Понятие атмосферное давление. Норма атмосферного давления для человека

История

Изменчивость и влияние на погоду

На земной поверхности атмосферное давление изменяется время от времени и от места к месту. Особенно важны определяющие погоду непериодические изменения атмосферного давления, связанные с возникновением, развитием и разрушением медленно движущихся областей высокого давления (антициклонов) и относительно быстро перемещающихся огромных вихрей (циклонов), в которых господствует пониженное давление. Отмечены колебания атмосферного давления на уровне моря в пределах 641 - 816 мм рт. ст. (внутри смерча давление падает и может достигать значения 560 мм ртутного столба) .

В стационарных условиях атмосферное давление уменьшается по мере увеличения высоты, поскольку оно создаётся лишь вышележащим слоем атмосферы. Зависимость давления от высоты описывается барометрической формулой .

Атмосферное давление - очень изменчивый метеоэлемент. Из его определения следует, что оно зависит от высоты соответствующего столба воздуха, его плотности, от ускорения силы тяжести, которая меняется от широты места и высоты над уровнем моря.

Стандартное давление

В химии стандартным атмосферным давлением с 1982 года по рекомендации IUPAC считается давление, равное 100 кПа . Атмосферное давление является одной из наиболее существенных характеристик состояния атмосферы. В покоящейся атмосфере давление в любой точке равно весу вышележащего столба воздуха с единичным сечением.

Уравнение статики выражает закон изменения давления с высотой:

где: p {\displaystyle p} - давление, g {\displaystyle g} - ускорение свободного падения, ρ {\displaystyle \rho } - плотность воздуха, - толщина слоя. Из основного уравнения статики следует, что при увеличении высоты ( Δ z > 0 {\displaystyle \Delta z>0} ) изменение давления отрицательное, то есть давление уменьшается. Строго говоря, основное уравнение статики справедливо только для очень тонкого (бесконечно тонкого) слоя воздуха Δ z {\displaystyle \Delta z} . Однако на практике оно применимо, когда изменение высоты достаточно мало по отношению к приблизительной толщине атмосферы.

Барическая ступень

Высота, на которую надо подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1 гПа (гектопаскаль) , называется «барической (барометрической) ступенью». Барической ступенью удобно пользоваться при решении задач, не требующих высокой точности, например, для оценки давления по известной разности высот. Считая, что атмосфера не испытывает существенного вертикального ускорения (то есть находится в квазистатическом состоянии), из основного закона статики получаем, что барическая ступень h {\displaystyle h} равна:

При температуре воздуха 0 °C и давлении 1000 гПа, барическая ступень равна 8 /гПа. Следовательно, чтобы давление уменьшилось на 1 гПа, нужно подняться на 8 метров.

С ростом температуры и увеличением высоты над уровнем моря она возрастает (в частности, на 0,4 % на каждый градус нагревания), то есть она прямо пропорциональна температуре и обратно пропорциональна давлению. Величина, обратная барической ступени, - вертикальный барический градиент , то есть изменение давления при поднятии или опускании на 100 метров. При температуре 0 °C и давлении 1000 гПа он равен 12,5 гПа .

Приведение к уровню моря

Многие метеостанции рассылают так называемые «синоптические телеграммы», в которых указывается давление, приведённое к уровню моря (см. КН-01 , METAR). Это делается для того, чтобы давление было сравнимо на станциях, расположенных на разных высотах, а также для нужд авиации. Приведённое давление используется также и на синоптических картах.

При приведении давления к уровню моря используют сокращенную формулу Лапласа:

То есть, зная давление и температуру на уровне z 2 {\displaystyle z_{2}} , можно найти давление p 1 {\displaystyle p_{1}} на уровне моря z 1 = 0 {\displaystyle z_{1}=0} .

Вычисление давления на высоте h {\displaystyle h} по давлению на уровне моря и температуре воздуха T {\displaystyle T} :

где P 0 {\displaystyle P_{0}} - давление Па на уровне моря [Па];
M {\displaystyle M} - молярная масса сухого воздуха, M = 0,029 кг/моль;
g {\displaystyle g} - ускорение свободного падения , g = 9,81 м/с²;
R {\displaystyle R} - универсальная газовая постоянная , R = 8,31 Дж/моль·К;
T {\displaystyle T} - абсолютная температура воздуха, , T = t + 273 , 15 {\displaystyle T=t+273,15} , где t {\displaystyle t} - температура Цельсия, выражаемая в градусах Цельсия (обозначение: °C);
h {\displaystyle h} - высота, м.

