Gases Atmosfera

Introducción

El aire atmosférico ejerce sobre toda pared sólida en la que se encuentra sumergido una presión perpendicular, que se denomina presión atmosférica, cuyo valor es aproximadamente de un kilogramo por centímetro cuadrado.

La presión atmosférica es la que ejerce la atmósfera sobre todos los objetos que se hallan en contacto con ella y que no es sino la manifestación del peso del aire.

Una columna de aire cuya base mida 1 cm2 y cuya altura sea la de la atmósfera, pesa 1003g y equilibra el peso de la columna de mercurio de igual diámetro y de 76 cm de altura o una de agua de 10,33 m, equivalentes a 1013 milibares. Dichos valores se refieren a la presión a nivel del mar, ya que, como la densidad del aire disminuye rápidamente con la altura, también experimenta un rápido descenso la presión, pues más de la mitad de todo el aire atmosfericose halla concentrado en los 5,000 primeros metros y 96% del mismo en los primeros 20,000 m. De ahí la necesidad de comprimir el aire en las cabinas de los aviones y la imposibilidad para los mismos de sustentarse y de hallar en la alta atmósfera el oxígeno necesario para el funcionamiento de los motores de combustión aerobia. Pero los cohetes, que no se apoyan con los planos sustentadores y que llevan su propia reserva de comburente, se mueven y funcionan en las atmósferas más enrarecidas e incluso en el vacío.

La presión atmosférica al nivel del mar se halla sujeta a variaciones provocadas por os movimientos de las masas de aire, dado que un aire frío es más denso que un aire caliente. Estos cambios provocan perturbaciones del tiempo.

Dícese que la atmósfera material rodea a las personas y a las cosas. Y por ext., la atmósfera moral y el conjunto de factores que contribuyen a crear una situación o estado particular alrededor de una persona.

Cordillera de los Andes Centrales, Chile

(P. Cereceda)

Marco teórico

Presión atmosférica

La presión atmosférica es la presión que ejerce el aire sobre la Tierra.

La presión atmosférica en un punto coincide numéricamente con el peso de una columna estática de aire de sección recta unitaria que se extiende desde ese punto hasta el límite superior de la atmósfera. Como la densidad del aire disminuye conforme aumenta la altura, no se puede calcular ese peso a menos que seamos capaces de expresar la variación de la densidad del aire ρ en función de la altitud z o de la presión p. Por ello, no resulta fácil hacer un cálculo exacto de la presión atmosférica sobre un lugar de la superficie terrestre; por el contrario, es muy difícil medirla, por lo menos, con cierta exactitud ya que tanto la temperatura como la presión del aire están variando continuamente .

La presión atmosférica en un lugar determinado experimenta variaciones asociadas con los cambios meteorológicos. Por otra parte, en un lugar determinado, la presión atmosférica disminuye con la altitud, como se ha dicho. La presión atmosférica decrece a razón de 1 mmHg o Torr por cada 10 m de elevación en los niveles próximos al del mar. En la práctica se utilizan unos instrumentos, llamados altímetros, que son simples barómetros aneroides calibrados en alturas; estos instrumentos no son muy precisos.

La presión atmosférica normalizada, 1 atmósfera, fue definida como la presión atmosférica media al nivel del mar que se adoptó como exactamente 101 325 Pa o 760 Torr. Sin embargo, a partir de 1982, la IUPAC recomendó que si se trata de especificar las propiedades físicas de las sustancias "el estándar de presión" debía definirse como exactamente 100 kPa o (≈750,062 Torr). Aparte de ser un número redondo, este cambio tiene una ventaja práctica porque 100 kPa equivalen a una altitud aproximada de 112 metros, que está cercana al promedio de 194 m de la población mundial.

Experimento de Torricelli

Este instrumento consta de un tubo de vidrio de 1m de alto, graduado en centímetrosy sujeto por una estructura de metal, que a su vez lo une con el recipiente (también de vidrio) donde se aloja el mercurio al principio del experimento.Su inventor es Toriccelli.

Las dimensiones del tubo son: 1m de alto y 1cm de ancho, el recipiente presenta 21 cm de largo y 6.5cm de ancho.

El experimento de Torricelli consiste en tomar un tubo de vidrio cerrado por un extremo y abierto por el otro, de 1 metro aproximadamente de longitud, llenarlo de mercurio, taparlo con el dedo pulgar e invertirlo introduciendo el extremo abierto en una cubeta con mercurio.

