Presión atmosférica

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Presión atmosférica

Presión atmosférica

Barómetro aneroide.

La presión atmosférica es la presión ejercida por el aire atmosférico en cualquier punto de la atmósfera. Normalmente se refiere a la presión atmosférica terrestre, pero el término es generalizable a la atmósfera de cualquier planeta o satélite.

La presi√≥n atmosf√©rica en un punto es num√©ricamente igual al peso de una columna de aire de √°rea de secci√≥n recta unitaria que se extiende desde ese punto hasta el l√≠mite superior de la atm√≥sfera. Como la densidad del aire disminuye cuando nos elevamos, no podemos calcular ese peso a menos que seamos capaces de expresar la densidad del aire ŌĀ en funci√≥n de la altitud z o de la presi√≥n p. Por ello, no resulta f√°cil hacer un c√°lculo exacto de la presi√≥n atmosf√©rica sobre la superficie terrestre; por el contrario, es muy f√°cil medirla.

La presi√≥n atmosf√©rica en un lugar determinado experimenta variaciones asociadas con los cambios meteorol√≥gicos. Por otra parte, en un lugar determinado, la presi√≥n atmosf√©rica disminuye con la altitud, a causa de que el peso total de la atm√≥sfera por encima de un punto disminuye cuando nos elevamos. La presi√≥n atmosf√©rica decrece a raz√≥n de 1 mmHg o Torr por cada 10 m de elevaci√≥n en los niveles pr√≥ximos al del mar. En la pr√°ctica se se utilizan unos instrumentos, llamados alt√≠metros, que son simples bar√≥metros aneroides calibrados en alturas; estos instrumentos no son muy precisos.

La presi√≥n atm√≥sf√©rica est√°ndar, 1 atm√≥sfera, fue definida como la presi√≥n atmosf√©rica media al nivel del mar que se adopt√≥ como exactamente 101 325 Pa o 760 Torr. Sin embargo, a partir de 1982, la IUPAC recomend√≥ que para prop√≥sitos de especificar las propiedades f√≠sicas de las sustancias "el est√°ndar de presi√≥n" deb√≠a definirse como exactamente 100 kPa o (‚Čą750.062 Torr). Aparte de ser un n√ļmero redondo, este cambio tiene una ventaja pr√°ctica porque 100 kPa equivalen a una altitud aproximada de 112 metros, que est√° cercana al promedio de 194 m de de la poblaci√≥n mundial.[1]

Contenido

Historia de su estudio

El experimento Torricelli con un tubo y mercurio.

En la antig√ľedad estaban lejos de sospechar el peso del aire. Lo consideraban como un cuerpo que por su naturaleza tend√≠a a elevarse; explic√°ndose la ascensi√≥n de los l√≠quidos en las bombas por el fuga vacui, "horror al vac√≠o", que tiene la naturaleza.

Cuando los jardineros de Florencia quisieron elevar el agua con una bomba de hélice, apreciaron que no podían superar la altura de 10,33 m (cerca de 34 pies). Consultado Galileo, determinó éste que el horror de la naturaleza al vacío se limitaba con una fuerza equivalente al peso de 10,33 m de agua (lo que viene a ser 1 atm de presión), y denominó a dicha altura altezza limitatíssima.

En 1643, Torricelli tomó un tubo de vidrio de un metro de longitud y lo llenó de "plata viva" (mercurio). Manteniendo el tubo cerrado con un tapon (material de corcho), lo invirtió e introdujo en una vasija con mercurio. Al retirar el dedo comprobó que el metal descendía hasta formar una columna cuya altura era 13,6 veces menor que la que se obtenía al realizar el experimento con agua. Como sabía que el mercurio era 13,6 veces más pesado que el agua, dedujo que ambas columnas de líquido estaban soportadas por igual contrapeso, sospechando que sólo el aire era capaz de realizar dicha fuerza.

Luego de la temprana muerte de Torricelli, llegaron sus experimentos a o√≠dos de Pascal, a trav√©s del Padre Mersenne que los dio a conocer por medio de un tratado, actualmente depositado en Par√≠s.[cita requerida] Aunque aceptando inicialmente la teor√≠a del horror al vac√≠o, no tard√≥ Pascal en cambiar de idea al observar los resultados de los experimentos que realiz√≥. Empleando un tubo encorvado y us√°ndolo de forma que la atm√≥sfera no tuviera ninguna influencia sobre el l√≠quido, observ√≥ que las columnas llegaban al mismo nivel. Sin embargo, cuando permit√≠a la acci√≥n de la atm√≥sfera, el nivel variaba.

Estos resultados le indujeron a abordar el experimento definitivo, consistente en transportar el barómetro a distintas altitudes y comprobar si era realmente el peso del aire el que determinaba la ascensión del líquido en el tubo. Al escribir a Perier, uno de sus parientes, el 15 de noviembre de 1647 acerca del experimento proyectado, decía:

Si sucede que la altura de la plata viva es menor en lo alto de la monta√Īa, que abajo, se deducir√° necesariamente que la gravedad y presi√≥n del aire es la √ļnica causa de esta suspensi√≥n de la plata viva, y no el horror al vac√≠o, porque es verdad que hay mucho m√°s aire que pese al pie de la monta√Īa que en su v√©rtice.