На небольших высотах каждые 12 м подъёма уменьшают атмосферное давление на 1 мм рт. ст. На больших высотах эта закономерность нарушается .

Более простые расчёты (без учёта температуры) дают:

где h {\displaystyle h} - высота в километрах.

Про атмосферное давление упоминают даже в прогнозах погоды, но какова его природа? От чего зависит низкое и высокое атмосферное давление? Как его изменение отражается на здоровье человека?

Что это такое?

Ещё в 1638 году люди плохо представляли, что такое явление, вообще, существует, пока Герцог Тосканский не решил украсить Флоренцию фонтанами на большой высоте. Его попытка с треском провались, так как выше десяти метров вода не поднималась. Тогда и наступило время первых опытов в этой области.

С развитием науки стало ясно, что давление является физической величиной, которая сообщает о количестве силы, перпендикулярно примененной к единице площади какой-либо поверхности. Атмосфера - не исключение. На нашу планету она давит при помощи воздуха, который присутствует повсеместно.

Масса окружающего нас воздуха в миллионы раз меньше земной, но этого вполне достаточно, чтобы все предметы и существа испытывали на себе его влияние. Ежедневно на нас давит около пятнадцати тонн воздуха, однако мы не можем этого почувствовать, ведь внутреннее давление человеческого тела такое же, как и атмосферное.

Низкое и высокое атмосферное давление

Как и любую физическую величину, давление можно измерить. В Международной системе единиц для этого используют паскаль (Па), в России также применяют бары и миллиметры ртутного столба.

В качестве среднего значения принят показатель при температуре ноль градусов на уровне моря на широте 45 градусов. Он обозначается как нормальное атмосферное давление и составляет 760 миллиметров ртутного столба или 101325 паскалей.

От чего зависит атмосферное давление? В первую очередь от количества воздуха на единицу площади: чем его меньше, тем ниже давление и наоборот. Оно напрямую зависит от высоты. На больших высотах воздух более разряженный, поэтому его показатель с поднятием уменьшается. На высоте 5 км его сила меньше всего в два раза, на высоте 20 км - примерно в 18 раз.

Давление склонно изменяться в разное время суток и сезоны. Важным фактором является температура. Ночью, когда температура падает, давление чуть более низкое, чем днем. На континентах высокое атмосферное давление отмечается в зимний период, низкое - в летний.

Зональность давления

Области Земного шара прогреваются неодинаково, в результате распределение давления происходит зонально. В одних местах воздух нагревается и уменьшает свое давление. Поднимаясь вверх и постепенно охлаждаясь, он перемещается на соседние участки, увеличивая давление там.

Подобное перераспределение воздушных масс хорошо заметно в экваториальном поясе, где из-за высоких температур давление всегда пониженное, а в соседних тропических поясах оно обычно повышенное. В Антарктиде и Северном полюсе постоянное высокое давление является следствием притока воздуха с умеренных широт.

Как уже говорилось выше, давлению свойственны сезонные колебания, однако эти изменения не слишком значительны. В целом показатели давления являются устойчивыми: на планете постоянно существуют зоны повышенного и пониженного давления.

Влияние высокого атмосферного давления

Ощутить силу этого явления на себе человек может, поднимаясь в горы. Многим знакомо закладывание ушей, когда преодолеваешь порой незначительные подъемы. Почувствовать его можно, нырнув глубоко под воду, кстати, максимальная глубина такого погружения без специального снаряжения составляет не больше 170 метров (хотя и это довольно рискованно).

В повседневной жизни человек также ощущает изменения давления, особенно если происходят резкие перепады. Высокое атмосферное давление сопровождается ясной погодой и сухостью, вредные вещества в воздухе чувствуются резче. В результате обостряются аллергии и проблемы с органами дыхания.

Повышение давления ярко отражается на самочувствии гипертоников. Способствуя уменьшению лейкоцитов в крови, оно может ослабить иммунитет. Поэтому в периоды повышенного давления человеку сложнее бороться с инфекциями и другими заболеваниями.

