学で圧力を測定するために最もよく使用される単位と、パスカル単位での対応するものを示しています。

単位	パスカルの同等性
N / m 2	1
atm	101,355
mm Hg	133.3
lb / in 2	6894.76
パブ	1x 10 5

静水圧、絶対圧、ゲージ圧

静的平衡状態で大気に開放されている液体の自由表面には、大気圧が作用します。しかし、もちろん液体の内部のポイントでは、流体カラムの重量が作用します。

カラムの重量は、その高さと液体の密度に依存します。これは、温度と同様に一定であると仮定します。この場合、圧力Pは次のとおりです。

これは、一定の密度を持つ流体内の任意の点での静水圧であり、流体の深さzに正比例します。

静止流体の絶対圧力P _absに関して、それは大気圧P _atmと静水圧Pの合計として定義されます。

最後に、静止流体のゲージ圧P _manは、絶対圧力と大気圧の差であり、この場合は静水圧を測定することと同じです。

例

大気が体に及ぼす力

大気が人体に及ぼす全力の大きさを推定できます。ボディの表面積が約2 m ²であると仮定します。圧力は単位面積あたりの力として定義されるため、力を計算して計算できます。

この計算では、最初に設定された通常の気圧の値を使用します。

この結果はおよそ20トンの力に相当しますが、海の魚のようにこれに順応している地球の表面に生息する生物にとっては問題ではありません。

かなり大きな力ですが。どうしてそれより前に崩壊しないのですか？

まあ、体内の圧力は外の圧力と同じです。内向きの力は別の外向きの力と釣り合っているので、私たちは崩壊しません。しかし、一部の人々は高度の影響を受け、非常に高い山に登るときに鼻から出血する可能性があります。血圧と大気圧のバランスが崩れているからです。

ストローまたはストローで飲み物を飲む

大気圧はストローまたはストローでソーダを飲むことを可能にします。シュメール人や他の古代文化は、中空の植物の茎や葦をストローとして使用してビールを飲むことができることを発見しました。

はるか後の19世紀後半から20世紀初頭にかけて、米国でさまざまなストローのモデルが特許を取得しました。これには、今日広く使用されているアコーディオン型の肘を備えたものも含まれます。

図3.大気圧により、ストローで飲むことができます。出典：Pixabay。

ストローを通して液体が吸収されると、ストロー内の液体の上の圧力が低下し、これにより、下の圧力（高い方）が液体を上向きに押し上げて飲みやすくなります。

そのため、抜歯や歯科手術後は、圧力を下げると創傷が開いて出血し始める可能性があるため、この方法で液体を飲むことはお勧めできません。

演習

-演習1

高度方程式P（z）を導出します。

-Poは基準レベル（海面）での圧力

-zは高さです

-ρ _oは海面での流体の密度であります

-gは重力加速度の値です

解決

まず、dpを差圧とします。これは、静力学の基本方程式によれば、次のように表されます。

マイナス記号は、zの増加に伴って圧力が減少することを考慮しています。空気も理想的なガスであると想定されるため、圧力と密度は次のように関連します。

密度は、以下を取得するために直ちに置換されます。

さて、このように圧力を書くことは、大気が高さdzの層に分割されていることを前提としています。このようにして、変数pと変数zを分離することにより解かれる微分方程式が得られます。

次に、両側で統合されます。これは、各層によって加えられた圧力の寄与を追加することと同じです。左側の積分では、圧力P _または初期圧力から最終圧力Pで作成されます。同様に、右側の積分はz _oからz まで評価されます。

以下は、指数関数を使用してPを解くことです。

最後に、場合TおよびGの両方が一定、ρ保たれ_、O =（M / RT）Pと_Oを、次にM / RT =ρ、_O / Pの_O、我々はまた、Z作ることができる_oは = 0は一緒にすべてを置きます。

-演習2

海抜3640 mにあるボリビアのラパスの気圧の値はどれくらいですか？平均空気密度を海抜で1,225 kg / m ^3とします。

解決

高度計の方程式で与えられた数値を単に置き換えます：

結論として、それは通常の圧力の約66％です。

参考文献

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