le L'expérience de Torricelli Elle a été réalisée par le physicien et mathématicien italien Evangelista Torricelli en 1644 et a abouti à la première mesure de la pression atmosphérique.
Cette expérience est née de la nécessité d'améliorer l'approvisionnement en eau des villes. Evangelista Torricelli (1608-1647), mathématicien de la cour du grand-duc de Toscane Ferdinand II, avait étudié les phénomènes hydrauliques avec Galilée.
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En 1644, Torricelli fit l'expérience suivante:
- Il a introduit du mercure dans un tube de 1 m de long, ouvert à une extrémité et fermé à l'autre..
- Lorsque le tube était complètement plein, il l'a inversé et l'a jeté dans un récipient contenant également du mercure..
- Torricelli a observé que la colonne est descendue et s'est arrêtée à environ 76 cm de hauteur.
- Il s'est également rendu compte qu'un vide avait été créé dans l'espace qui était libre, mais pas parfait..
Torricelli a répété l'expérience en utilisant différents tubes. Il a même fait une petite variation: il a ajouté de l'eau au seau, qui, étant plus léger, flottait sur le mercure. Puis il a lentement soulevé le tube contenant du mercure à la surface de l'eau..
Puis le mercure est descendu et l'eau est montée. Le vide obtenu, comme nous l'avons déjà dit, n'était pas parfait, car il y avait toujours des restes de vapeur de mercure ou d'eau.
L'atmosphère est un mélange de gaz dans lequel l'azote et l'oxygène prédominent, avec des traces d'autres gaz tels que l'argon, le dioxyde de carbone, l'hydrogène, le méthane, le monoxyde de carbone, la vapeur d'eau et l'ozone..
L'attraction gravitationnelle exercée par la Terre est responsable du maintien de l'ensemble autour de la planète.
Bien entendu, la composition n'est pas uniforme, ni la densité, car elle dépend de la température. Près de la surface, il y a une bonne quantité de poussière, de sable et de polluants provenant d'événements naturels et également de l'activité humaine. Les molécules les plus lourdes sont plus proches du sol.
Comme il y a tellement de variabilité, il est nécessaire de choisir une altitude de référence pour la pression atmosphérique, qui, pour des raisons de commodité, a été prise comme le niveau de la mer.
Ici, ce n'est pas n'importe quel niveau de la mer, car cela présente également des fluctuations. Le niveau o données un référentiel géodésique est choisi à l'aide d'un commun accord entre les experts.
Quelle est la valeur de la pression atmosphérique près du sol? Torricelli a trouvé sa valeur en mesurant la hauteur de la colonne: 760 mm de mercure.
En haut du tube, la pression est de 0, car un vide y a été établi. Pendant ce temps, à la surface de la cuve à mercure, la pression P1 est la pression atmosphérique.
Choisissons l'origine du référentiel sur la surface libre du mercure, en haut du tube. De là jusqu'à ce que la surface du mercure dans le conteneur soit mesurée H, la hauteur de la colonne.
La pression au point marqué en rouge, à la profondeur et1 c'est:
P1 = Pou alors + ρHg . g.y1
Où ρHg est la densité du mercure. Puisque Oui1 = H Oui Po = 0:
P1 = ρHg . g.H
H = P1/ ρHg.g
La densité du mercure étant constante et la gravité constante, il s'avère que la hauteur de la colonne de mercure est proportionnelle à P1, qui est la pression atmosphérique. Remplacer les valeurs connues:
H = 760 mm = 760 x 10 -3 m
g = 9,8 m / sdeux
ρHg = 13,6 g / cm3 = 13,6 x 10 3 kg / m3
P1 = 13,6 x 10 3 kg / m3 x 9,8 m / sdeux x 760 x 10 -3 m = 101,293 N / mdeux= 101,3 kN / mdeux
L'unité de pression dans le système international est le pascal, abrégé Pa. Selon l'expérience de Torricelli, la pression atmosphérique est de 101,3 kPa.
Torricelli a observé que le niveau de mercure dans le tube subissait de légères variations chaque jour, il en a donc déduit que la pression atmosphérique devait également changer..
La pression atmosphérique est responsable d'une grande partie du climat, mais ses variations quotidiennes passent inaperçues. C'est parce qu'ils ne sont pas aussi visibles que les tempêtes ou le froid, par exemple.
Cependant, ces variations de pression atmosphérique sont responsables des vents, qui à leur tour influencent les précipitations, la température et l'humidité relative. Lorsque le sol se réchauffe, l'air se dilate et a tendance à monter, ce qui fait chuter la pression.
Chaque fois que le baromètre indique des pressions élevées, on peut s'attendre à du beau temps, tandis qu'avec de basses pressions, il y a possibilité de tempêtes. Cependant, pour faire des prévisions précises du climat, il est nécessaire d'avoir plus d'informations sur d'autres facteurs..
Bien que cela semble étrange, puisque la pression est définie comme une force par unité de surface, en météorologie, il est valide d'exprimer la pression atmosphérique en millimètres de mercure, comme établi par Torricelli.
C'est parce que le baromètre à mercure continue d'être utilisé aujourd'hui avec peu de variation depuis cette époque, de sorte qu'en l'honneur de Torricelli, 760 mm de Hg équivaut à 1 torr. En d'autres termes:
1 torr = 760 mm Hg = 30 pouces de Hg = 1 pression atmosphérique = 101,3 kPa
Si Torricelli avait utilisé de l'eau au lieu du mercure, la hauteur de la colonne serait de 10,3 m. Le baromètre à mercure est plus pratique car plus compact.
Les autres unités largement utilisées sont les barres et les millibars. Un millibar équivaut à un hectopascal ou 10deux pascals.
Un altimètre est un instrument qui indique la hauteur d'un lieu, comparant la pression atmosphérique à cette hauteur à celle au sol ou à un autre lieu de référence.
Si la hauteur n'est pas très grande, on peut en principe supposer que la densité de l'air reste constante. Mais ceci est une approximation, puisque nous savons que la densité de l'atmosphère diminue avec la hauteur.
En utilisant l'équation utilisée ci-dessus, la densité de l'air est utilisée à la place de celle du mercure:
P1 = Pou alors + ρair . g.H
Dans cette expression Pou alors est prise comme la pression atmosphérique au niveau du sol et P1 est celle du lieu dont l'altitude doit être déterminée:
H = (P1 - Pou alors) / ρair . g
L'équation altimétrique montre que la pression diminue exponentiellement avec la hauteur: pour H = 0, P1= Pou alors et si H → ∞, ensuite P1=0.
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