جهاز قياس الضغط الجوي
يُعرَف الغلاف الجوي بأنّه طبقة الهواء التي تحيط بالأرض، والتي تضغط على جميع الأجسام بسبب وزن الهواء؛ وذلك نتيجة تأثير قوة الجاذبية الأرضيّة التي تسحبه نحوها، وبالتالي يتمّ قياس الضغط الجوي من خلال جهاز يسمى بالبارومتر وهو أداة علميّة تُستخدم لقياس الضغط، وتتمّ الاستفادة من هذه القياسات في معرفة الحالة الجويّة، حيث إنّ التغيّر في ضغط الهواء يؤثّر على الطقس، وهذا ما يستخدمه خبراء الأرصاد الجوية في التنبؤ بالتغيّرات الجوية قصيرة المدى.
وحدة قياس الضغط الجوي atm
هي عبارةٌ عن وحدةٍ عالميةٍ لقياس الضغط والتي يرمز لها بـ atm، والتي تم اعتمادها عام 1945م بأنّها تساوي بدقة 1,013,250 داين/سم2، والذي يعادل 101,325 باسكال.
باوند ثقلي في البوصة المربعة
تعادل 6,894.76 باسكال و68.948×10−3بار، كما أنّها تساوي 68.046×10−3 ضغط جوي و51.715 بارًا.
جهاز يستخدم لقياس الضغط الجوي
البارومتر أو مقياس الضغط الجوي جهاز لقياس الضغط الجوي. تستخدم مراكز الأرصاد الجوية البارومتر لمعرفة التغيرات في ضغط الهواء. وكثيرا ما تعني هذه التغيرات أن الطقس سيتغير. ويمكن استخدام البارومتر أيضا لقياس الارتفاعات المختلفة حيث يقل الضغط الجوي كلما زاد الارتفاع.
اخترع العالم الإيطالي إيفانجليستا توريشلي البارومتر عام 1643 م. وكان جهاز توريشلي يتكون من أنبوب زجاجي طويل وضعه مقلوباً وهو مملوء بالزئبق، في كوب من الزئبق فانخفض عمود الزئبق في الأنبوب، وأصبحت قمته على ارتفاع 76 سم فوق سطح الزئبق الذي في الكوب. وظل الزئبق ثابتا في الأنبوب نتيجة لضغط الهواء على سطح السائل في الكوب. وبذلك أثبت توريشلي أن الضغط الجوي يعادل تقريبا وزن عمود من الزئبق طوله 76 سم.
وتقيس البارومترات الحديثة الضغط الجوي بالمليمتر الزئبقي أو بوحدة تسمى البار تنقسم إلى ألف مليار. والبار وحدة ضغط في النظام المتري، ويسجل العلماء معظم قياسات الضغط بالمليبار. فمتوسط الضغط الجوي عند مستوى سطح الأرض 1,013 مليبار، وهو يساوي 760 ملم زئبقي.
ولمقارنة قياسات الضغط المأخوذة عند الارتفاعات ودرجات الحرارة المختلفة يُحوِّل العلماء هذه القياسات إلى القيمة التي تساوي الصفر المئوي عند سطح البحر.
قانون قياس الضغط الجوي
كيفية حساب الضغط الجوي يتمّ تقريب الضغط الجوي إلى الضغط الهيدروستاتيكي لوزن الهواء فوق نقطة القياس، وبالتالي فإنّ ضغط الهواء يعتمد بشكلٍ أساسي على الارتفاع عن نقطة القياس، ولإيجاد الضغط يلزم معرفة عدّة ثوابت، وهي:
- ثابت الغاز العام = 8.31432 نيوتن.متر/مول.كلفن. الجاذبية الأرضية عند سطح البحر = 9.80665 متر/ثانية2 الكتلة المولية للهواء = 0.0289644 كيلوغرام/مول. الارتفاع (ف)= ارتفاع نقطة القياس عن مستوى سطح البحر.
- الحد الأدنى لارتفاع المنطقة التي تقع داخلها نقطة القياس، وهي معطاة بآلاف الأمتار (0، 11، 20، 32، 47، 51، 71).
- درجة الحرارة القياسية وهي تعتمد على الحد الأدنى لارتفاع المنطقة التي تقع بداخلها نقطة القياس، وهي معطاة بوحدة الكلفن ( 288.15، 216.65، 216.65، 228.65، 270.65، 270.65، 214.65).
- معدل انخفاض درجة الحرارة في المنطقة، وهي معطاة بوحدة الكلفن/ متر.
- تحديد الضغط القياسي التابع لمنطقة القياس وضمن الوحدات المحددة، وعلى سبيل المثال: الضغط للمنطقة السابعة بوحدة الباسكال هي كالتالي (101، 325، 22، 632، 5474، 868، 110، 66، 4).
البارومتر المعدني
هو عبارة عن جهاز يُستخدم لقياس قيمة الضغط الجوي بالمليميتر الزئبقي أو بالبار والتي تقسم إلى الألف ملي بار بالنظام المتري، وتحديداً من قبل مراكز الأرصاد الجوية، بهدف معرفة التغيرات التي تحدث في ضغط الهواء أو بمعنى آخر تغيرات الطقس، إضافةً إلى استخدامه لقياس الارتفاعات المختلفة؛ لأنّه كلّما زاد الارتفاع في منطقة معينة كلّما قلّ الضغط الجوي فيها، فعلى سبيل المثال يصل متوسط الضغط الجوي على مستوى سطح الأرض إلى 1.013 ملي بار أي ما يعادل السبعمئة وستين ملم زئبق، علماً بأنه تم اختراعه على يد العالم الإيطالي إيفانجليستا توريشلي في العام 1643م، بحيث كان يتركب من أنبوب زجاجي طويل مليء بمادة الزئبق بشكل مقلوب داخل كوب مليء بالزئبق أيضاً، فانخفض هذا العمود بداخل الكوب وأصبح على ارتفاع سبع وستين سنتيمتر فوق مستوى سطح الزئبق داخل الكوب، ونتيجةً لضغط الهواء اعلى سطح السائل الموجود في الكوب؛ بقيَّ الزئبق ثابتاً مكانه داخل الأنبوب فأثبت توريشلي بأن الضغط الجوي يقارب قيمة وزن عمود من الزئبق والذي طوله ست وسبعين سنتيمتر.
لماذا يستخدم الزئبق في قياس الضغط الجوي
يرتبط استخدام الزئبق فيه مع عدة أسباب، وهي:
- يمتاز الزئبق بأن كثافته عالية، لذلك يصل ارتفاعه في الأنبوب الزجاجي إلى (76 سنتيمتراً).
- قليل التبخر بسبب ارتفاع نسبة درجة غليانه.
- تتماسك جزيئاته بقوة شديدة أعلى من تماسكها مع جزيئات الزجاج، لذلك يُقدّم قراءةً دقيقة لنسبة الضغط الجوي.
- يمكن رؤيته من خلال الزجاج.
