ضغط جوي

الضغط الجوي هووزن عمود من الهواء مساحة مبتره وحدة المساحات بارتفاع يعادل سمك الغلاف الجوي. الضغط الجوي = 1 atm أوبالتقريب 1 بار. وهويتكوّن من عدة غازات (النيتروجين 78% والأكسجين 21%، بالإضافة إلى غازات أُخرى). يتناقص الضغط الجوي مع الإرتفاع عن مستوى سطح البحر، ويبلغ عند مستوى سطح البحر 1 atm أو1.0132 بار.

المناطق ذات الضغط الجوي المنخفض لها كتلة غلاف جوي أقل، بينما المناطق ذات الضغط الجوي المرتفع لها كتلة غلاف جوي أكثر من غيرها.

يتكون الضغط الجوي المنخفض عندما ترتفع درجة الحرارة إذ يؤدي هذا إلى تسارع جزيئات الهواء وابتعادها عن بعضها، ويتكون الضغط الجوي المرتفع عندما تنخفض درجة الحرارة، إذ يؤدي ذلك إلى بطء جزيئات الهواء واقترابها من بعضها.

يبلغ وزن عمود الهواء، عند سطح البحر، مساحة مبتره متر مربّع، وارتفاع سُمك الغلاف الجوي،عشرة طن تقريباً. حدثا زاد الارتفاع عن سطح البحر قلَّ الضغط الجوي، والعكس سليم.

الضغط الجوي القياسي

يبلغ الضغط الجوي 760 ميلليمتر زئبق = 325 101 باسكال = 1.013 بار

أي حتى وزن عمود من الزئبق مساحة مبتره 1 سنتيمتر مربع وارتفاعه 760 ملليمتر. وهذا يعادل وزن عمود الهواء الواقع على 1 سنتيمتر مربع وارتفاعه ازدياد الغلاف الجوي للأرض.
فإذا كانت كثافة الزئبق 13.53 جرام/ سنتيمتر مكعب، فيمكن حساب الضغط الجوي من خلال القانون الآتي:

{\displaystyle p=\rho gh

وهذا يعني أن:

الضغط الجوي = كثافة الزئبق × إرتفاع عمود الزئبق × عجلة الجاذبية الأرضية.

الضغط الجوي = 13.53 × 1000 ×0.76 × 9.81 = 100874.268 نيوتن / متر مربع

وإذا أردنا حساب وزن عمود الهواء من الغلاف الجوي الواقع على 1 متر مربع بالكيلوجرام، نقوم بقسمة الناتج المذكور أعلاه على قيمة عجلة الجاذبية الأرضية نحصل على:

وزن عمود الهواء بالكيلوجرام على المتر المربع = 100874.268 ÷ 9.81 = 10282.8 كيلوجرام/ متر مربع.

أي أكثر منعشرة طن على المتر المربع.

متوسط الضغط الجوي عند سطح البحر

Map showing atmospheric pressure in mbar or hPa

15-year average mean sea-level pressure for June, July, and August (top) and December, January, and February (bottom). ERA-15 re-analysis.

Kollsman-type barometric aircraft altimeter (as used in North America) displaying an altitude of 80 قدم (24 م), calibrated for 28.87 inHg sea-level pressure.

يقاس بالبارومتر ويتم قياسه على مستوى سطح البحر، وهوما يتم بالعادة ذكره في نشرات الطقس على الإذاعة والتلفزيون والصحف والانترنت.

ويستعمل فهم المناخ الضغط عند سطح البحر من أجل تحديد وتصنيف مراكز الضغط الجوي على الكرة الأرضية. فنجده يعهد مجموعة من مراكز الضغط الجوي التي تهيمن على مناخ وطقس مناطق واسعة من الكرة الأرضية. وهي مصنفة إلى نوعين: المرتفعات الجوية والمنخفضات الجوية. فمن بين هذه المرتفعات بالنصف الشمالي من الكرة الأرضية، نجد مرتفع الآصور ومرتفع سيبيريا. ومن أبرز المنخفضات الجوية للنصف الشمالي للكرة الأرضية نذكر منخفض إيسلندا.

