Áp suất khí quyển là gì? Những thí nghiệm chứng minh sự tồn tại của áp suất khí quyển

Từ việc leo núi, lặn biển cho đến dự báo thời tiết, tất cả đều ít nhiều liên quan đến áp suất khí quyển. Đây không chỉ là khái niệm trong sách giáo khoa mà còn gắn liền với đời sống hằng ngày. Vậy áp suất khí quyển là gì, được hình thành như thế nào và ảnh hưởng ra sao?

Áp suất khí quyển là gì?

Áp suất khí quyển (Atmospheric pressure) là loại áp suất được tạo ra bởi lớp khí quyển bao quanh Trái Đất. Giá trị áp suất này phụ thuộc vào nhiệt độ và khối lượng không khí tại từng khu vực trên bề mặt. Càng lên cao, mật độ không khí loãng dần khiến áp suất khí quyển giảm. Ngược lại, ở gần mặt đất hoặc những nơi thấp hơn mực nước biển, áp suất lại tăng.

Áp suất khí quyển có ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống con người, đến hoạt động của sinh vật cả trên cạn lẫn dưới nước, và là một trong những yếu tố quyết định đến sự thay đổi thời tiết.

Áp suất khí quyển bằng bao nhiêu?

Áp suất khí quyển tại mặt đất thay đổi theo độ cao, điều kiện thời tiết và địa hình. Trong điều kiện tiêu chuẩn, áp suất khí quyển trung bình ở mực nước biển là 101,3 kilopascal (kPa), tương đương với 1 atmosphere (atm) hoặc 760 mm thủy ngân (mmHg).

Tuy nhiên, giá trị này không cố định mà có thể tăng hoặc giảm tùy vào điều kiện thực tế.

Những ví dụ về sự tồn tại của áp suất khí quyển là gì?

Áp suất khí quyển hiện hữu xung quanh chúng ta và có thể được chứng minh bằng nhiều hiện tượng:

Hiện tượng bơm hút chân không

Khi sử dụng bơm hút chân không để rút không khí ra khỏi một bình kín, áp suất bên trong giảm xuống. Lúc này, áp suất khí quyển bên ngoài sẽ ép vào bình, tạo thành lực hút. Nếu không có áp suất khí quyển, hiện tượng này không thể xảy ra.

Lực đẩy Ác-si-mét

Lực đẩy Ác-si-mét giải thích tại sao vật thể nhẹ có thể nổi trên mặt nước. Nguyên nhân là do áp suất khí quyển tác động lên mặt nước khiến áp suất bên dưới vật thể lớn hơn, tạo ra lực đẩy hướng lên.

Một số hiện tượng khác

• Khi lặn xuống biển, áp suất tăng dần theo độ sâu. Thợ lặn có thể dựa vào sự thay đổi này để xác định vị trí.
• Khi leo núi, áp suất khí quyển giảm dần theo độ cao khiến con người khó thở, phải hít sâu hơn để hấp thụ đủ oxy.
• Cá sấu và một số loài động vật có khả năng dự đoán thời tiết nhờ sự thay đổi áp suất khí quyển. Khi áp suất giảm đột ngột, báo hiệu mưa bão, chúng sẽ tìm nơi trú ẩn.
• Trước khi bão đến, khối khí quyển bị kéo dãn lên cao, làm áp suất mặt đất giảm, từ đó gây ra các hiện tượng mưa lớn, gió mạnh và sóng biển dâng cao.

Áp suất khí quyển qua thí nghiệm Torricelli

Nhà bác học Evangelista Torricelli là người đầu tiên chứng minh sự tồn tại của áp suất khí quyển thông qua thí nghiệm nổi tiếng:

• Ông sử dụng một ống thủy tinh dài khoảng 1m, một đầu bịt kín.
• Đổ đầy thủy ngân vào ống, dùng ngón tay bịt miệng ống rồi lật ngược và nhúng đầu mở vào một chậu thủy ngân.
• Khi bỏ ngón tay, thủy ngân trong ống tụt xuống và ổn định ở mức khoảng 76 cm.

