Presión atmosférica

Presión estática ejercida por el peso de la atmósfera.

La "presión del aire" vuelve a dirigir aquí. Para conocer la presión del aire en otros sistemas, consulte Presión .

La presión atmosférica , también conocida como presión barométrica (después del barómetro ), es la presión dentro de la atmósfera de la Tierra . La atmósfera estándar (símbolo: atm) es una unidad de presión definida como 101,325  Pa (1,013.25  hPa ; 1,013.25  mbar ), que es equivalente a 760 mm Hg , 29.9212 pulgadas Hg o 14.696 psi . ^[1] La unidad de atm es aproximadamente equivalente a la presión atmosférica media al nivel del mar en la Tierra, es decir, la presión atmosférica de la Tierra al nivel del mar es de aproximadamente 1 atm.    

En la mayoría de las circunstancias, la presión atmosférica se aproxima mucho a la presión hidrostática causada por el peso del aire por encima del punto de medición. A medida que aumenta la elevación , hay menos masa atmosférica superpuesta, de modo que la presión atmosférica disminuye al aumentar la elevación. La presión mide la fuerza por unidad de área, con unidades SI de pascales (1 pascal = 1 newton por metro cuadrado , 1  N / m ² ). En promedio, una columna de aire con un área de sección transversal de 1 centímetro cuadrado (cm ² ), medida a partir del nivel medio (promedio) del mar.a la parte superior de la atmósfera terrestre, tiene una masa de aproximadamente 1.03 kilogramos y ejerce una fuerza o "peso" de aproximadamente 10.1 newtons , lo que resulta en una presión de 10.1 N / cm ² o 101 kN / m ² (101 kilopascales, kPa). Una columna de aire con un área de sección transversal de 1 en ² tendría un peso de aproximadamente 14,7 lb _f , lo que da como resultado una presión de 14,7 lb _f / in ² .    

Mecanismo

La presión atmosférica es causada por la atracción gravitacional del planeta sobre los gases atmosféricos sobre la superficie y es una función de la masa del planeta, el radio de la superficie y la cantidad y composición de los gases y su distribución vertical en la atmósfera. . ^{[2] [3]} Se modifica por la rotación planetaria y efectos locales como la velocidad del viento, variaciones de densidad por temperatura y variaciones de composición. ^[4]

Presión media al nivel del mar

Mapa que muestra la presión atmosférica en mbar o hPa

Presión media a nivel del mar promedio de 15 años para junio, julio y agosto (arriba) y diciembre, enero y febrero (abajo). Reanálisis de ERA-15 .

Kollsman-tipo de aeronave barométrica altímetro (tal como se utiliza en América del Norte) que exhibe una altura de 80 pies (24 m), adaptada a 29,87 inHg de presión a nivel del mar.

La presión media al nivel del mar (MSLP) es la presión atmosférica al nivel medio del mar (PMSL). Esta es la presión atmosférica que se indica normalmente en los informes meteorológicos de radio, televisión y periódicos o en Internet . Cuando los barómetros en el hogar están configurados para coincidir con los informes meteorológicos locales, muestran la presión ajustada al nivel del mar, no la presión atmosférica local real.

El ajuste del altímetro en la aviación es un ajuste de la presión atmosférica.

La presión media al nivel del mar es 1013,25 mbar (101,325 kPa; 29,921 inHg; 760,00 mmHg). En aviación, informes meteorológicos ( METAR ), el QNH se transmite en todo el mundo en milibares o hectopascales (1 hectopascal = 1 milibar), excepto en Estados Unidos , Canadá y Colombia, donde se informa en pulgadas de mercurio (con dos decimales ). Estados Unidos y Canadá también informan la presión del nivel del mar SLP, que se ajusta al nivel del mar por un método diferente, en la sección de observaciones, no en la parte del código transmitida internacionalmente, en hectopascales o milibares. ^[5]Sin embargo, en los informes meteorológicos públicos de Canadá, la presión a nivel del mar se expresa en kilopascales. ^[6]

En los comentarios sobre el código meteorológico de los Estados Unidos, solo se transmiten tres dígitos; se omiten puntos decimales y uno o dos dígitos más significativos: 1013,2 mbar (101,32 kPa) se transmite como 132; 1000,0 mbar (100,00 kPa) se transmite como 000; 998,7  mbar se transmite como 987; etc. La presión al nivel del mar más alta en la Tierra se produce en Siberia , donde el Alto Siberiano a menudo alcanza una presión al nivel del mar por encima de 1050 mbar (105 kPa; 31 inHg), con máximos históricos cercanos a 1085 mbar (108,5 kPa; 32,0 inHg) . La presión a nivel del mar más baja que se puede medir se encuentra en los centros de ciclones tropicales y tornados , con unmínimo histórico de 870 mbar (87 kPa; 26 inHg).

