Blog
Tin tức & Sự kiện
Thư viện khoa học
Dự án
Video
Áp suất khí quyển là gì mà có thể tác động nhiều tới đời sống của con người. Đây là một yếu tố rất quan trọng đối với hoạt động nghiên cứu về thời tiết và khí hậu mà bạn cần nắm rõ.
Áp suất khí quyển là gì?
Áp suất khí quyển (còn gọi là áp suất không khí hay khí áp) là áp suất của lớp không khí tác động trực tiếp lên bề mặt Trái Đất. Tương tự, các hành tinh khác cũng có áp suất không khí ở những nơi có không khí.
Khi độ cao tăng lên, áp suất khí quyển giảm dần do lượng không khí giảm. Đơn vị đo áp suất khí quyển là Pascal (Pa), trong đó 1 Pascal bằng 1 Newton trên mét vuông (1 Pa = 1 N/m²).
Nếu lấy một cột không khí có diện tích đáy 1 cm², khối lượng của nó sẽ là 1,03 kg. Khi quy đổi sang trọng lượng, ta có 10,1 Newton trên mỗi cm² (10,1 N/cm²), tương đương với 101 kiloNewton trên mỗi mét vuông (101 kN/m² hay kPa).
Bản chất của áp suất khí quyển
Áp suất khí quyển là kết quả của lực hút của Trái Đất lên các phân tử không khí trong khí quyển ngay tại bề mặt. Công thức tính áp suất khí quyển phụ thuộc vào khối lượng của hành tinh, bán kính bề mặt, số lượng và thành phần của các loại khí, cũng như sự phân bố thẳng đứng của chúng trong khí quyển.
Áp suất khí quyển có thể bị thay đổi bởi chuyển động quay của hành tinh và các yếu tố ảnh hưởng như vận tốc gió hay sự thay đổi mật độ do nhiệt độ.
Áp suất mực nước biển trung bình (MSLP)
Áp suất mực nước biển trung bình (MSLP) là áp suất khí quyển được đo tại mực nước biển trung bình. Đây là chỉ số thường được sử dụng trong các bản tin thời tiết trên đài phát thanh, truyền hình, báo chí, và trên Internet. Giá trị trung bình của áp suất mực nước biển là 1013,25 hPa (29,921 inHg; 760,00 mmHg).
Áp suất tại các bề mặt
Áp suất bề mặt là áp suất khí quyển tại một điểm cụ thể trên bề mặt Trái Đất, có thể là mặt đất hoặc mặt nước biển. Áp suất này tỷ lệ thuận với khối lượng không khí tại vị trí đó.
Giá trị trung bình của áp suất bề mặt trên Trái Đất là 985 hPa, khác biệt với áp suất trung bình tại mực nước biển do có sự chênh lệch áp suất giữa các điểm trên hoặc dưới mực nước biển. Áp suất trung bình tại mực nước biển là 1013,25 hPa, tương đương với 1 atmosphere (atm) hoặc 29,92 inchHg.
Mối quan hệ giữa áp suất (P), khối lượng (m), và gia tốc trọng lực (g) được mô tả qua công thức:
P = F / A = (m * g) / A, trong đó A là diện tích bề mặt. Như vậy, áp suất khí quyển tỷ lệ thuận với trọng lượng của khối lượng khí quyển trên mỗi đơn vị diện tích tại vị trí đó.
Áp suất theo độ cao
Áp suất khí quyển trên Trái Đất thay đổi theo độ cao của bề mặt, do đó áp suất khí quyển tại núi thường thấp hơn tại mực nước biển. Áp suất khí quyển giảm từ bề mặt Trái Đất lên đến đỉnh của tầng trung lưu. Mặc dù áp suất khí quyển có thể thay đổi theo thời tiết, nhưng khi độ cao tăng, áp suất khí quyển luôn giảm. Có thể tính toán áp suất khí quyển tại một độ cao cụ thể bằng cách sử dụng các công thức tương ứng.
Nhiệt độ và độ ẩm cũng ảnh hưởng đến áp suất khí quyển. Áp suất khí quyển tăng theo tỷ lệ với nhiệt độ và giảm theo tỷ lệ với độ ẩm. Để tính toán chính xác áp suất khí quyển, cần biết cả hai yếu tố này. Biểu đồ dưới đây minh họa sự tác động của độ cao lên áp suất khí quyển tại nhiệt độ 15°C và độ ẩm tương đối là 0%.
Áp suất theo độ sâu của nước
Một bầu khí quyển (101,325 kPa hoặc 14,7 psi) cũng là áp suất gây ra bởi trọng lượng của một cột nước ngọt xấp xỉ 10,3 m (33,8 ft). Do đó, một người lặn ở độ sâu 10,3 m dưới nước phải chịu áp suất khoảng 2 atm (1 atm không khí và 1 atm nước). Ngược lại, 10,3 m là độ cao tối đa mà nước có thể được nâng lên bằng cách sử dụng lực hút trong điều kiện khí quyển tiêu chuẩn.
