De Torricelli's experiment Het werd uitgevoerd door de Italiaanse natuurkundige en wiskundige Evangelista Torricelli in 1644 en resulteerde in de eerste meting van atmosferische druk.
Dit experiment is ontstaan vanuit de behoefte om de watervoorziening in steden te verbeteren. Evangelista Torricelli (1608-1647), een hofwiskundige van de groothertog van Toscane Ferdinand II, had samen met Galileo hydraulische verschijnselen bestudeerd.
Artikel index
In 1644 deed Torricelli het volgende experiment:
- Hij bracht kwik in een buis van 1 m lang, aan het ene uiteinde open en aan het andere gesloten..
- Toen de buis helemaal vol was, keerde hij hem om en gooide hem in een container die ook kwik bevatte..
- Torricelli merkte op dat de kolom daalde en stopte op een hoogte van ongeveer 76 cm.
- Hij realiseerde zich ook dat er een vacuüm was gecreëerd in de ruimte die vrij was, hoewel niet perfect..
Torricelli herhaalde het experiment met verschillende buisjes. Hij maakte zelfs een kleine variatie: hij voegde water toe aan de emmer, die, omdat hij lichter was, op het kwik dreef. Daarna hief hij langzaam de buis met kwik naar de oppervlakte van het water..
Toen ging het kwik naar beneden en het water ging omhoog. Het verkregen vacuüm was, zoals we al zeiden, niet perfect, omdat er altijd restanten van kwikdamp of water waren.
De atmosfeer is een mengsel van gassen waarin stikstof en zuurstof de boventoon voeren, met sporen van andere gassen zoals argon, kooldioxide, waterstof, methaan, koolmonoxide, waterdamp en ozon..
De zwaartekracht die door de aarde wordt uitgeoefend, is verantwoordelijk voor het behoud van de hele planeet rond de planeet.
De samenstelling is natuurlijk niet uniform, noch de dichtheid, aangezien deze afhangt van de temperatuur. Nabij het oppervlak is er een goede hoeveelheid stof, zand en verontreinigende stoffen door natuurlijke gebeurtenissen en ook door menselijke activiteit. De zwaarste moleculen staan dichter bij de grond.
Omdat er zoveel variabiliteit is, is het noodzakelijk om een referentiehoogte te kiezen voor atmosferische druk, die gemakshalve als zeeniveau is genomen.
Hier is het niet zomaar een zeeniveau, want dat vertoont ook schommelingen. Het niveau o datum een geodetisch referentiesysteem wordt gekozen met behulp van gemeenschappelijke overeenstemming tussen de experts.
Hoeveel is de atmosferische druk nabij de grond waard? Torricelli vond zijn waarde toen hij de hoogte van de kolom mat: 760 mm kwik.
Aan de bovenzijde van de buis is de druk 0, aangezien daar een vacuüm is ontstaan. Ondertussen op het oppervlak van het kwikvat de druk P.1 is de atmosferische druk.
Laten we de oorsprong van het referentieframe kiezen op het vrije oppervlak van het kwik, bovenaan de buis. Van daaruit tot het oppervlak van het kwik in de container wordt gemeten H., de hoogte van de kolom.
De druk op het rood gemarkeerde punt, op de diepte en1 het is:
P.1 = P.of + ρHg . g.y1
Waar ρHg is de dichtheid van kwik. Sinds Y1 = H Y Po = 0
P.1 = ρHg . g.H.
H = P1/ ρHg.g
Omdat de dichtheid van kwik constant is en de zwaartekracht constant, blijkt dat de hoogte van de kwikkolom evenredig is met P.1, dat is atmosferische druk. Bekende waarden vervangen:
H = 760 mm = 760 x 10 -3 m
g = 9,8 m / stwee
ρHg = 13,6 g / cc = 13,6 x 10 3 kg / m3
P.1 = 13,6 x 10 3 kg / m3 x 9,8 m / stwee x 760 x 10 -3 m = 101,293 N / mtwee= 101,3 kN / mtwee
De eenheid voor druk in het internationale systeem is de pascal, afgekort Pa. Volgens het experiment van Torricelli is de atmosferische druk 101,3 kPa.
Torricelli merkte op dat het kwikniveau in de buis elke dag kleine variaties onderging, dus hij concludeerde dat de atmosferische druk ook moet veranderen..
Atmosferische druk is verantwoordelijk voor een groot deel van het klimaat, maar de dagelijkse variaties blijven onopgemerkt. Het is omdat ze niet zo opvallen als bijvoorbeeld stormen of kou.
Deze variaties in atmosferische druk zijn echter verantwoordelijk voor de winden, die op hun beurt de regenval, temperatuur en relatieve vochtigheid beïnvloeden. Wanneer de grond opwarmt, zet de lucht uit en heeft deze de neiging te stijgen, waardoor de druk afneemt.
Telkens wanneer de barometer hoge drukken aangeeft, kan goed weer worden verwacht, terwijl bij lage drukken kans op stormen bestaat. Om nauwkeurige voorspellingen van het klimaat te kunnen doen, is het echter nodig om meer informatie te hebben over andere factoren..
Hoewel het vreemd klinkt, aangezien druk wordt gedefinieerd als kracht per oppervlakte-eenheid, is het in de meteorologie geldig om de atmosferische druk uit te drukken in millimeters kwik, zoals vastgesteld door Torricelli.
Het is omdat de kwikbarometer vandaag de dag nog steeds wordt gebruikt met weinig variatie sinds die tijd, zodat ter ere van Torricelli 760 mm Hg gelijk is aan 1 torr. Met andere woorden:
1 torr = 760 mm Hg = 30 inch Hg = 1 atmosfeer druk = 101,3 kPa
Als Torricelli water had gebruikt in plaats van kwik, zou de hoogte van de kolom 10,3 m zijn. De kwikbarometer is praktischer omdat hij compacter is.
Andere veelgebruikte eenheden zijn staven en millibar. Een millibar is gelijk aan een hectopascal of 10twee pascals.
Een hoogtemeter is een instrument dat de hoogte van een plaats aangeeft door de atmosferische druk op die hoogte te vergelijken met die op de grond of een andere referentieplaats..
Als de hoogte niet erg groot is, kunnen we in principe aannemen dat de dichtheid van de lucht constant blijft. Maar dit is een benadering, aangezien we weten dat de dichtheid van de atmosfeer afneemt met de hoogte.
Met behulp van de bovenstaande vergelijking wordt de dichtheid van lucht gebruikt in plaats van die van kwik:
P.1 = P.of + ρlucht . g.H
In deze uitdrukking P.of wordt genomen als de atmosferische druk op grondniveau en P1 is die van de plaats waarvan de hoogte moet worden bepaald:
H = (P.1 - P.of) / ρlucht . g
De altimetrische vergelijking laat zien dat de druk exponentieel afneemt met de hoogte: for H = 0, P1= P.of wat nou als H → ∞, dan P.10.
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.