Presión superficial

La "presión superficial" vuelve a dirigir aquí. Para presión superficial en química física, vea Presión § Presión superficial y tensión superficial .

La presión superficial es la presión atmosférica en un lugar de la superficie de la Tierra ( terreno y océanos ). Es directamente proporcional a la masa de aire sobre ese lugar.

Por razones numéricas, los modelos atmosféricos como los modelos de circulación general (GCM) generalmente predicen el logaritmo adimensional de la presión superficial .

El valor medio de la presión superficial en la Tierra es de 985 hPa. ^[7] Esto contrasta con la presión media al nivel del mar, que implica la extrapolación de la presión al nivel del mar para ubicaciones por encima o por debajo del nivel del mar. La presión promedio al nivel medio del mar ( MSL ) en la atmósfera estándar internacional ( ISA ) es 1013.25 hPa, o 1 atmósfera (atm), o 29.92 pulgadas de mercurio.

La presión (p), la masa (m) y la aceleración debida a la gravedad (g) están relacionadas por P = F / A = (m * g) / A, donde A es el área de la superficie. La presión atmosférica es, por tanto, proporcional al peso por unidad de área de la masa atmosférica por encima de esa ubicación.

Variación de altitud

Más información: fórmula barométrica y variación de presión vertical

Una tormenta muy local sobre Snæfellsjökull ( Islandia ), que muestra las nubes formadas en la montaña por el levantamiento orográfico.

Variación de la presión atmosférica con la altitud, calculada para 15 ° C y 0% de humedad relativa.

Esta botella de plástico se selló a aproximadamente 14,000 pies (4,300 m) de altitud y fue aplastada por el aumento de la presión atmosférica, registrada a 9,000 pies (2,700 m) y 1,000 pies (300 m), mientras bajaba hacia el nivel del mar.

La presión sobre la Tierra varía con la altitud de la superficie; por lo que la presión del aire en las montañas suele ser más baja que la presión del aire al nivel del mar. La presión varía suavemente desde la superficie de la Tierra hasta la parte superior de la mesosfera . Aunque la presión cambia con el clima, la NASA ha promediado las condiciones para todas las partes de la tierra durante todo el año. A medida que aumenta la altitud, la presión atmosférica disminuye. Se puede calcular la presión atmosférica a una altitud determinada. ^{[8] La} temperatura y la humedad también afectan la presión atmosférica. La presión es proporcional a la temperatura e inversamente proporcional a la humedad. Y es necesario conocer ambos para calcular una cifra precisa. El gráfico de la derechasobre fue desarrollado para una temperatura de 15 ° C y una humedad relativa del 0%.

A bajas altitudes sobre el nivel del mar, la presión disminuye en aproximadamente 1,2 kPa (12 hPa) por cada 100 metros. Para altitudes mayores dentro de la troposfera , la siguiente ecuación (la fórmula barométrica ) relaciona la presión atmosférica p con la altitud h :${\displaystyle {\begin{aligned}p&=p_{0}\cdot \left(1-{\frac {L\cdot h}{T_{0}}}\right)^{\frac {g\cdot M}{R_{0}\cdot L}}\\&=p_{0}\cdot \left(1-{\frac {g\cdot h}{c_{\text{p}}\cdot T_{0}}}\right)^{\frac {c_{\text{p}}\cdot M}{R_{0}}}\approx p_{0}\cdot \exp \left(-{\frac {g\cdot h\cdot M}{T_{0}\cdot R_{0}}}\right)\end{aligned}}}$

donde los parámetros constantes son los que se describen a continuación:

Parámetro	Descripción	Valor
p 0	Presión atmosférica estándar al nivel del mar	101325  Pa
L	Tasa de variación de temperatura, = g / c p para aire seco	~ 0,00976  K / m
c p	Calor específico a presión constante	1004,68506  J / (kg · K)
T 0	Temperatura estándar al nivel del mar	288,16  K
gramo	Aceleración gravitacional de la superficie terrestre	9.80665  m / s 2
METRO	Masa molar de aire seco	0,02896968  kg / mol
R 0	constante universal de gas	8,314462618  J / (mol · K)

Variación local

El huracán Wilma el 19 de octubre de 2005; 882 hPa (12,79 psi) en el ojo de la tormenta

La presión atmosférica varía ampliamente en la Tierra y estos cambios son importantes para estudiar el tiempo y el clima . Consulte el sistema de presión para conocer los efectos de las variaciones de presión del aire en el clima.

