La presión atmosférica
La atmósfera
La capa de fluido que rodea a la superficie terrestre se conoce como atmósfera. La mezcla de gases que compone la atmósfera, constituida principalmente por nitrógeno y oxígeno, se denomina aire.
La atmósfera está constituida en varios niveles de propiedades definidas:
- Troposfera, la capa más cercana a la Tierra, donde tienen lugar los fenómenos meteorológicos y que alcanza de 6 a 17 km de altura, según la región del globo.
- Estratosfera, por encima de la anterior, que llega a unos 50 km.
- Mesosfera, siguiente nivel, de densidad muy baja y un espesor de unos 50 km. Termosfera, que llega hasta 400 km, aproximadamente, y se caracteriza por un rápido aumento de la temperatura.
- Termosfera, que llega hasta 400 km, aproximadamente, y se caracteriza por un rápido aumento de la temperatura.
Presión atmosférica
El peso por unidad de superficie que ejerce el aire sobre los cuerpos situados en la atmósfera se llama presión atmosférica. Esta presión se detecta en los fenómenos cotidianos de la naturaleza. Así, por ejemplo, al pegar una ventosa sobre una superficie lisa sin que quede aire encerrado en su interior, la presión atmosférica la mantiene firmemente adherida, de manera que no cae por su peso.
Medida de la presión atmosférica
El valor de la presión atmosférica se puede determinar mediante un sencillo experimento ideado por Evangelista Torricelli en 1643.
Esquema de la experiencia de Torricelli para medir la presión atmosférica. Al rellenar el tubo con mercurio e invertirlo sobre la cubeta con el extremo cerrado en su posición superior, se vacía el tubo hasta que el líquido alcanza una altura de 76 cm. Esta altura se debe a la acción de la presión atmosférica, que empuja al mercurio hacia arriba por el tubo.
La presión atmosférica se mide como una altura equivalente a 76 cm de mercurio. Así pues:
La unidad N/m2 se llama pascal (símbolo Pa). Por lo que:
Ley de Boyle-Mariotte
Del estudio del comportamiento del aire, el británico Robert Boyle (1627-1691) y el francés Edmé Mariotte (1620-1684) dedujeron, de forma independiente, el principio de compresibilidad de los gases, también llamado ley de Boyle-Mariotte.
Este principio establece que, para una masa determinada de gas y a una temperatura constante, el producto de la presión del gas por el volumen que ocupa mantiene siempre un mismo valor. Es decir:
Representación gráfica de la ley de Boyle-Mariotte.
Manómetros
La presión de los fluidos se mide con un dispositivo especial denominado manómetro. Existen dos clases principales:
- Ordinarios, construidos como tubos en forma de U, que contienen mercurio u otro líquido manométrico y que miden en realidad diferencias de presiones.
- Metálicos, que se basan en el uso de la elasticidad de los cuerpos, de manera que se conecta el fluido sujeto a la medición a un tubo metálico elástico tal que su curvatura se modifica con arreglo a la variación de la presión atmosférica.
Modelo esquemático de un manómetro metálico.
Barómetros
Los instrumentos utilizados para medir la presión atmosférica son los barómetros, que se inspiran en la experiencia de Torricelli. Los dos tipos más utilizados de barómetros son:
- De sifón o de cubeta, con un tubo en U con una rama cerrada sobre la que se dispone una escala graduada.
- Métalico o de Vidi, provisto de una caja en la que se ha practicado el vacío cuya tapa, elástica y deformable, propicia el desplazamiento de una aguja sobre una escala que acompaña a las variaciones de presión atmosférica.
Diseño de un barómetro de cubeta, un modelo de alta precisión para medir presiones atmosféricas.
Evangelista Torricelli
Evangelista Torricelli (1608-1647), científico italiano, ha pasado a la historia por sus trabajos sobre la presión atmosférica.