Szerkesztő:Orion 8/légnyomás

MUNKAVÁLTOZAT

A légköri nyomás vagy légnyomás a levegő súlya által egy bármilyen felületre gyakorolt nyomás.

A légnyomás forrása

A légnyomás, mint általában az aerosztatikai nyomás kiszámításához az adott (vízszintes) felület feletti légoszlop súlyát kell elosztani a felület méretével. Az elv látszólag megegyezik a hidrosztatikai nyomás kiszámításával, ám a gázok a folyadékokkal ellentétben jelentősen összenyomhatók, emiatt a sűrűségük nem állandó.

Egy levegőoszlop minden rétege hordozza a felette levő szakasz súlyát, emiatt összenyomódik, nő a sűrűsége. Kilométeres méretekben az ebből eredő sűrűségkülönbség már számottevő. Így az eltérő magasságon levő azonos méretű nyomott felületekre nehezedő légtömeg nem számítható ki egyszerűen a magasságok lineáris különbségéből, hanem exponenciális összefüggést követ.

A problémát tovább nehezíti, hogy a légoszlop rétegei folyamatosan távolodnak a földtől, emiatt a rájuk ható gravitációs erő is csökken, kicsi, de figyelmen kívül nem hagyható mértékben. Ráadásul a légoszlop egyes rétegeinek más a páratartalma és valamennyire a gázösszetétele is, valamint a felszíntől távolodva a hőmérséklete is, ezek mind hatással vannak a rétegek sűrűségére, egyben a súlyára is.

Az elmondottak miatt sokkal célravezetőbb a légnyomást mérni, mint a kiszámításával próbálkozni, mégis van olyan helyzet, amikor a légoszlop egy rétegénél ismert légnyomás alapján egy közelítő számítást kell végezni egy más magasságban levő réteg nyomására.

Számított légnyomás

A közepes tengerszint feletti $\,z$ magasságban várható barometrikus nyomást első közelítésben izoterm légkörmodellben vizsgáljuk, tehát a levegő $\,T$ hőmérsékletét minden magasságban állandónak tekintjük. A $p=\varrho R_{l}T$ termikus állapotegyenlet és a légkör $dp=-\varrho g\,dz$ statikai alapegyenlete alapján kimondható, hogy a nyomás felfelé haladva az

p_{z}=p_{0}e^{-{\frac {gz}{R_{l}T}}}

izotermikus magasságformula szerint exponenciálisan csökken. A kifejezésekben $\varrho$ a sűrűség, $\,R_{l}$ a levegő gázállandója, $\,g$ a magasságtól függetlennek tekintett, tengerszinti nehézségi gyorsulás. Száraz levegõ esetén az 1 atm (101325 Pa) normál nyomáshoz 0°C hőmérsékleten 0,773276 m³/kg fajlagos térfogat (1,29320 kg/m³ sűrűség) tartozik, így a száraz levegõ gázállandójára

R_{s}={\frac {pV}{T}}=287,00\ \mathrm {\frac {m^{2}}{s^{2}K}}

adódik, a vízgőz gázállandója pedig

R_{v}=464,51\ \mathrm {\frac {m^{2}}{s^{2}K}} \ .

A levegő páratartalmára vonatkozó becslés szerint kell ezeknek megfelelő $\,R_{l}$ értéket használni.

A formula felhasználásával példaként kiszámolható a hozzávetőleges légnyomás teljesen száraz levegőben 3000 méter magasan, ha a tengerszinti nyomás 100500 Pa, a hőmérséklet pedig 25°C. Az eredmény 72100 Pa, ami annyit elárul, hogy a légnyomás már viszonylag kis emelkedés során is számottevően csökken, de a 3000 méteren várható légnyomást csak elég durván közelítettük meg.

