محتويات
قانون الضغط الجوي
إن فكرة وجود وزن للهواء تبدو فكرة غريبة، لأن الهواء يبدو رقيقًا جدًا ومن غير وزن حتى عند مستوى سطح البحر، ووزن الهواء يُسمى ضغط الهواء والذي يساوي وزن عمود من الهواء فوق مساحة الوحدة على سطح الأرض، ويبلغ وزن عمود الهواء فوق مساحة قدم مُربع واحد حوالي 2,116 رطلاً عند مستوى سطح البحر، وفي النظام المتري يبلغ هذا الضغط حوالي 10,332 كغم لكل متر مربع، وينخفض ضغط الهواء كلما صعدنا لأعلى في الغلاف الجوي، وتوضح خرائط الطقس اليومية التفصيلية الضغط الجوي عن طريق خطوط منحنية تسمى الأيزوبار وفق قانون رئيسي وضعه العالم بويل وسماه قانون ماريوت في عام 1662، ويدرُس هذا القانون العلاقة بين ضغط الغاز وتوسعه في درجة حرارة ثابتة، وينص على أن الضغط لكمية معينة من الغاز يختلف بشكل عكسي مع حجمه عند درجة حرارة ثابتة وفق صيغة المعادلة الفيزيائية الشهيرة: (p.v = k).[١][٢]
قياس الضغط الجوي
بالرغم من أننا لا نستطيع رؤية الهواء إلا أنه مكون حقيقي ولديه خصائص مختلفة منها الضغط، والذي يكون بأعلى مستوياته عند مستوى سطح البحر، ويقل الضغط كلما صعدنا في الغلاف الجوي، ولفترة طويلة تم قياس الضغط الجوي بواسطة البارومتر الزئبقي، وهذا الجهاز تم اختراعه عام 1643 من قبل أحد مساعدي العالم جاليليو، ويحتوي البارومتر الزئبقي على قسم مليء بالزئبق يوضع في الغلاف الجوي، ويدفع الغلاف الجوي الزئبق للنزول من الخزان، وإذا كان هناك زيادة في الضغط فإن الزئبق يرتفع مرة أخرى داخل الأنبوب الزجاجي، وإذا كان الضغط الجوي قليلًا فإن الزئبق يقل ارتفاعه داخل الأنبوب.
ومع تطور العلم تم اختراع البارومتر غير السائل وأصبح يُستخدم في الاختراعات والاكتشافات المُتعلقة بالضغط الجوي، والجهاز الرئيسي المُستخدم في قياس الضغط الجوي حاليًا هو الباروغراف الذي يسجل الضغط على ورقة ملفوفة حول أسطوانة تدور بشكل دائم، وفي الأجهزة الأحدث من الباروغراف استبدلت العديد من الأدوات الميكانيكية بأدوات إلكترونية تُسجل الضغط الجوي على جهاز الكمبيوتر. وباختصار الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر عندما تكون حرارة الجو صفر درجة مئوية لها العديد من القياسات العالمية وهي: 1 ضغط جوي = 29.92 مليمتر من الزئبق = 14.7 رطل لكل بوصة مربعة = 101325 باسكال = 1013.25 ميغابايت = 1.013 بار.[٣]
الأجهزة المستخدمة في قياس الضغط الجوي
البارومتر هو الأداة الرئيسية المُستخدمة لقياس ضغط الهواء، وتأتي البارومترات في شكلين أساسيين هما: البارومتر غير السائل والبارومتر الزئبقي، وتستخدم مقاييس الضغط غير السائلة الخلايا التي تتمدد وتتقلص مع تغير ضغط الهواء، ويقاس ضغط الهواء عن طريق ربط إبرة داخل هذه الخلايا، بينما يستخدم مقياس الزئبق مادة الزئبق التي ترتفع وتنخفض استجابة لتغيرات ضغط الهواء، والبارومتر وجد له العلماء ثلاثة أنواع رئيسية يتم استخدامها في عالمنا حاليًا وهي:[٤]
- الباروغرام: الباروغرام هو النوع الرئيسي من البارومتر غير السائل، ويحتوي الجهاز على كبسولة معدنية صغيرة مرنة تُعرف باسم الخلية غير السائلة، وتبني الكبسولة فراغًا يؤدي إلى تغييرات صغيرة في ضغط الهواء وتقلص وتمدد الخلية، ويتم ذلك بعد إجراء معايرة للخلية غير السائلة، ثم تنقل التغيرات في الحجم بواسطة الروافع إلى ذراع يتحرك وفقًا للتغييرات، ويوجد في الجهاز مؤشر يرسُم على ورقة تغييرات الضغط الجوي أثناء دوران أسطوانة الجهاز.