Áp suất thấp, chẳng hạn như luồng khí tự nhiên, đôi khi được quy định bằng đơn vị inchH2O. Thiết bị dân dụng sử dụng khí đốt điển hình được đánh giá tối đa là 1/2 psi, tương đương với 3487 Pa hoặc 34,9 milibar. Các đơn vị đo lường tương tự với nhiều tên và ký hiệu khác nhau dựa trên milimét, cm hoặc mét hiện ít được sử dụng hơn.
Cách đo áp suất khí quyển với các đơn vị thông dụng
Công thức tính áp suất khí quyển cụ thể như sau:
Trong đó:
- P: Độ lớn của áp suất khí quyển (mmHg)
- F: Lực tác động lên một bề mặt xác định (N)
- S: Diện tích của bề mặt chịu lực ép của không khí (m²)
Đơn vị đo áp suất thông thường là milimet thủy ngân (mmHg). Ngoài ra, còn có các đơn vị đo khác như: N/m², Pascal (Pa), Psi, Bar, atm, kg/cm², và psf.
Để biết áp suất khí quyển bằng bao nhiêu khi quy ra các đơn vị khác nhau bạn dựa vào bảng dưới đây:
| Tên đơn vị | Giá trị |
| Pascal (Pa N/m2) | 1 |
| Kilôpascal (kPa) | 0.001 |
| Milibar (mb) | 0.01 |
| Bar (bar) | 0.00001 |
| Kilôbar (kbar) | 0.00000001 |
| Áp suất khí quyển (atm) | 0.0000098692 |
| Kilôgam trên mỗi cm vuông (kg/cm2) | 0.000010197 |
| Pound mỗi inch vuông (Psi) | 0.000145 |
| Pound mỗi foot vuông (psf) | 0.020885 |
Các thiết bị đo áp suất khí quyển dùng trong quan trắc khí tượng
Hiện nay, trên thị trường có nhiều loại thiết bị, cảm biến đo áp suất khí quyển, bao gồm:
3 Yếu tố ảnh hưởng đến áp suất khí quyển
Áp suất khí quyển chịu ảnh hưởng trực tiếp của ba yếu tố: độ cao, nhiệt độ và thời tiết.
Độ cao: Khi lên cao, áp suất khí quyển giảm dần. Nguyên nhân là không khí trở nên loãng hơn, khối lượng riêng của không khí cũng giảm (giải thích chi tiết có thể được theo dõi tại bài viết riêng). Trọng lượng tác động lên bề mặt Trái Đất giảm, dẫn đến áp suất không khí cũng giảm theo.
Nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng, không khí nở ra và trở nên nhẹ hơn, dẫn đến áp suất khí quyển giảm. Ngược lại, khi nhiệt độ giảm, không khí co lại và trở nên nặng hơn, làm cho áp suất khí quyển tăng lên.
Thời tiết: Thời tiết ổn định với tốc độ gió yếu và bầu trời quang đãng thường đi kèm với áp suất khí quyển cao hơn. Trong khi đó, những ngày có mưa, gió mạnh và nhiều mây sẽ làm cho áp suất khí quyển giảm.
Ứng dụng của áp suất khí quyển trong đời sống
Áp suất khí quyển có nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống, từ y tế, giáo dục, đến công nghiệp sản xuất và chế tạo máy móc (như máy cao áp, máy bơm rửa xe, máy bay…).
Trong ngành công nghiệp, áp suất khí quyển đóng vai trò rất quan trọng. Nó được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị, dây chuyền sản xuất, động cơ, và máy móc. Việc kiểm soát và giám sát áp suất khí quyển là cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình vận hành. Nếu áp suất không khí vượt quá ngưỡng cho phép, nó có thể gây ra các vụ nổ lớn, rất nguy hiểm. Do đó, cần có sự giám sát nghiêm ngặt và điều chỉnh phù hợp.
Trong lĩnh vực khí tượng thủy văn, hiểu biết về áp suất khí quyển giúp dự báo thời tiết, theo dõi và phân tích các hiện tượng khí hậu. Áp suất khí quyển là yếu tố quan trọng trong việc dự báo bão, gió mạnh, và các hiện tượng thời tiết khắc nghiệt khác. Các trạm quan trắc khí tượng thủy văn hiện đại sử dụng dữ liệu áp suất khí quyển để cung cấp thông tin chính xác và kịp thời cho các cơ quan chức năng và người dân, giúp nâng cao an toàn và hiệu quả trong các hoạt động sản xuất, vận tải, và sinh hoạt.
Vì sao càng lên cao áp suất khí quyển càng giảm?
Càng lên cao, áp suất khí quyển càng giảm do lực hút của Trái Đất lên các phân tử khí giảm và bề dày của khí quyển tính từ điểm đo áp suất cũng giảm. Đây là một nguyên lý cơ bản trong khí tượng học và là yếu tố quan trọng trong nhiều lĩnh vực ứng dụng như hàng không và khí tượng thủy văn. Việc hiểu rõ nguyên lý này giúp cải thiện các mô hình dự báo thời tiết và hỗ trợ các hoạt động liên quan đến hàng không, đảm bảo an toàn và hiệu quả.