Presión Atmosférica: Definición, fórmula y unidades

¿Qué es la presión atmosférica?

La presión atmosférica se conoce indistintamente como presión barométrica debido a la herramienta barométrica que se utiliza para medirla. La definición de presión barométrica es la presión del aire circundante en la atmósfera. Existen varias unidades estándar para la presión atmosférica, siendo la más común la presión atmosférica estándar o atm, igual a uno al nivel del mar. Las otras unidades de presión barométrica incluyen hectopascales (hPa), milibar (mbar), torr y pulgadas de mercurio (psi). Estos se pueden convertir al estándar de 1 atm al nivel del mar mediante las siguientes conversiones:

• 1 atm = 1013,25 hPa
• 1 atm = 1013,25 mbar
• 1 atm = 760 torr
• 1 atm = 29,92 pulgadas Hg
• 1 atm = 14,696 psi

Una pregunta crucial a responder es: ¿Qué mide la presión del aire?

Un barómetro mide la presión del aire. Hay varios estilos diferentes de barómetros que analizaremos más adelante en esta lección.

Presión atmosférica y altitud

La presión atmosférica normal al nivel del mar es de una atm. La presión atmosférica disminuye exponencialmente a medida que aumenta la altitud. Esta disminución se debe a la disminución de la gravedad y al hecho de que hay menos aire suprayacente presionando hacia abajo. La ecuación de presión barométrica muestra esto:

{eq}P_{h}=P_{0}e^{\frac{-mgh}{kT}} {/eq}

Un barómetro mide en pulgadas. ¿Qué es una presión barométrica alta?

Una lectura de presión barométrica alta es de alrededor de 30,70 pulgadas, mientras que una lectura de presión barométrica baja es de menos de 27,30 pulgadas. Por lo general, esta lectura baja solo se encuentra durante sistemas de tormentas de tipo huracán. Sin embargo, la baja presión se asocia comúnmente con menos mercurio en un barómetro de tubo de mercurio, sistemas de tormentas y gran altitud.

Finalmente, una presión barométrica normal a nivel del mar es de 30 pulgadas.

La gran altitud tiene una variedad de efectos sobre cómo interactuamos con el medio ambiente. Estos efectos van desde cocinar hasta cómo funciona el cuerpo humano. El agua hierve a temperaturas más bajas en altitudes más altas. Como los alimentos se cocinan a una temperatura más baja, su preparación lleva más tiempo que al nivel del mar.

Cuando una persona está a mayor altitud, hay menos oxígeno para respirar. El cuerpo tiene una respuesta para esto, que es aumentar la frecuencia cardíaca y la cantidad de sangre bombeada con cada latido. El aumento de la frecuencia cardíaca provoca un aumento temporal de la presión arterial hasta que el cuerpo se adapta a estar a mayor altitud y a un menor nivel de oxígeno.

Medición de la presión atmosférica

Hay tres barómetros comunes para medir la presión atmosférica. Éstas incluyen:

Barómetro de mercurio: esta fue la forma más antigua de barómetro, que data del siglo XVII. Este barómetro es un tubo largo con un pequeño recipiente hueco en la parte inferior. El bulbo del tubo está lleno de mercurio. La otra parte contiene aire. A medida que aumenta la presión del aire exterior, el nivel de mercurio ejerce presión y aumenta. Cuando la presión del aire exterior cae, la presión sobre el mercurio dentro del tubo cae, por lo que el nivel baja. Este estilo de barómetro todavía se utiliza hoy en día debido a su simplicidad, a pesar de que el mercurio es venenoso.

Barómetro aneroide: Es una pequeña celda metálica sellada. Funciona porque los aumentos de la presión atmosférica fuera de la célula hacen que las paredes celulares colapsen. La disminución de la presión atmosférica hace que las paredes de la célula se expandan. Un sistema de nivel de polea mide estos ligeros colapsos y expansiones que hace girar un puntero en un dial dentro de la celda.

Barómetro digital: Esta es la última versión del barómetro. Utiliza sensores de presión eléctricos instalados en tableros de control para medir la presión atmosférica.