Люди различных профессий должны знать о понятии атмосферного давления: медики, летчики, ученые, полярники и другие. Оно напрямую воздействует на специфику их работы. Атмосферное давление – это величина, что помогает предсказать и спрогнозировать погоду. Если оно повышается, то это говорит о том, что погода будет солнечная, а если давление понижается, то это предвещает ухудшение погодных условий: появляется облачность и идут атмосферные осадки в виде дождя, снега, града.

Понятие и сущность атмосферного давления

Определение 1

Атмосферное давление – это сила, которая действует на поверхность. Иными словами, в каждой точке атмосферы давление равно массе вышележащего столба воздуха с основанием, которое равно единице.

Единицей измерения атмосферного давления является Паскаль (Па), который приравнивается силе в 1 Ньютон (Н), что действует на площадь в 1 м2 (1 Па = 1 Н/м2). Атмосферное давление в метрологии выражается в гектопаскалях (гПа) с точностью до 0,1 гПа. А 1 гПа, в свою очередь, равен 100 Па.

В качестве единицы измерения атмосферного давления до недавнего времени использовался миллибар (мбар) и миллиметр ртутного столба (мм. рт. ст.). Давление измеряется абсолютно на всех метеорологических станциях. Для того чтобы составить приземные синоптические карты, которые отражают погодные условия в данный период времени, давление на уровне станции приводят в соответствие со значениями уровня моря. Благодаря этому можно выделить области с высоким и низким атмосферным давлением (антициклоны и циклоны), а также атмосферные фронты.

Определение 2

Среднее атмосферное давление на уровне моря, которое определяется на широте 45 градусов, при температуре воздуха 0 градусов, составляет 1013,2 гПа. Данная величина принимается за стандартную, она получила название «нормальное давление».

Измерение атмосферного давления

Мы часто забываем о том, что воздух имеет вес. У поверхности Земли плотность воздуха составляет 1,29 кг/м3. Еще Галилей доказал, что воздух имеет вес. А его ученик, Эванджелиста Торричелли, смог доказать, что воздух оказывает влияние на все тела, которые расположены на земной поверхности. Это давление стали называть атмосферным.

По формуле расчета давления столба жидкости рассчитать атмосферное давление нельзя. Ведь для этого необходимо знать высоту столба жидкости и плотность. Однако у атмосферы не существует четкой границы, а с ростом высоты уменьшается плотность атмосферного воздуха. Поэтому Эванджелиста Торричелли предложил иной метод для определения и нахождения атмосферного давления.

Он взял стеклянную трубку длиной около метра, которая с одного конца была запаяна, налил в нее ртуть и опустил открытой частью в чашу с ртутью. Немного ртути вылилось в чашу, но основная часть осталась в трубке. Каждый день количество ртути в трубе незначительно колебалось. Давление ртути на определенном уровне создается при помощи веса столба ртути, поскольку в верхней части трубки воздуха над ртутью нет. Там расположен вакуум, который получил название «торричеллиева пустота».

Замечание 1

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что атмосферное давление приравнивается давлению ртутного столбца в трубке. Измерив высоту ртутного столбца, можно рассчитать давление, что производит ртуть. Оно приравнивается атмосферному. Если атмосферное давление повышается, то ртутный столбец в трубке Торричелли увеличивается, и наоборот.

Рисунок 1. Измерение атмосферного давления. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ

Приборы для измерения атмосферного давления

Для измерения атмосферного давления используются такие виды приборов:

• станционный барометр чашечный ртутный СР-А (для диапазона 810-1070 гПа, что характерен для равнин) или СР-Б (для диапазона 680-1070 гПа, который наблюдается на высокогорных станциях);
• барометр-анероид БАММ-1;
• барограф метеорологический М-22А.

Наиболее точными и часто используемыми являются ртутные барометры, которые применяются для измерения атмосферного давления на метеорологических станциях. Они располагаются в помещениях в специально оборудованных шкафах. Доступ к ним строго ограничен в целях техники безопасности: с ними могут работать только специально подготовленные специалисты и наблюдатели.

Более распространенными являются барометры-анероиды, которые применяются для измерения атмосферного давления на метеорологических станциях и на географических стационарах для маршрутных исследований. Зачастую они применяются для барометрического нивелирования.

