Atmòsfera (unitat)

Experiència i barómetro de Torricelli

l'unitat de pressió denominada atmòsfera equival a la pressió que eixercix l'atmòsfera terrestre al nivell de l'mar. S'ha utilisat per a medir pressions elevades com, per eixemple, la dels gasos comprimits. Esta unitat no pertany al Sistema Internacional d'Unitats i no té símbol reconegut, pero sol abreviar-se com atm.

En la X Conferència General de Peses i Mides de 1954 va ser definida com a igual a 1 013 250 dinas per cm² (és dir 101 325 Pa). Correspon a la pressió d'una columna de mercuri de 760 mm d'altura a 0 °C, baix l'acceleració de la gravetat normal (9,80665 m/s²).

La atmòsfera tècnica (símbol at) també és una mida antiga de pressió, definida com la pressió eixercida per una columna d'aigua de 10 metros d'altura: 1 at = 98 066,5 Pa (valor exacte).

Història

L'atmòsfera estàndar es va definir originalment com la pressió eixercida per una columna de 760 mm de mercuri en i gravetat estàndar (g_n = 9.80665 m/s2). Es va utilisar com a condició de referència per a la física i la química. propietats, i estava implícit en la definició de l'escala de temperatura Celsius, que definia 100 °C com el punt d'ebullició de l'aigua a esta pressió. En 1954, la dècima Conferència General de Peses i Mides (CGPM) va adoptar la "atmòsfera estàndar" per a us general i va afirmar que la seua definició és exactament igual a 1013250 dinas. per centímetro quadrat (101325 Pa). Açò definix la pressió d'una manera que és independent de les propietats de qualsevol substància en particular. Ademés, la CGPM va senyalar que hi havia hagut un malentés de que la definició anterior (de la 9ª CGPM) "duya a alguns físics a creure que esta definició d'atmòsfera estàndar era vàlida només per a treballs precisos en termometria".

En química i en vàries indústries, la pressió que es pren de referència en condiciones normals era comunament abans de 1982, pero les normes han divergit des de llavors; en 1982, l'Unió Internacional de Química Pura i Aplicada va recomanar que, a efectes d'especificar les propietats físiques de les substàncies, la pressió estàndar fora precisament .

Fonament

La massa d'aire que envol a la Terra, l'atmòsfera, constituïx l'eixemple més interessant de distribució de pressió d'un decorregut compresible. El pes de l'aire que forma l'atmòsfera origina la cridada pressió atmosfèrica. La pressió atmosfèrica en un punt és numèricament igual al pes d'una columna d'aire d'àrea de secció recta unitària que s'estén des d'eixe punt fins al llímit superior de l'atmòsfera. Com la densitat de l'aire atmosfèric va disminuint en aumentar l'altura, no resulta fàcil fer un càlcul exacte de la pressió atmosfèrica sobre la superfície terrestre, pero, en canvi, resulta fàcil medir-la.

En 1643, Evangeliste Torricelli (1608-47) va idear un método per a medir la pressió atmosfèrica i va construir el primer barómetro de mercuri. Dit barómetro consistix, en essència, en un tubo de vidre, d'un metro de llongitut, tancat per un dels seus extrems, que s'ompli completament de mercuri. Evitant que s'aboque el mercuri (tapant l'extrem obert), s'invertix el tubo i s'introduïx el seu extrem obert en una cubeta que conté mercuri, situant el tubo en posició vertical, com s'ilustra en la figura. Torricelli va fer esta experiència i va observar que el nivell del mercuri descendia dins del tubo fins que quedava una columna (columna baromètrica) d'uns 760 mm d'altura sobre el nivell del mercuri en la cubeta.

La diferència de nivells (h) del mercuri en el tubo i en la cubeta permet calcular la pressió atmosfèrica. L'espai que es forma sobre la columna de mercuri (cambra baromètrica) solament conté vapor de mercuri, la pressió del qual podem despreciar per ser molt chicoteta a les temperaturas ordinàries. Efectivament, la pressió que eixercix l'atmòsfera sobre la superfície del mercuri de la cubeta equilibra la pressió de la columna de mercuri, després, igualant abdós pressions, s'obté la pressió atmosfèrica p_a donada per:

$p_{\text{a}}=\rho gh$

a on ρ és la densitat del mercuri a la temperatura corresponent a la realisació de l'experiència. Aixina, afegint una escala graduada que permeta medir la llongitut de la columna baromètrica (i un termómetro d'ambient) es construïx un barómetro de Torricelli.