El 19 de septiembre de 1648, Pelier cumpli√≥ el deseo de su cu√Īado, y realiz√≥ el experimento ascendiendo a la cima del Puy-de-D√īme. Comparando la medida realizada en la cima, situada a un altura de 500 toesas (cerca de 1000 m), con la de base, tomada por el padre Chastin, hallaron una diferencia de tres l√≠neas y media entre ambas. La idea del horror vacui qued√≥ definitivamente abandonaba: el aire pesaba.

Sin dudar del m√©rito de la realizaci√≥n del experimento, fue sin embargo Descartes quien, en carta escrita en 1631, 12 a√Īos antes del experimento de Torricelli, afirmaba ya que

El aire es pesado, se le puede comparar a un vasto mantón de lana que envuelve la Tierra hasta más allá de las nubes; el peso de esta lana comprime la superficie del mercurio en la cuba, impidiendo que descienda la columna mercurial.

No obstante, el concepto de presi√≥n atmosf√©rica no empez√≥ a extenderse hasta la demostraci√≥n, en 1654, del burgomaestre e inventor Otto von Guericke quien, con su hemisferio de Magdeburgo, cautiv√≥ al p√ļblico y a personajes ilustres de la √©poca.

Ecuación altimétrica

La ecuación altimétrica establece una relación entre la altitud de un lugar (altura sobre el nivel del mar) con la presión atmósférica en ese lugar.

Para deducir una expresión elemental de la ecuación altimétrica, será suficiente con suporner que el aire se comporta como un gas ideal o perfecto y que su densidad viene dada en función de la presión p\,y de la temperatura T\,por

\rho=\frac{pM}{RT}

donde M\, es el peso molecular medio del aire (‚Čą 28.9 g/mol). Entonces, sustituyendo la densidad en la expresi√≥n

\frac{dp}{dz} = -\rho g =\frac{pM}{RT}g

se sigue

\frac{dp}{p} = -\frac{Mg}{RT}\,dz

En una primera aproximación, podemos considerar constante la temperatura en el intervalo de integración (atmósfera isoterma) y que se despreciar la variación de g en dicho intervalo. En esta condiciones, podemos integrar entre el nivel z=0 (v.g., el nivel del mar) y una altura z sobre dicho nivel, resultando


\ln \frac{p}{p_0} =
 -\frac{Mg}{RT}\,z =
 -\left ( \frac{\rho_0 g}{p_0} \right )\,z =
 -\frac{1}{\alpha} z

donde hemos tenido en cuenta que ŌĀ0/p0 = M/RT.

As√≠, la presi√≥n atmosf√©rica disminuye con la altitud seg√ļn una ley exponencial:

(1) \,
p = p_0 \, e^{-z/\alpha}

Tomando los valores normales:

\rho_0\, = 1.292 kg/m3,
g\, = 9.80665 m/s2 y
p_0\, = 760 mmHg = 101 325 Pa,

la constante őĪ toma el valor

\alpha\, ‚Čą 8 000 m

Naturalmente, la expresión [1] nos permite despejar la altitud z en función de la presión; obtenemos

(2) \,
z = \alpha\ln\frac{p_0}{p} =
8000 \ln\frac{p_0}{p} \quad \text{(en metros)}

que es la ecuación altimétrica.

Estabilidad e inestabilidad atmosférica

Cuando el aire está frío, desciende, haciendo aumentar la presión y provocando estabilidad. Se forma,entonces, un anticiclón térmico. Cuando el aire está caliente, asciende, haciendo bajar la presión y provocando inestabilidad. Se forma entonces un ciclón o borrasca térmica.

Además, el aire frío y el cálido rehusan a mezclarse, debido a la diferencia de densidades; y cuando se encuentran en superficie, el aire frío empuja hacia arriba al aire caliente provocando un descenso de la presión e inestabilidad, por causas dinámicas. Se forma entonces un ciclón, o borrasca dinámica. Esta zona de contacto es la que se conoce como frente. Cuando el aire frío y el cálido se encuentran en altura, descienden en convergencia dinámica, haciendo aumentar la presión y provocando estabilidad, y el consiguiente aumento de la temperatura. Se forma, entonces un anticiclón dinámico.

Enlaces externos

Véase también

Referencias

  1. ‚ÜĎ ¬ęStandard Pressure IUPAC.org, Gold Book,¬Ľ (en ingl√©s). Consultado el 14/01/2008.

Bibliografía

  • Ortega, Manuel R. (1989-2006). Lecciones de F√≠sica (4 vol√ļmenes) (en espa√Īol). Monytex. ISBN 84-404-4290-4, ISBN 84-398-9218-7, ISBN 84-398-9219-5, ISBN 84-604-4445-7.
  • Resnick, Robert & Halliday, David (2004). F√≠sica 4¬™ (en espa√Īol). CECSA, M√©xico. ISBN 970-24-0257-3.
  • Tipler, Paul A. (2000). F√≠sica para la ciencia y la tecnolog√≠a (2 vol√ļmenes) (en espa√Īol). Barcelona: Ed. Revert√©. ISBN 84-291-4382-3.

Enlaces externos

Obtenido de "Presi%C3%B3n atmosf%C3%A9rica"

Wikimedia foundation. 2010.

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