La presión atmosférica muestra un ciclo diurno o semidiurno (dos veces al día) causado por las mareas atmosféricas globales . Este efecto es más fuerte en las zonas tropicales, con una amplitud de unos pocos milibares y casi nulo en las zonas polares. Estas variaciones tienen dos ciclos superpuestos, un ciclo circadiano (24 h) y un ciclo semicircadiano (12 h).

Registros

La presión barométrica ajustada al nivel del mar más alta jamás registrada en la Tierra (por encima de 750 metros) fue de 1084,8 hPa (32,03 inHg) medida en Tosontsengel, Mongolia el 19 de diciembre de 2001. ^[9] La presión barométrica ajustada al nivel del mar más alta jamás registrada. registrado (por debajo de 750 metros) fue en Agata en Evenk Autonomous Okrug , Rusia (66 ° 53 '  N, 93 ° 28'  E, elevación: 261 m, 856 pies) el 31 de diciembre de 1968 de 1083,8 hPa (32,005 inHg). ^[10] La discriminación se debe a los supuestos problemáticos (asumiendo una tasa de caída estándar) asociados con la reducción del nivel del mar desde grandes alturas. ^[9]

El Mar Muerto , el lugar más bajo de la Tierra a 430 metros (1410 pies) por debajo del nivel del mar, tiene una presión atmosférica típica correspondientemente alta de 1065  hPa. ^[11] El 21 de febrero de 1961 se estableció un récord de presión superficial bajo el nivel del mar de 1081,8 hPa (31,95 inHg). ^[12]

La presión atmosférica no tornádica más baja jamás medida fue de 870 hPa (0,858 atm; 25,69 inHg), fijada el 12 de octubre de 1979, durante el tifón Tip en el Océano Pacífico occidental. La medición se basó en una observación instrumental realizada desde un avión de reconocimiento. ^[13]

Medición basada en la profundidad del agua

Una atmósfera (101,325 kPa o 14,7 psi) es también la presión causada por el peso de una columna de agua dulce de aproximadamente 10,3 m (33,8 pies). Así, un buceador a 10,3 m bajo el agua experimenta una presión de aproximadamente 2 atmósferas (1 atm de aire más 1 atm de agua). Por el contrario, 10,3 m es la altura máxima a la que se puede elevar el agua mediante succión en condiciones atmosféricas estándar.

Las presiones bajas, como las líneas de gas natural, a veces se especifican en pulgadas de agua , generalmente escritas como manómetro wc (columna de agua) o wg (manómetro de agua en pulgadas). Un electrodoméstico residencial típico que usa gas en los EE. UU. Está clasificado para un máximo de 1/2 psi, que es aproximadamente 14 wg (3487 Pa o 34,9 milibares). Unidades métricas similares con una amplia variedad de nombres y notación basadas en milímetros , centímetros o metros ahora se usan con menos frecuencia.

Punto de ebullición del agua

Agua hirviendo

El agua pura hierve a 100 ° C (212 ° F) a la presión atmosférica estándar de la tierra. El punto de ebullición es la temperatura a la que la presión de vapor es igual a la presión atmosférica alrededor del agua. ^[14] Debido a esto, el punto de ebullición del agua es menor a menor presión y mayor a mayor presión. Cocinar a grandes alturas, por lo tanto, requiere ajustes en las recetas ^[15] o cocción a presión . Se puede obtener una aproximación aproximada de la elevación midiendo la temperatura a la que hierve el agua; a mediados del siglo XIX, los exploradores utilizaron este método. ^[dieciséis]

Medición y mapas

Una aplicación importante del conocimiento de que la presión atmosférica varía directamente con la altitud fue determinar la altura de colinas y montañas gracias a la disponibilidad de dispositivos de medición de presión confiables. En 1774, Maskelyne estaba confirmando la teoría de la gravitación de Newton en y sobre la montaña Schiehallion en Escocia, y necesitaba medir con precisión las elevaciones en las laderas de la montaña. William Roy , usando presión barométrica, pudo confirmar las determinaciones de altura de Maskelyne, el acuerdo fue dentro de un metro (3.28 pies). Este método se convirtió y sigue siendo útil para el trabajo topográfico y la elaboración de mapas. ^[17]