Барограф М-22А чаще всего используется для фиксации и непрерывной регистрации каких-либо изменений атмосферного давления. Они могут быть двух типов:

• для того чтобы зарегистрировать суточное изменение давления, применяется М-22АС;
• для того чтобы зарегистрировать изменение давления в течение 7 дней, применяется М-22АН.

Устройство и принцип действия приборов

Рассмотрим для начала чашечный ртутный барометр. Данный прибор состоит из стеклянной калиброванной трубки, которая заполнена ртутью. Ее верхний конец запаян, а нижний погружается в чашу с ртутью. Чашка ртутного барометра состоит из трех частей, которые соединены резьбой. Средняя чаша внутри имеет диафрагму со специальными отверстиями. Благодаря диафрагме затрудняется колебание ртути в чаше, предотвращая тем самым попадание воздуха.

В верхней части чашечного ртутного барометра есть отверстие, сквозь которое чаша сообщается с воздухом. В некоторых случая отверстие закрывается винтом. В верхней части трубки воздуха нет, поэтому под влиянием атмосферного давления столбик ртути поднимается в колбе до определенной высоты на поверхность ртути в чаше.

Масса столба ртути приравнивается к величине атмосферного давления.

Следующим прибором является барометр. Принцип его устройства заключается в следующем: стеклянная трубка защищается металлической оправой, на которую наносится шкала измерения в паскалях или миллибарах. Верхняя часть оправы имеет продольный прорез для того, чтобы наблюдать за положением ртутного столбика. Для максимально точного отчета мениска ртути располагается кольцо с нониусом, которое перемещается вдоль шкалы при помощи винтика.

Определение 3

Шкала, которая предназначена для определения десятых долей, называется компенсированная шкала.

От загрязнения она предохраняется защитным кожухом. В средней части барометра вмонтирован термометр для того, чтобы учитывать влияние температуры окружающей среды. По его показаниям вводится температурная поправка.

С целью исключения искажений показаний ртутного барометра вводится ряд поправок:

• температурная;
• инструментальная;
• поправки на ускорение силы тяжести в зависимости от высоты над уровнем моря и широты места.

Барометр-анероид БАММ-1 используется для замеров атмосферного давления в приземных условиях. Его чувствительным элементом является блок, который состоит из трех соединенных анероидных коробок. Принцип устройства барометра-анероида основывается на деформации мембранных коробок под действием атмосферного давления и трансформацией линейных перемещений мембран при помощи передаточного механизма в угловые перемещения стрелы.

В качестве приемника выступает металлическая анероидная коробка, которая оснащена гофрированным дном и крышкой, воздух из них полностью выкачивается. Пружина оттягивает крышку коробки и предохраняет ее от сплющивания воздушным давлением.

Рисунок 2. Подтверждение существования атмосферного давления. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ

Все тела во Вселенной имеют свойство притягиваться друг к другу. Крупные и массивные обладают более высокой силой притяжения по сравнению с мелкими. Этот закон присущ и нашей планете.


Земля притягивает к себе любые объекты, которые на ней находятся, в том числе окружающую ее газовую оболочку – . Хотя воздух намного легче планеты, он имеет большой вес и давит на всё, что находится на земной поверхности. Таким образом возникает атмосферное давление.

Что такое атмосферное давление?

Под атмосферным давлением понимают гидростатическое давление газовой оболочки на Землю и расположенные на ней объекты. На разной высоте и в различных уголках земного шара оно имеет различные показатели, но на уровне моря стандартным принято считать 760 мм ртутного столба.

Это означает, что на квадратный сантиметр любой поверхности оказывает давление воздушный столб массой 1,033 кг. Соответственно, на квадратный метр приходится давление более чем в 10 тонн.

О существовании давления атмосферы люди узнали только в XVII столетии. В 1638 году тосканский герцог решил приукрасить свои сады во Флоренции красивыми фонтанами, но неожиданно обнаружил, что вода в построенных сооружениях не поднимается выше 10,3 метров.

Решив выяснить причину подобного явления, он обратился за помощью к итальянскому математику Торричелли, который путем опытов и анализа определил, что воздух имеет вес.

Как измеряется атмосферное давление?

