2.3.1. Атмосферный воздух

Давление атмосферного воздуха

Давление воздуха на уровне моря, определяемое высотой столба ртути в барометре, составляет в среднем 760 мм рт. ст., или 760 Тор. Это так называемое атмосферное давление.

Атмосферное давление также можно рассматривать как гидростатическое давление, создаваемое массой воздуха, окружающего Землю и притягиваемого к ней гравитационными силами, или как давление, вызванное ударами хаотически движущихся частиц (термомолекулярные силы).

Устройство, подобное ртутному барометру (фиг. 2.4), состоящее из запаянной сверху барометрической трубки 1, резервуара 2 и крана 3, позволяет установить эквивалентность этих сил. При открытом кране 3 ртуть занимает в обоих коленах U-образной трубки такое положение, при котором столб ртути а'b' уравновешивает столб воздуха высотой от уровня а'а" до пределов атмосферы.

Здесь следует отметить, что над ртутью, в запаянном колене трубки, давление воздуха равно нулю, так как там образуется так называемая торричеллева пустота, т. е. пространство, где имеются только насыщенные пары ртути, давление которых зависит исключительно от температуры окружающей среды. Такое же давление паров ртути, уравновешивающее давление в правом колене, существует над ртутью в левом колене После закрытия крана 3 (т. е. когда давление столба воздуха начинает воздействовать на кран, а не на ртуть) равновесие ртути не нарушится, так как частицы газа, оставшиеся в левом колене, благодаря тепловому движению ударяются о поверхность ртути и создают давление, которое уравновешивается столбом ртути а'b' в сосуде 1 (т. е силой тяжести).

Таким образом, и гидростатический, и термомолекулярный подходы к определению давления приводят к одинаковым результатам.

Зависимость давления атмосферного воздуха от высоты

По мере подъема над поверхностью Земли концентрация атмосферного воздуха уменьшается. Зависимость концентрации nh от высоты h можно выразить при помощи барометрической формулы Больцмана

где n0 — концентрация воздуха при h=0, m0 — масса эквивалентной молекулы воздуха, g — ускорение силы тяжести, Т — температура. Аналогичную форму имеет зависимость давления от высоты р=f(h)1).

На фиг. 2.5 приведена зависимость атмосферного давления р от высоты к над уровнем моря. Последние исследования показали, что выше 100 км атмосферное давление явно зависит от времени суток, как это показано кривыми на фиг. 2.5.