قياس الضغط الجوي

قياس الضغط الجوي

يتم قياس الضغط الجوي عن طريق جهاز يدعى الباروميتر، وهو جهاز اخترعه العالم الإيطالي إيفانجيلستا تورشيللي، وهو عبارة عن أنبوب زجاجي طويل تم وضعه بشكل مقلوب داخل وعاء مملوء بالزئبق، فارتفع عمود الزئبق في الأنبوب، حتى أصبحت قمته على ارتفاع 76 سم فوق سطح الزئبق الذي في الوعاء.

تبلغ قيمة الضغط الجوي القياسي 760 ملم زئبق، ويساوي 101.325 كيلو باسكال، والذي يساوي أيضاً 1.013 باراً، أي أن وزن عمود من الزئبق طوله 76 سم على مساحة مقدارها 1سم² تساوي وزن عمود من الهواء طوله يساوي ارتفاع الغلاف الجوي على المساحة نفسها، ويتم أخذ القياسات عند مستوى سطح البحر، وهذه هي القيم التي يتم ذكرها في نشرات الطقس في الإذاعات والتلفاز والجرائد، وهناك محطات متخصصة بأخذ القراءة للضغط الجوي بشكل مستمر طوال العام.

معلومات عن مقياس الضغط الجوي

يعد مقياس الضغط الجوي أو جهاز الباروميتر أداة علمية مصممة خصيصًا لقياس الضغط الجوي؛ وهو وزن عمود الهواء على مساحة معينة من الأرض، إذ يستخدم خبراء الأرصاد الجوية هذا الجهاز للتنبؤ بالتغيرات قصيرة المدى التي تحدث في الطقس بما في ذلك التغيرات في الغلاف الجوي وضغط الهواء، والتي تؤثر بدورها على الطقس.

يوجد عدة أنواع من جهاز الباروميتر، وفيما يأتي تفصيل حول أبرزها:

الباروميتر الزئبقي

يعد الباروميتر الزئبقي أقدم أنواع الباروميتر، وهو الذي اخترعه العالم الإيطالي إيفانجيلستا تورشيللي عام 1643م، إذ أجرى تورشيللي تجربته الأولى في قياس الضغط الجوي باستخدام أنبوب طويل جدًا يبلغ ارتفاعه أكثر من 10 م يحتوي على كمية كبيرة من الماء، إلا أن هذا الطول سبب له العديد من المشاكل، فارتأى إلى إمكانية صنع مقياس أقصر للضغط باستخدام الزئبق الذي يزن 14 ضعف وزن الماء.

يتميز الباروميتر الزئبقي باحتوائه على أنبوب زجاجي مغلق من الأعلى ومفتوح من الأسفل، ويوجد هذا الأنبوب في وعاء يحوي كمية من الزئبق، ومع زيادة الضغط، يندفع الزئبق إلى الأعلى في الأنبوب، وبالتالي يمكن قراءة ضغط الهواء من خلال التدرجات الموجودة على الباروميتر في مكان توقف الزئبق.

الباروميتر المعدني

اخترع الباروميتر المعدني العالم الفرنسي لوسيان فيدي في عام 1844م، وهو يتكون من كبسولة معدنية تتوسع وتتقلص تبعًا للتغير في الضغط الجوي المحيط بها، إذ يحتوي على شاشة دائرية شبيهة بالساعة تشير إلى الضغط الجوي الحالي، وقد استبدل الباروميتر الزئبقي بهذا النوع؛ نظرًا لأنه لا يحتوي على سائل يمكن أن ينسكب في أي مكان، ولأنه أرخص ثمنًا وأسهل في الاستخدام والنقل.