- البارومتر البسيط: البارومتر البسيط هو جهاز يشبه الساعة، وهو نوع من أنواع البارومتر غير السائل، ويعمل بنفس الطريقة التي يعمل بها الباروغراف، إلا أنه يستخدم مؤشرًا يتحرك من اليسار إلى اليمين في حركة نصف دائرية فوق قرص للإشارة إلى انخفاض وارتفاع الضغط.
- البارومتر الزئبقي: البارومتر الزئبقي يحتوي على مقياس ضغط زئبقي في أنبوب زجاجي طويل مليء بالزئبق في وعاء من الزئبق يُعرف باسم الخزان، وعندما يخرج الزئبق من الأنبوب فإنه يخلق فراغًا في الجزء العلوي من الأنبوب، وهذا الفراغ يمارس ضغطًا ضئيلًا جدًا أو معدومًا على البيئة المحيطة، وضغط الهواء هو المسؤول عن إبقاء عمود الزئبق مرتفعًا، وعندما يدفع ضغط الهواء الزئبق إلى أسفل يندفع الزئبق مع نفس مقدار الضغط على الزئبق داخل الأنبوب الزجاجي، ويشير ارتفاع الزئبق داخل الأنبوب إلى الضغط الكلي في الجو المُحيط.
مَعْلومَة
إن استكشاف الغلاف الجوي كان يمثل تحديًا قبل أن نطور التقنيات التي تصل بنا إلى أعلى الغلاف الجوي مثل: بالونات الهواء الساخن والمظلات والطائرات، وبداية اكتشاف الغلاف الجوي كانت عام 1648 من قبل الفيزيائي الفرنسي بليز باسكال الذي قاس ضغط الهواء أثناء صعوده إلى جبل بوي دي دوم البركاني في فرنسا باستخدام مقياس الضغط القديم الذي اخترعه الفيزيائي الإيطالي إيفانجليستا توريسيلي في عام 1643، وفي نفس العام صعد بليز باسكال وفلورين بيرييه لجبل بوي دو دوم، وهو بركان خامد صغير مغطى بالعشب في وسط فرنسا بارتفاع قمة يبلغ 1464 مترًا، وحملوا معهم عمودًا زجاجيًا بطول متر مملوء بالزئبق، وكان عمود الزئبق الطويل مُثبتًا في حوض من الزئبق عند قاعدة العمود، وأدى تقلص الزئبق غير المعتاد في العمود الزجاجي الأول لتأكيد نظريتهم بوجود ضغط جوي في الغلاف الجوي للأرض.
في عام 1787 صعد هوراس بنديكت دي سوسور إلى قمة جبل مونت بلانك لاستكشاف معلومات جديدة عن الغلاف الجوي والطقس، وقمة الجبل هي أعلى نقطة في أوروبا؛ إذ يبلغ ارتفاعها 4,810 أمتار فوق مستوى سطح البحر، ووصل سوسور إلى القمة مع مقياس للضغط ومقياس حرارة لإجراء قياسات على طول الطريق، وأظهرت القياسات أن درجة حرارة الهواء تنخفض مع ارتفاع في الغلاف الجوي بنحو 0.7 درجة مئوية لكل 100 متر، وبهذه المعلومات استنتج هيرمان فون هيلمهولتز وآخرون أن درجة الحرارة في الغلاف الجوي قد تصل إلى -273 درجة مئوية، وفي عام 1862 قام هنري كوكسويل وجيمس جلاشير بتأخير رحلة منطاد بسبب عاصفة، وبسبب هذا التأخير ومشاكل الطيران اكتشف هنري وجود اختلاف كبير بقياسات الضغط الجوي.[٥]
المراجع
- ↑ " What is atmospheric pressure?", americangeosciences, Retrieved 08-06-2020. Edited.
- ↑ Adam Augustyn (20-11-2019), " Boyle's law "، britannica, Retrieved 08-06-2020. Edited.
- ↑ Becca Hatheway (11-06-2010), "Measuring Atmospheric Pressure "، windows2universe, Retrieved 08-06-2020. Edited.
- ↑ Michael Gunderson (14-04-2017), "Instruments Used for Measuring Air Pressure"، sciencing, Retrieved 08-06-2020. Edited.
- ↑ "History of Discovery of the Atmosphere", scied.ucar., Retrieved 9-6-2020. Edited.