اختلاف الضغط الجوي عند اختلاف الارتفاع عن سطح الأرض

يختلف الضغط الجوي عند سطح الأرض ارتفاعاً إلى طبقة الميزوسفير. على الرغم من تغير الضغط الجوي بتغير حالة الطقس، قامت ناسا بوضع متوسط حسابي لجميع الحالات ولجميع المناطق على مرور السنين. ويمكن ايجاد الضغط الجوي من خلال معادلة تصف علاقة الارتفاع بالضغط الجوي، حدثا زاد الارتفاع عن سطح الأرض قل الضغط الجوي مع الأخذ بالاعتبار تأثير الحرارة والرطوبة على دقة النتيجة. على ازدياد منخفض عن سطح البحر، ينخفض الضغط الجوي بمقدار cca 1.2 kPa لكل 100 متر

للأرتفاعات ضمن طبقة التروبوسفير نستطيع ايجاد قمية الضغط الجوي p بالنسبة للأرتفاع h من خلال معادلة الصيغة البارومترية

${\displaystyle {\begin{aligned p&=p_{0 \cdot \left(1-{\frac {L\cdot h {T_{0 \right)^{\frac {g\cdot M {R_{0 \cdot L \\&=p_{0 \cdot \left(1-{\frac {g\cdot h {c_{\text{p \cdot T_{0 \right)^{\frac {c_{\text{p \cdot M {R_{0 \approx p_{0 \cdot \exp \left(-{\frac {g\cdot h\cdot M {T_{0 \cdot R_{0 \right)\end{aligned$

Parameter	الوصف	القيمة
p₀	الضغط الجوي القياسي عند سطح البحر	101325 Pa
L	temperature lapse rate	0.0065 K/m
T₀	درجة الحرارة القياسية عند سطح البحر	288.15 K
g	تسارع الجاذبية الأرضية عند سطح الأرض	9.80665 m/s²
M	molar mass of dry air	0.0289644 kg/mol
R	ثابت الغازات العام	8.31447 J/(mol•K)

وحدات الضغط

**وحدات الضغط**
	پاسكال (Pa)	bar (bar)	ضغط جوي تقني (at)	atmosphere (atm)	torr (Torr)	بوصة مربعة (psi)
1 Pa	≡ 1 N/m²	10⁻⁵	1.0197×10⁻⁵	9.8692×10⁻⁶	7.5006×10⁻³	145.04×10⁻⁶
1 bar	100,000	≡ 10⁶ داين/cm²	1.0197	0.98692	750.06	14.5037744
1 at	98,066.5	0.980665	≡ 1 kgf/cm²	0.96784	735.56	14.223
1 atm	101,325	1.01325	1.0332	≡ 1 atm	760	14.696
1 torr	133.322	1.3332×10⁻³	1.3595×10⁻³	1.3158×10⁻³	≡ 1 Torr; ≈ 1 mmHg	19.337×10⁻³
1 psi	6,894.76	68.948×10⁻³	70.307×10⁻³	68.046×10⁻³	51.715	≡ 1 lbf/in²

Example reading: 1 Pa = 1 N/m² = 10⁻⁵ bar = 10.197×10⁻⁶ at = 9.8692×10⁻⁶ atm, etc.

تأثير الارتفاع على الإنسان

يقل الضغط الجوي بالارتفاع عن سطح الأرض وبالتالي يقل الأكسجين في الجومماقد يكون له تأثير على الكائنات الحية التي تتنفس الهواء، وتحتاج الأكسجين في تنفسها. وتأثير الارتفاع على الإنسان يجري كالآتي:

ارتفاع 2400 متر: هذا يعادل الضغط داخل طائرات الركاب، ولاقد يكون له تأثير
ارتفاع 2500 متر: يبدأ بعض الناس الحساسون بالشعور بالدوار.
ارتفاع 3500 متر: يشعر نحوثلث الناس الغير معتادين على ذلك بالشعور بالدوخان والتعب.
ارتفاع 4000 متر: يشعر 95% من غير المعتادين بالدوخان والتعب.
ارتفاع 5500 متر: يستطيع بعض الناس العيش على هذا الارتفاع. وتبلغ كمية الأكسجين على هذا الارتفاع نحونصف كميته عند سطح البحر.
ارتفاع 7500 متر: هنا تبدأ المنطقة القاتلة: متسلقي الجبال لا يستطيعون البقاء على ذلك العلوأكثر من يوم بدون أنابيب الأكسجين.
ارتفاع 8848 متر: أعلى نقطة على سطح الأرض، وهى قمة جبل إفرست. لا تستطيع البقاء على ذلك العلومن دون أنابيب الأكسجين
ارتفاع 12192 متر: متوسط ازدياد مستوى الطيران للطائرات التجارية. وهنا يتم إمداد كابينة الطائرة بالهواء المضغوط من الخارج مع ضبط درجة حرارته.

