Znormalizowane atmosferze określa normalnych warunkach temperatury i ciśnienia ( TPN ), które sprawiają, że możliwe jest przezwyciężenie odmiany tych parametrów w zależności od miejsca i pory pod uwagę. Tutaj termin „normalny” odnosi się do „ standardu ” (arbitralna wartość odniesienia akceptowana w drodze konsensusu), a nie do „zwykłego”. Na poziomie morza powietrze ma „normalnie” 15 ° C i 1013,25 hPa .
W chemii normalna temperatura i ciśnienie (TPN) to 0 ° C lub 273,15 K i 1013,25 hPa , przy czym objętość molowa dowolnego gazu jest następnie oceniana na 22,4 l / mol (przy założeniu doskonałego gazu ). W temperaturze 25 ° C lub 298 K i pod ciśnieniem 1013,25 hPa , w warunkach zwanych temperaturą otoczenia i ciśnieniem normalnym ( TAPN ), ta objętość molowa szacowana jest na 24,5 l / mol .
Jednak temperatura i ciśnienie atmosfery zmieniają się w zależności od położenia na kuli ziemskiej, wysokości i chwili ( pora roku , pora dnia, lokalne warunki pogodowe itp.). Tak zwane „normalne” wartości ciśnienia i temperatury definiuje się jako funkcję wysokości. Wartości te mają ogromne znaczenie w wielu procesach chemicznych i fizycznych , zwłaszcza w pomiarach.
Jeśli interesują nas znaczące zmiany wysokości, konieczne jest zdefiniowanie znormalizowanych wartości w zależności od wysokości; są to atmosfery znormalizowane.
Atmosfera ziemska podlega wielu wahaniom temperatury i ciśnienia . Wartości zmieniają się w zależności od momentu i położenia na kuli ziemskiej w niezwykle złożony sposób (ze względu na wiele parametrów, takich jak rzeźba terenu, nasłonecznienie , wilgotność , wiatry , temperatura prądów morskich itp.), Dlatego zdefiniowane są typowe wartości odniesienia, które zależą tylko od wysokości.
Ogólnie:
Na niskich wysokościach ciśnienie atmosferyczne spada o 1 hPa przy każdym wzroście o 8 metrów, a temperatura spada o około 1 ° C przy każdym wzroście o 150 m (wartość ISA : strata 6,5 ° C na kilometr lub 1 ° C dla 154 m lub 505 stóp).
Atmosfera standardowa znana jako „ISA” ( Międzynarodowa Atmosfera Standardowa ) to model atmosferyczny opisujący zmiany ciśnienia , temperatury , gęstości i lepkości dla szerokiego zakresu wysokości . Składa się z tabeli wartości na różnych wysokościach i kilku formuł, które pozwoliły na obliczenie tych wartości. Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna ( ISO dla Międzynarodowej Organizacji Normalizacyjnej ) publikuje Atmosfera Międzynarodowy Standard ( ISA ) jako norma ISO 2533: 1975. Inne organizacje normalizacyjne , takie jak Organizacja Międzynarodowego Lotnictwa Cywilnego i rząd Stanów Zjednoczonych , publikują pod własnym upoważnieniem rozszerzenia lub podzbiory norm dla tego samego modelu atmosferycznego.
OpisModel ISA dzieli atmosferę na różne warstwy z liniowym rozkładem temperatury. Pozostałe wartości są obliczane z podstawowych i pochodnych stałych fizycznych. Na przykład na poziomie morza norma podaje ciśnienie 1013,25 hPa ( hektopaskal ), temperaturę 15 ° C i adiabatyczny gradient temperatury -6,5 ° C / km . Możemy wtedy czytać tabelę na 11 km wysokości ciśnienie spadło do 226.32 hPa i temperaturę -56 ° C . Między 11 km i 20 km , temperatura pozostaje stała.