Fórmula de presión atmosférica

La fórmula de la presión atmosférica es:

{eq}P_{h}=P_{0}e^{\frac{-mgh}{kT}} {/eq}

Las variables dentro de esta ecuación significan:

• P subíndice h significa la presión en elevación
• P subíndice 0 significa la presión al nivel del mar.
• m es la masa de una molécula de aire
• g es igual a la gravedad.
• k es igual a la constante de Boltzmann.
• T es igual a la temperatura.
• h es igual a la altura sobre el nivel del mar.

Ejemplo: Calcule la presión del aire a 50 km sobre el nivel del mar suponiendo condiciones estándar.

El primer paso es escribir la ecuación que se utilizará para este problema. Tenga en cuenta que R y K pueden ser intercambiables según las unidades que se utilicen en el problema. K es el valor de la constante de Boltzmann, que es el valor constante utilizado para un átomo o molécula. Sin embargo, el valor R es la constante universal de los gases utilizada para un mol de moléculas o átomos y nos permite cancelar unidades de manera adecuada en este caso.

La ecuacion:

{eq}P_{h}=P_{0}e^{\frac{-mgh}{RT}} {/eq}

Las unidades y valores que entrarán en la ecuación:

Símbolo:	Parámetro:	Valor:	Unidad:
Correos	Presión media al nivel del mar	101.325	kPa
gramo	Aceleración gravitacional	9.807	m/s^2
METRO	Masa molar de una molécula de aire.	0.02896	kg/mol
t	Temperatura estándar	288.15	k
R	Constante universal de gas	8.3143	(N*m)(mol*K)
h	Altura sobre el nivel del mar.	50000	metro

{eq}P_{h}=101.325\cdot exp(-\frac{0.02896\cdot 9.807}{8.3143\cdot 288.15}h)=101.325exp(-0.00012h)[kPa] {/eq}

El valor h es la variable que cambia para este problema. La altura sobre el nivel del mar deberá representarse en metros:

{eq}P_{h}=101,325exp(-0,00012\cdot 50000)[kPa] {/eq}

Resuelva la presión en la elevación para obtener: 0,25115 kPa

Esto se puede convertir en hPa para igualar un valor de 2,5115 hPa.

Se puede convertir a un valor de atm que es igual a 0,002478 atm.

La presión atmosférica y el clima

La presión atmosférica se mide utilizando uno de los tres barómetros. Es fundamental para los meteorólogos predecir el tiempo porque puede informarnos sobre los diversos cambios en el tiempo. Por ejemplo, un sistema meteorológico de baja presión está asociado con tormentas. Las lecturas más bajas del barómetro están asociadas con los huracanes. Podemos saber si se acerca una tormenta midiendo cambios leves porque habrá una caída de la presión barométrica normal. Los sistemas de presión atmosférica estándar o los sistemas de alta presión constante generalmente se asocian con un clima despejado y condiciones de aire estancado.

Resumen de la lección

En esta lección, aprendimos que la presión barométrica es sinónimo de presión atmosférica y significa la presión del aire circundante en la atmósfera. La presión atmosférica se puede medir en una variedad de unidades, incluidas atmósferas estándar (atm), hectopascales (hPa), milibar (mbar), torr y pulgadas de mercurio (psi). También revisamos las conversiones entre la presión atmosférica estándar de 1 atm, a nivel del mar, a las otras unidades de medida. Además, repasamos los tres barómetros utilizados para medir la presión atmosférica:

• barómetro de mercurio
• Barómetro aneroide
• barómetro digital

Esta lección analiza la ecuación de la presión barométrica y ofrece un ejemplo de cómo encontrar la presión barométrica a 50 km sobre el nivel del mar. Hemos comentado que tanto la altitud como el clima afectan la presión barométrica. La presión atmosférica disminuye exponencialmente con la altitud. Finalmente, aprendimos que la presión atmosférica afecta el clima, ayudando así a los meteorólogos a predecir tormentas.