تغير الضغط الجوي بالارتفاع

قنينة من البلاستيك أغلقت فارغة على ازدياد 2000 متر، حيثقد يكون ضغط الهواء قليلا فتمتلئ القنينة بقدر ضئيل من ذرات الهواء، وتُرى قد أصابها الضمور عند عودتها إلى سطح البحر وذلك لزيادة الضغط الجوي المحيط بالقنينة عن الضغط الداخلي بها.

ينخفض الضغط الجوي حدثا زاد الارتفاع عن سطح البحر طبقا ل دالة أسية. وعلى الرغم من تغير الجوأيضا بسبب أحوال الطقس والحرارة فقد قامت ناسا بحساب تغير متوسط الضغط على ارتفاعات مختلف لجميع المناطق الأرض. وتعطينا القائمة التالية تغير الضغط الجوي بالارتفاع بالتقريب:

جزء من 1 atm	متوسط الارتفاع
جزء من 1 atm	(متر)	(قدم)
1	0	0
1/2	5،486	18،000
1/3	8،376	27،480
1/10	16،132	52،926
1/100	30،901	101،381
1/1000	48،467	159،013
1/10000	69،464	227،899
1/100000	86،282	283،076

سطح ضغطي

السطح الضغطي هوسطح له قيمة ضغط جوي متوسطة واحدة في كافة امتداداته، كما في السطح الضغطي 1000 مليبار، 850 مليبار، 700 مليبار، 500 مليبار، 300 مليبار، 200 مليبار، 100 مليبار، ويتصف السطح الضغطي في كونه لا يمتد بشكل أفقي تماماً، بل نجده كائلاً وأحياناً متموجاً، وذلك لأن معدل تناقص الضغط مع الارتفاع ليس ثابتاً، لأنه يتوقف على درجة الحرارة والرياح وكثافة الهواء.

نقطة غليان الماء

الماء يغلي

طبقا للتعريف يغلى الماء عند درجة حرارة 100 مئوية. ودرجة الغليان هي درجة الحرارة التي يتساوى عندها ضغط البخار مع الضغط المحيط بالماء.. وبسبب ذلك تنخفض درجة غليان الماء تحت وطأة الضغط المنخفض وتعلومع علوالضغط. ولهذا يحتاج الطبخ على الأعالى أعلى من مستوى سطح البحر لأوقات تزيد عن المعهود.

ويمكن تحديد ذلك عن طريق فهم نقطة غليان الماء على ذلك الارتفاع. وقد استخدمت تلك الطريقة خلال القرن التاسع عشر عن طريق الرحالة والمستكشفين لتحديد ازدياد المناطق التي كانوا يزورونها.

انظر أيضا

Atmosphere (unit)
Atmospheric density
Atmosphere of Earth
Barometric formula
Barotrauma – physical damage to body tissues caused by a difference in pressure between an air space inside or beside the body and the surrounding gas or liquid.
Cabin pressurization
Effects of high altitude on humans
High-pressure area
International Standard Atmosphere, a tabulation of typical variation of principal thermodynamic variables of the atmosphere (pressure, density, temperature, etc.) with altitude, at middle latitudes.
Low-pressure area
فهم الأرصاد الجوية
NRLMSISE-00
Plenum chamber
ضغط
ضغط محيط
Pressure measurement
Subtropical ridge

المراجع

^ فهم المائع Archivedستة September 2017^{[Date mismatch]} at the Wayback Machine.
^ by Portland State Aerospace Society, 2004, accessed 05-03-2011.^{[وصلة مكسورة]}, original article cached at "Webarchive": Archived 19 February 2015 at the Wayback Machine.
^ Vapor Pressure, original article cached at "Webarchive": Archived 14 September 2017 at the Wayback Machine.
^ Crisco - Articles & Tips - Cooking Tips - High Altitude Cooking^{[وصلة مكسورة]}, original article cached at "Webarchive": Archived 23 September 2010 at the Wayback Machine.
^ Empty citation (help)
^ [M.N. Berberan-Santos, E.N. Bodunov, L. Pogliani, On the barometric formula. Am. J. Phys. 65 (5), 404-412 (1997)]