Az adiabatikus modell a

{\frac {p}{\varrho ^{\varkappa }}}={\frac {p_{0}}{\varrho _{0}^{\varkappa }}}

állapotegyenletet használja fel, ahol $\,p_{0}$ és $\varrho _{0}$ a tengerszinten mért nyomás és sűrűség, a $\varkappa$ adiabatikus kitevő értéke pedig levegő esetén 1,4. Ennek és a hidrosztatika alapegyenletének alapján a $\,z$ magasságban várható nyomásra a

p_{z}={\sqrt[{{\frac {\varkappa }{\varkappa -1}}\ }]{p_{0}^{\frac {\varkappa -1}{\varkappa }}-{\frac {\varkappa -1}{\varkappa }}{\frac {\varrho _{0}g}{p_{0}^{1/\varkappa }}}\ z}}

adiabatikus magasságformula adódik.

z=3000 m

p0=100500 Pa

T=298 K

ρ0=1,2827 kg/m3 . 0,779624 m3/kg

v. 1,175 kg/m3 . 0,851 m3/kg

REPLEX

alsó z1, p1 és felső z2 magasság ismeretében felső p2 nyomás számítható

kis |z1-z2| esetén Tm=~1/2 (T1+T2) vehető

ekkor: ln p2 - ln p1 = (-g / RTm)(z2-z1) vagy p2=p1 e^( -(g / RTm)(z2-z1))

log p2 - log p1 = -0,01485 (dz/Tm)

A reális légkör nem izoterm, de rétegenként a középhőmérséklettel számolva a formula jól használható (barometrikus magasságformula). A met. talaj-észlelőállomások eszerint számítják át az állomáson mért nyomásértékeket a k.tsz-re, feltételezve, hogy a hőmérséklet-változása közepes tengerszintig 0,65 fC száz méterenként.

Szokás megadni az egyes magasságokhoz tartozó barometrikus magassági lépcsőt, vagyis annak a légoszlopnak a vastagságát, amelynek alsó és felső lapja között 1hPa a nyomáskülönbség. (K.tsz-en 8 m, 5500 m-en 14 m, 11000 m-en 25 m).

\log _{10}P\approx {5-{h \over 15500}}

,

ahol P a pascalban mért nyomás és h a tengerszint feletti magasság méterben. Ez megadja, hogy 31 km magasságban a nyomás körülbelül 10^(5-2) Pa = 1000 Pa, vagy 1%-a a tengerszintnél tapasztaltnak.

Egy a tengerszinttől a légkör tetejéig tartó 1 cm²-es levegőoszlop tömege körülbelül 1,037 kg. Egy 1 m² alapterületű oszlopra 100 KN (kilonewton) erő hat.

Mértékegységek hPa, Hgmm, mb

A szinoptikus (talaj-)térképeken a közepes tengerszintre átszámított lny-értékek (QFF) szerepelnek, valamint a lny.nak az elmúlt három órára vonatkozó változása értékei.

izobár

Az izobárok segítségével a szinoptikus térképeken kirajzolódnak a nyomásképződmények.

barometrikus magasságmérés A b.mm. légnyomást mér és magasságot mutat. Ha a mellékskálán az ICA Nk Egyezményes Légkör (NEL) k.tsz-i nyomásértéke, 1013,25 hP kerül beállításra (STD, azaz standardbeállítás), akkor a műszer áltl mutatott magasságo a repülés szintjén uralkodó nyomáshoz a NEL alapján hozzárendelt magasságok (nyomásmagasságok). Ezzel a beállítással relatív magasság mérhető, útvonalon, elkülönítésre használják. Amikor egy gép FL60-on repül, akkor a p=812,0 hPa-os nyomásfelületen repül, a szembeközlekedő pedig egy másik nyomásmagasságon.

Absz. magasság mérésére is alkalmas, ha a mellékskálán a mért vagy számított nyomás van beállíva. QFE futópályához viszonyított HEIGHT, QNH-nyomásadat beállításakor a ktsz feletti magasság ALTITUDE

Összefüggés a QNH és QFE között, ktszf E méter magasságban levő repülőtérre P_QNH=P_QFE(1+0,0000226×E)^5,255

Állandó légköri nyomás

Az állandó légköri nyomás vagy „az állandó légkör” (1 atm) egyenlő 101,325 kilopascallal (kPa).

Ezt megadhatjuk még:

760 milliméter higany (mmHg) vagy 1 torr
1013,25 millibar (mbar, vagy mb) vagy hektopascal (hPa)

Ez az „állandó nyomás” egy tetszés szerinti jellegzetes érték a tengerszintnél található légnyomásra. A valós légköri nyomás egy a helytől és időtől függő változó érték.