Si el tubo se coloca verticalmente, la altura de la columna de mercurio de la cubeta es aproximadamente, cerca de la altura del nivel del mar, de 760mm apareciendo en la parte superior del tubo el llamado vacio de Torricelli, que realmente es un espacio llenado por vapor de mercurio a muy baja tensión.

Torricelli observa que la altura de la columna variaba, y relacionó esa variación con los cambios en la presión atmosférica.

Este el el origen de la escala de medida de presión en milímetros de mercurio, y de la equivalencia de 1 atmósfera y 760 mm de Hg, ya que esta es la altura de la columna de mercurio cuando se realiza el experimento en condiciones atmosféricas normales y a nivel del mar.

Barómetro

Barómetro aneroide, un instrumento para medir la presión atmosférica

Un barómetro es un instrumento que mide la presión atmosférica. La presión atmosférica es el peso por unidad de superficie ejercida por la atmósfera.

Funcionamiento general

Los primeros barómetros estaban formados por una columna de líquido encerrada en un tubo cuya parte superior está cerrada. El peso de la columna de líquido compensa exactamente el peso de la atmósfera.

Historia

Los primeros barómetros fueron realizados por el físico y matemático italiano Evangelista Torricelli en el siglo XVII. La presión atmosférica equivale a la altura de una columna de agua de unos 10 m de altura. En los barómetros de mercurio, cuya densidad es 13.6 veces mayor que la del agua, la columna de mercurio sostenida por la presión atmosférica al nivel del mar en un día despejado es de aproximadamente unos 760 mm.

Los barómetros son instrumentos fundamentales para saber el estado de la atmósfera y realizar predicciones meteorológicas. Las altas presiones se corresponden con regiones sin precipitaciones, mientras que las bajas presiones son indicadores de regiones de tormentas y borrascas.

Unidades del barómetro

La unidad de medida de la presión atmosférica que suelen marcar los barómetros se llama hectopascal, de abreviación hPa. Esta unidad significa: hecto: cien; pascales:unidad de medida de presión.

Tipos de barómetros

Barómetro de mercurio

Fue inventado por Torricelli en 1643. Un barómetro de mercurio está formado por un tubo de vidrio de unos 850 mm de altura, cerrado por el extremo superior y abierto por el inferior. El tubo se llena de mercurio, se invierte y se coloca el extremo abierto en un recipiente lleno del mismo líquido.1 Si entonces se destapa se verá que el mercurio del tubo desciende unos centímetros, dejando en la parte superior un espacio vacío (cámara barométrica o vacío de Torricelli).

Del barómetro se derivan los siguientes instrumentos:

• Barógrafo, que registra las fluctuaciones de la presión atmosférica a lo largo de un periodo de tiempo mediante una técnica muy similar a la utilizada en los sismógrafos.

• Esfigmomanómetro, Registra las lecturas de la presión arterial

Manómetro

Un manómetro es un instrumento de medida que sirve para medir la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados. Esencialmente se distinguen dos tipos de manómetros, según se empleen para medir la presión de líquidos o de gases.

La historia de la medición de presión

• 1594 Galileo Galilei, nace en Pisa (Italia), obtiene la patente de una máquina para bombear agua de un río para el riego de tierras. El centro del bombeo era una jeringa. Galileo Galilei descubrió que 10 metros era el límite para el cual el agua se pueda elevar en la succión de la jeringa, pero eso no era explicación alguna para este fenómeno. Los científicos eran devotos a encontrar la causa para esto.

• 1644 Evangelista Torricelli (Torr). Físico italiano. Llenó un tubo de un metro de largo, sellado herméticamente con mercurio y lo colocó de forma vertical, con un extremo abierto en un recipiente con mercurio. La columna de mercurio, invariablemente, bajó unos 760 mm, dejando un espacio vacío encima de este nivel. Torricelli atribuyó la causa del fenómeno a una fuerza en la superficie de la tierra, sin saber, de dónde provenía. También concluyó que el espacio en la parte superior del tubo estaba vació, que no hay nada allí y lo llamó un “vació”.

Características y tipos de manómetros

Manómetro de dos ramas abiertas

Estos son los elementos con los que se mide la presión positiva, estos pueden adoptar distintas escalas. El manómetro más sencillo consiste en un tubo de vidrio doblado en ∪ que contiene un líquido apropiado (mercurio, agua, aceite, entre otros).

Manómetro truncado

El llamado manómetro truncado sirve para medir pequeñas presiones gaseosas, desde varios torrs hasta 1 Torr. No es más que un barómetro de sifón con sus dos ramas cortas. Si la rama abierta se comunica

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