ومن الجدير بالذكر أن بعض أجهزة قياس الضغط المعدنية أو اللاسائلية تستخدم أداة ميكانيكية لتتبع التغيرات في الضغط الجوي خلال فترة زمنية معينة، ويُطلق عليها اسم الباروغراف، ويتصل هذا الجهاز بإبرة تضع علامة على ورق من الرسم البياني المجاور لها مسجلًا الضغط الجوي على المحور الرأسي مقابل وحدة الزمن على المحور الأفقي، فتظهر متى كان ضغط الهواء مرتفعًا أو منخفضًا، ومدة استمرار هذا الارتفاع أو الانخفاض.

الباروميتر الرقمي

تعد الباروميترات الرقمية أكثر دقة وسرعة من الأنواع الأخرى من الباروميتر، إذ تعرض قراءات الضغط الجوي لمدة ساعة، و3 ساعات، و6 ساعات، و12 ساعة على شكل مخطط شريطي شبيه بمخطط الباروغراف، كما أنه يقيس قراءات الرياح والرطوبة، والتي تساعد على إجراء تنبؤات أكثر دقة بحالة الطقس، ويمكن أرشفة تلك البيانات على الجهاز أو تحميلها على جهاز الحاسوب لتحليلها، ويستخدم هذا المقياس حاليًا في العديد من الأجهزة الذكية والهواتف المحمولة.

وحدة قياس الضغط الجوي

يمكن قياس الضغط الجوي باستخدام مجموعة من الوحدات ، والتي يمكن التحويل فيما بينها باستخدام الوحدات القياسية، وفيما يأتي أبرزها:

• وحدة الضغط الجوي أتموسفير (atm)

وهي اختصار لـ(atmosphere)، وهي عبارة عن 101,325 باسكال.

• الباسكال (Pa)

وهي وحدة متعارف عليها لقياس الضغط الجوي والمستخدمة في النظام العالمي للوحدات، ولأنها وحدة صغيرة، يتم التعبير عن القيمة بوحدة الكيلو باسكال.

• وحدة المليمتر الزئبقي (mmHg)

وهي تعبر عن ارتفاع الزئبق في جهاز الباروميتر الزئبقي، وتعادل وحدة الأتموسفير الواحدة 760 ملم زئبق.

• المللي بار (mbar)

إذ تعادل وحدة الأتموسفير الواحدة حوالي 1,013.25 مللي بار.

حساب قيمة الضغط الجوي

يمكن استخدام المعادلة التالية لحساب قيمة الضغط الجوي :

الضغط الجوي على ارتفاع معين= الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر × العدد الطبيعي (هـ)^ (- الكتلة× تسارع الجاذبية الارضية× الارتفاع/(ثابت بولتزمان× الحرارة))

وبالرموز:

ض أ= ض0 × هـ^ (- ك× جـ× أ / ث× ح))

إذ إن:

• جـ (تسارع الجاذبية الأرضية)= 9.8 م/ ث²
• ث (ثابت بولتزمان)= 1.380649×10−23 جول/كلفن.

العوامل المؤثرة في قيمة الضغط الجوي

تتغير قيمة الضغط الجوي من منطقة إلى أخرى تبعاً للعديد من العوامل، وفيما يأتي أبرز العوامل المؤثرة في قيمة الضغط الجوي :

• مقدار بخار الماء في الهواء

بما أن كثافة بخار الماء أقل من كثافة الهواء، فإنه يقوم بإزاحة الهواء ويحل مكانه؛ مما يؤدي إلى انخفاض الضغط في تلك المنطقة.

• درجة الحرارة

يتناسب مقدار الضغط الجوي عكسياً مع مقدار درجة الحرارة، فلكما ازدادت درجة الحرارة في منطقة ما يزداد الضغط فيها؛ وذلك لأن الهواء عندما يسخن يتمدد وينتقل إلى منطقة أخرى، ويصبح وزنه أخفّ، فيقل وزن عمود الهواء في تلك المنطقة، وبالتالي يقل مقدار الضغط فيها.

• الارتفاع عن سطح البحر

كلما كانت المنطقة مرتفعة عن سطح البحر كانت قيم الضغط الجوي المقاسة فيها أقل؛ وذلك لأن طول عمود الهواء يصبح أقل فيها.