Átlagos tengerszinti nyomás (MSLP vagy SLP)

Az átlagos tengerszinti nyomás az a nyomás, amelyet úgy kapunk meg, hogy egyszerűen megmérjük a légnyomást a tengerszintnél, vagy egy adott magasságban található mérőállomás nyomását módosítjuk egy arra alkalmas magassági képlettel. A tengeri hajóknak és az alacsonyan fekvő időjárási állomásoknak korrigálniuk kell a barométerrel mért értékeiket, hogy megkapják az átlagos tengerszinti légnyomást.

Ezt az értéket hallhatjuk a rádióban és televízióban vagy olvashatjuk az újságban. Amikor az otthoni barométereket a helyi időjárás mérésére állítjuk be, akkor azok a tengerszintre vetített légnyomást mutatják, nem az aktuális helyi légnyomást.

A tengerszintre vetítés azt jelenti, hogy a légnyomás változásainak mértéke ugyanannyi mindenki számára. A magas, illetve alacsony légnyomás nem függ a domborzati helyzettől. Az azonos légnyomású helyeket az időjárási térképeken az ún. izobár vonalak rajzolják ki .

A légi közlekedésben használt nyomásmagasság (QNH , QFE vagy QNE) egy másik a tengerszintre vetítő mérés, de az eljárás amivel készül, eltér az előzőektől.

A QNH értékére beállított magasságmérő a tengerszint feletti magasságot adja meg.

A QFE értékére beállított magasságmérő pedig a repülőtér talajszintje feletti magasságot mutatja.

A QNE szerint leolvasott magasságmérő az egyezményes tengerszinti nyomáshoz viszonyított magasságot adja meg.

A tengerszinti légnyomás 1013,25 hPa (mbar) vagy 760 mm higanyoszlop (mmHg) nyomása. A légi közlekedés időjárás-jelentéseiben (METAR) a QNH-t teszik közzé millibarban vagy hektopascalban, kivéve az Egyesült Államokban és Kanadában, ahol higanyhüvelykben adják meg (inHg). Az időjárási kódoknál mindössze 3 számjegyre van szükség. A tizedespontok és az első egy vagy két számjegy elhagyható: 1013,2 mbar-t vagy 101,32 kPa-t 132-vel; 1000,0 mbar-t vagy 100,00 kPa-t 000-val; 998,7 mbar-t vagy 99,87 kPa-t 987-tel jelölik; stb. A legmagasabb tengerszinti légnyomást a Földön Szibériában mérhetjük, ahol a nyomás meghaladhatja a 1032,0 mbar-t. A legalacsonyabb nyomások a hurrikánok középpontjában találhatók.

Légnyomás-ingadozás

A légnyomás sokat változik a Földön, és ezek a változások fontosak az időjárás és az éghajlat tanulmányozásában. A legnagyobb légköri nyomást, 108,57 kPa-t (1085,7 mbar vagy 81,43 cm higany) a mongóliai Tosontsengelben rögzítették 2001. december 19-én. A magyarországi rekord 1055,9 hPa (Budapest-belterület (II. ker) 1907. január 24.).

A legalacsonyabb nyomás (nem tornádóban) 1979. október 12-én a Typhoon hurrikánban mért 86,996 kPa (869,96 mbar vagy 652,5 mmHg). A magyarországi rekord 968,6 hPa (Nagykanizsa, 1976. december 2.).

A légnyomás napi ritmusban változik. Ez a hatás nagyon erős a trópusi zónában és közel nulla a sarkköri területeken. A trópusokon akár 5 mbar is lehet a változás mértéke.

Légnyomás mérése

Barométer vagy Forrásponthőmérő - hipszométer segítségével lehetséges.

Források

FIZIKA I. Mechanika, Hõtan. Vitéz Gábor Miskolci Egyetem, Fizikai Tanszék (net) [1]

Lásd még

Külső hivatkozások

A Wikimédia Commons tartalmaz Orion 8/légnyomás témájú médiaállományokat.