Атмосферное давление – один из важнейших параметров газовой оболочки Земли. Поскольку в разных местах оно различается, для его замеров используют специальное устройство – барометр. Обычный бытовой прибор представляет собой металлическую коробку с основанием из гофры, в которой напрочь отсутствует воздух.

При росте давления эта коробка сжимается, а при снижении давления, напротив, расширяется. Вместе с движением барометра двигается прикрепленная к нему пружинка, которая оказывает влияние на стрелку на шкале.

На метеорологических станциях используют жидкостные барометры. В них давление измеряют по высоте ртутного столбика, заключенного в стеклянную трубку.

Почему изменяется атмосферное давление?

Поскольку атмосферное давление создается вышележащими пластами газовой оболочки, по мере повышения высоты оно изменяется. На него могут оказывать влияние как плотность воздуха, так и высота самого воздушного столба. Кроме того, давление меняется в зависимости от места на нашей планете, так как разные районы Земли расположены на различных высотах над уровнем моря.


Время от времени над земной поверхностью создаются медленно передвигающиеся области повышенного или пониженного давления. В первом случае они носят название антициклоны, во втором – циклоны. В среднем показатели давления на уровне моря варьируются от 641 до 816 мм ртутного столба, хотя внутри могут опускаться до 560 мм.

Как атмосферное давление влияет на погоду?

Распределение атмосферного давления по Земле является неравномерным, что связано, в первую очередь, с движением воздуха и его способностью создавать так называемые барические вихри.

В северном полушарии вращение воздуха по часовой стрелке приводит к образованию нисходящих воздушных потоков (антициклонов), которые приносят в конкретную местность ясную либо малооблачную погоду с полным отсутствием дождя и ветра.

Если воздух вращается против часовой стрелки, то над землей образуются восходящие вихри, характерные для циклонов, с сильными осадками, шквальными ветрами, грозами. В южном полушарии циклоны движутся по часовой стрелке, антициклоны – против нее.

Какое влияние оказывает атмосферное давление на человека?

На каждого человека давит воздушный столб массой от 15 до 18 тонн. В иных ситуациях такой вес мог бы раздавить всё живое, но давление внутри нашего организма равняется атмосферному, поэтому при нормальных показателях в 760 мм ртутного столба мы не испытываем никакого дискомфорта.

Если же атмосферное давление выше или ниже нормы, некоторые люди (особенно пожилые или больные) чувствуют недомогание, головную боль, отмечают обострение хронических болезней.

Чаще всего неприятные ощущения человек испытывает на больших высотах (например, в горах), поскольку в таких районах давление воздуха ниже, чем на уровне моря.

Атмосфера – важная составляющая нормального существования живых организмов на планете Земля. Здоровые люди не чувствительны к метеоусловиям, а при наличии разных заболеваний могут ощущать неприятное воздействие погодных колебаний. Поняв, как атмосферное давление влияет на человека, вы научитесь предупреждать ухудшение самочувствия в связи с перепадами погоды, независимо от того, какое артериальное давление (АД) у вас самих, высокое или низкое.

Что такое атмосферное давление

Это давление воздуха атмосферы на поверхность планеты и на все окружающие предметы. За счет солнца воздушные массы постоянно движутся, это перемещение ощущается в виде ветра. Он переносит влагу от водоемов к суше, формируя осадки (дождь, снег или град). Это имело большое значение в древности, когда люди предсказывали изменения погоды и осадки, опираясь на свои ощущения.

Норма атмосферного давления для человека

Это условное понятие, принятое при показателях: широта 45° и нулевая температура. При таких условиях на 1 квадратный сантиметр всех поверхностей планеты давит вес воздуха чуть больше одной тонны. Массу уравновешивают ртутным столбом, высота которого составляет 760 мм (комфортно для человека). Согласно расчетам ученых, на флору и фауну Земли действует около 14-19 тонн воздуха, что может раздавить все живое. Однако в организмах присутствует свое внутренне давление, в итоге оба показателя уравниваются и делают возможной жизнь на планете.

Какое атмосферное давление считается высоким

Если сжатие воздуха выше 760 мм. рт. ст., его считают высоким. В зависимости от территориального расположения, воздушные массы могут оказывать давление по-разному. В горных массивах воздух более разряженный, в горячих слоях атмосферы он давит сильнее, в холодных, наоборот, меньше. За сутки показатели ртутного столбика меняются несколько раз, как и самочувствие метеозависимых людей.