Từ thí nghiệm này, rút ra nhận xét:

• Áp suất khí quyển tác dụng lên mặt thoáng A của chậu thủy ngân.
• Áp suất do cột thủy ngân cao 76 cm tác dụng lên miệng ống B.
• Hai áp suất này cân bằng với nhau vì chúng nằm trong cùng một mặt phẳng chất lỏng.
• Đây chính là minh chứng rõ ràng cho sự tồn tại của áp suất khí quyển.

Công thức tính áp suất khí quyển là gì?

Áp suất được tính theo công thức: 

P = F/S

Trong đó:

• F (N): Lực tác dụng vuông góc lên bề mặt.
• S (m²): Diện tích bề mặt chịu lực.
• P (N/m² hoặc Pa): Áp suất khí quyển.

Áp suất khí quyển thay đổi theo độ cao và điều kiện môi trường, do đó công thức trên chủ yếu dùng để biểu diễn mối quan hệ chứ ít khi cho kết quả chính xác tuyệt đối.

Đơn vị của áp suất khí quyển là gì?

Đơn vị phổ biến nhất để đo áp suất khí quyển là mmHg (milimét thủy ngân). Ngoài ra còn có nhiều đơn vị khác như: Pa, N/m², psi, bar.

Một số quy đổi thường gặp:

• 1 atm = 101.300 Pa ≈ 76 cmHg
• 1 mmHg ≈ 133 N/m²
• 1 Pa = 1 N/m² ≈ 10⁻⁵ bar

Lưu ý về áp suất khí quyển

• Áp suất khí quyển khác biệt hoàn toàn so với áp suất của chất lỏng và chất rắn.
• Giá trị áp suất thay đổi theo thời gian và không gian; thời tiết cũng bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi này.
• Trong thí nghiệm của Torricelli, áp suất khí quyển được đo bằng độ cao cột thủy ngân.
• Ở mực nước biển, áp suất khí quyển trung bình khoảng 101.300 Pa (1 atm). Cứ lên cao khoảng 12 m, áp suất giảm xấp xỉ 1 mmHg.
• Khi đi máy bay, dù đã có hệ thống điều áp trong khoang, hành khách vẫn cảm nhận rõ sự thay đổi áp suất khi máy bay cất cánh hay hạ cánh.
• Áp suất khí quyển tại mặt đất trung bình khoảng 985 hPa, thấp hơn so với chuẩn ở mực nước biển là 1013,25 hPa.
• Độ lớn của áp suất tỉ lệ thuận với khối lượng không khí phía trên, vì vậy vùng thấp, gần mực nước biển có khí áp cao hơn so với khu vực đồi núi.

Tạm kết

Khi nắm rõ đặc điểm, công thức và tác động của áp suất khí quyển, con người có thể ứng dụng hiệu quả trong nghiên cứu khoa học, dự báo thời tiết, hàng không, hàng hải cũng như bảo vệ sức khỏe. Đây chính là một trong những hiện tượng tự nhiên gần gũi nhưng vô cùng quan trọng trong cuộc sống. Hi vọng bạn đã hiểu được áp suất khí quyển là gì thông qua bài viết trên.

Bạn muốn nấu ăn nhanh gọn mà vẫn giữ trọn dinh dưỡng và hương vị? Nồi áp suất chính là “trợ thủ” giúp tiết kiệm thời gian, làm mềm thực phẩm chỉ trong vài phút mà vẫn thơm ngon tròn vị. Ghé ngay FPT Shop để chọn cho mình chiếc nồi áp suất hiện đại, biến việc bếp núc trở nên nhẹ nhàng và tiện lợi hơn bao giờ hết.

Nồi áp suất

Xem thêm:

• Đơn vị áp suất là gì? Tổng hợp các đơn vị đo áp suất thông dụng và ứng dụng thực tế
• Vì sao càng lên cao nhiệt độ càng giảm? Giải thích chi tiết