Ver también

• Atmósfera (unidad)
• Densidad atmosférica
• Atmósfera de la Tierra  : capa de gas que rodea la Tierra: principalmente nitrógeno, excepcionalmente alto en oxígeno, con trazas de otras moléculas
• Fórmula barométrica  : fórmula utilizada para modelar cómo varía la presión del aire con la altitud
• Barotrauma  : lesión causada por presión: daño físico a los tejidos corporales causado por una diferencia de presión entre un espacio de aire dentro o al lado del cuerpo y el gas o líquido circundante.
• Presurización de la cabina  : proceso para mantener la presión del aire interno en la aeronave
• Cavitación  : formación de vacíos de baja presión llenos de vapor en un líquido.
• Efectos de la gran altitud en los seres humanos  - Fenómeno científico
• Área de alta presión  : región donde la presión atmosférica en la superficie del planeta es mayor que su entorno circundante.
• Atmósfera estándar internacional  - Modelo atmosférico, una tabulación de la variación típica de las principales variables termodinámicas de la atmósfera (presión, densidad, temperatura, etc.) con la altitud, en latitudes medias.
• Área de baja presión  : condición atmosférica
• Meteorología
• NRLMSISE-00
• La Cámara en pleno
• Presión  : fuerza distribuida continuamente sobre un área
• Medida de presión
• Cresta subtropical

Referencias

1. Organización de Aviación Civil Internacional. Manual de la atmósfera estándar de la OACI , Doc 7488-CD, tercera edición, 1993. ISBN  92-9194-004-6 .
2. "presión atmosférica (entrada enciclopédica)" . National Geographic . Consultado el 28 de febrero de 2018 .
3. "Preguntas y respuestas: presión: ¿la gravedad importa?" . Departamento de Física . Universidad de Illinois Urbana-Champaign . Consultado el 28 de febrero de 2018 .
4. Jacob, Daniel J. (1999). Introducción a la Química Atmosférica . Prensa de la Universidad de Princeton. ISBN 9780691001852.
5. Muestra METAR de CYVR Nav Canada
6. Tiempo actual de Montreal , CBC Montreal, Canadá , consultado el 30 de marzo de 2014
7. Jacob, Daniel J. Introducción a la química atmosférica . Prensa de la Universidad de Princeton, 1999.
8. Una derivación rápida que relaciona la altitud con la presión del aire. Archivado el28 de septiembre de 2011en la Wayback Machine por la Portland State Aerospace Society, 2004, consultado el 05032011.
9. Mundial: Mayor presión a nivel del mar de aire por encima de 750 m , Wmo.asu.edu, 2001-12-19, Archivado desde el original en 10/17/2012 , obtenidos 04/15/2013
10. Mundial: Mayor presión a nivel del mar de aire por debajo de 750 m , Wmo.asu.edu, 12/31/1968, Archivado desde el original en 14/05/2013 , recuperado 04/15/2013
11. Kramer, MR; Springer C; Berkman N; Glazer M; Bublil M; Bar-Yishay E; Godfrey S (marzo de 1998). "Rehabilitación de pacientes hipoxémicos con EPOC a baja altura en el Mar Muerto, el lugar más bajo de la tierra" (PDF) . Pecho . 113 (3): 571–575. doi : 10.1378 / cofre.113.3.571 . PMID 9515826 . Archivado desde el original (PDF) el 29 de octubre de 2013.  
12. Corte, Arnold (1969). "Presión Extrema Improbable: 1070 Mb". Boletín de la Sociedad Meteorológica Estadounidense . 50 (4): 248–50. JSTOR 26252600 . 
13. Chris Landsea ( 21 de abril de 2010). "Asunto: E1), ¿Cuál es el ciclón tropical más intenso registrado?" . Laboratorio Oceanográfico y Meteorológico Atlántico . Archivado desde el original el 6 de diciembre de 2010 . Consultado el 23 de noviembre de 2010 .
14. Presión de vapor , Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu , recuperada 10/17/2012
15. Altitud elevada Cocinar , Crisco.com, 2010-09-30, Archivado desde el original en 09/07/2012 , recuperado 10/17/2012
16. Berberan-Santos, MN; Bodunov, EN; Pogliani, L. (1997). "Sobre la fórmula barométrica". Revista estadounidense de física . 65 (5): 404–412. Código Bibliográfico : 1997AmJPh..65..404B . doi : 10.1119 / 1.18555 .
17. Hewitt, Rachel, Map of a Nation - a Biography of the Ordnance Survey ISBN 1-84708-098-7 

Enlaces externos

• 1976 Atmósfera estándar de la NASA
• Código fuente y ecuaciones para la atmósfera estándar de 1976
• Un modelo matemático de la atmósfera estándar de Estados Unidos de 1976
• Calculadora que usa múltiples unidades y propiedades para la atmósfera estándar de 1976
• Calculadora que proporciona la presión atmosférica estándar a una altitud específica, o altitud a la que una presión sería estándar
• Mapa actual de la presión media global al nivel del mar
• Calculadora atmosférica y conversor de altitud geométrica a presión

Experimentos

• Películas en experimentos de presión atmosférica desde Universidad Estatal de Georgia 's sitio web HiperFísica - requiere QuickTime
• Prueba que muestra una lata aplastada después de hervir agua en su interior y luego trasladarla a una tina de agua helada.