Зависимость артериального давления от атмосферного

Уровень давления атмосферы изменяется из-за территории, близости к экватору, других географических особенностей местности. В теплое время года (при прогретом воздухе) оно минимально, зимой при снижении температур воздух становится тяжелее и давит максимально. Люди быстро адаптируются, если надолго устанавливается стабильная погода. Однако резкая смена климатических условий напрямую влияет на человека, и при наличии высокой чувствительности к температурным перепадам самочувствие ухудшается.

На что влияет атмосферное давление

Здоровые люди при изменениях погодных условий могут ощущать слабость, а больные внезапно чувствуют изменения в состоянии организма. Обострятся хронические сердечно-сосудистые заболевания. Влияние атмосферного давления на артериальное давление человека велико. Это отражается на состоянии людей с болезнями органов кровообращения (артериальная гипертензия, аритмия и стенокардия) и следующими патологиями систем организма:

• Нервные и органические поражения психики (шизофрения, психозы различной этиологии) в стадии ремиссии. При смене погоды происходит обострение.
• Заболевания опорно-двигательного аппарата (артриты, артрозы, грыжи и застарелые переломы, остеохондроз) проявляются дискомфортом, ноющей болью в области суставов или костей.

Группы риска

В основном, к этой группе относят людей с хроническими заболеваниями и пожилых с возрастными изменениями здоровья. Риск метеозависимости возрастает при наличии следующих патологий:

• Заболевания органов дыхания (легочная гипертензия, хроническая обструктивная болезнь легких, бронхиальная астма). Возникают резкие обострения.
• Поражение ЦНС (перенесенный инсульт). Высок риск повторного повреждения головного мозга.
• Артериальная гипертензия или гипотония. Возможен гипертонический криз с развитием инфаркта миокарда и инсульта.
• Заболевания сосудов (атеросклероз артерий). Атеросклеротические бляшки могут отрываться от стенок, вызывая тромбоз и тромбоэмболию.

Как влияет на человека высокое атмосферное давление

Люди, долго проживающие в регионе с определенными ландшафтными особенностями, могут чувствовать себя комфортно даже в области с высокими показателями давления (769-781 мм рт. ст.). Они наблюдаются при низкой влажности и температуре, ясной, солнечной, безветренной погоде. Гипотоники переносят это значительно легче, но ощущают слабость. Высокое атмосферное давление для гипертоников – тяжелое испытание. Влияние антициклона проявляется в нарушении нормальной жизнедеятельности людей (изменяется сон, понижается физическая активность).

Как влияет на человека низкое атмосферное давление

Если ртутный столб показывает отметку 733-741 мм (пониженный показатель), воздух содержит меньшее количество кислорода. Такие условия наблюдаются при циклоне, при этом повышается влажность и температура, поднимаются высокие облака, выпадают осадки. В такую погоду страдают люди с дыхательными проблемами, гипотонией. Они испытывают слабость и одышку из-за дефицита кислорода. Иногда у этих людей повышается внутричерепное давление и появляются головные боли.

Влияние на гипертоников

При повышенном показателе давления атмосферы погода устанавливается ясная, безветренная, и воздух содержит большое количество вредных примесей (из-за загрязнения окружающей среды). Для гипертоников этот «воздушный коктейль» несет большую опасность, и проявления могут быть разными. Клинические симптомы:

• сердечная боль;
• раздражительность;
• дисфункция стекловидного тела (мушки, черные точки, плавающие тельца в глазах);
• резкая пульсирующая головная боль по типу мигрени;
• снижение умственной активности;
• покраснение кожи лица;
• тахикардия;
• шум в ушах;
• повышение систолического (верхнего) АД (до 200-220 мм рт. ст.);
• в крови увеличивается количество лейкоцитов.

Низкое давление атмосферы на гипертоников большого воздействия не оказывает. Воздушные массы при этом насыщены большим количеством кислорода, что благоприятно влияет на работу сердца и сосудов. Врачи больным гипертонией советуют чаще проветривать помещение, чтобы был хороший приток свежего воздуха и как можно меньше углекислого газа (в душном помещении он превышает положенную норму).