Warstwa | Nazwa warstwy | Wysokość bazy geopotencjalnej h (w km) | Wysokość podstawy geometrycznej z (w km) | Adiabatyczny gradient termiczny (w ℃ / km) | Temperatura bazowa T (w ℃) | Ciśnienie atmosferyczne przy podstawie p (w Pa) |
---|---|---|---|---|---|---|
0 | Troposfera | 0 | 0 | −6,5 | 15 | 101,325 |
1 | Tropopauza | 11 | 11.019 | 0 | −56,5 | 22,632 |
2 | Stratosfera | 20 | 20,063 | 1 | −56,5 | 5474,9 |
3 | Stratosfera | 32 | 32.162 | 2.8 | −44,5 | 868.02 |
4 | Stratopauza | 47 | 47,350 | 0 | −2,5 | 110,91 |
5 | Mezosfera | 51 | 51.413 | −2,8 | −2,5 | 66,939 |
6 | Mezosfera | 71 | 71,802 | −2,0 | −58,5 | 39,564 |
7 | Mezopauza | 86 | 84,852 | - | −86,2 | 0,3734 |
W tej tabeli wysokość geopotencjalna jest obliczana na podstawie modelu matematycznego, w którym przyspieszenie grawitacji zmienia się wraz z wysokością (grawitacja jest zgodna z prawem odwrotności kwadratów, ponieważ oddziaływanie grawitacyjne między dwoma ciałami jest odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości między nimi ). Wysokość geometryczna to odległość w pionie dzieląca średni poziom morza od danego obiektu.
Model ISA jest na podstawie przeciętnych warunkach na średniej wysokości, określone przez ISO TC 20 / SC 6. Istnieje kilka korekt od połowy XX th century.
Organizacja Międzynarodowego Lotnictwa Cywilnego (ICAO) definiuje „atmosferę standardową ICAO”. Jest to ten sam model, co ISA , ale obejmuje wysokości do 80 km (262,500 stóp ). Ponadto standardowa atmosfera ICAO nie uwzględnia pary wodnej . Nawiasem mówiąc, należy zauważyć, że to właśnie ta atmosfera ICAO jest używana do kalibracji wszystkich wysokościomierzy statków powietrznych latających na świecie. Samolot lecący na „stałej wysokości” w rzeczywistości leci przy „stałym ciśnieniu atmosferycznym” (podąża za izobarą), a nie równolegle do ziemi.
Wartości na poziomie morza to 1013,25 hPa dla ciśnienia atmosferycznego, 15 ° C dla temperatury i 0% dla wilgotności. Wartości te są wykorzystywane do obliczania różnych charakterystyk osiągów lotniczych, takich jak wytrzymałość, zasięg , prędkość powietrza i zużycie paliwa. Aby odnieść się do wysokości barometrycznej innej niż poziom morza, temperaturę dostosowuje się zgodnie z zalecanym adiabatycznym gradientem termicznym (który wynosi -6,5 ° C / km przez pierwsze 11 km ).
W odniesieniu do aeronautyki:
Ciśnienie na wysokości jest funkcją ciśnienia na poziomie morza w hPa i wysokości wm:
W przypadku meteorologii ekstrapolujemy ten model dla wyższych wysokości:
W przypadku aeronomii rozszerzamy ten model na mezopauzę na wysokości 85 km : temperatura spada liniowo i osiąga -90 ° C na tej wysokości.
Tabela wartościOtrzymujemy następujące wartości:
wysokość (m) |
ciśnienie (hPa) | temperatura (℃) |
---|---|---|
10 000 | 265 | -50,0 |
9000 | 307 | -43,5 |
8000 | 357 | -37,0 |
7000 | 411 | -30,5 |
6000 | 471 | -24,0 |
5000 | 541 | -17,5 |
4000 | 617 | -11,0 |
3500 | 658 | -7,8 |
3000 | 700 | -4,5 |
2500 | 746 | -1,3 |
2000 | 794 | 2.0 |
1500 | 845 | 5.3 |
1000 | 900 | 8.5 |
500 | 955 | 11.8 |
0 | 1013 | 15.0 |
wysokość (km) |
ciśnienie (hPa) | temperatura (℃) |
---|---|---|
50 | 0.9 | +1 |
40 | 3 | -5 |
30 | 11 | -38 |
20 | 55 | -46 |
15 | 119 | -56,5 |
14 | 141 | -56,5 |
13 | 165 | -56,5 |
12 | 194 | -56,5 |
11 | 227 | -56,5 |
wysokość (km) |
ciśnienie (hPa) | temperatura (℃) |
---|---|---|
500 | 1,1 10-8 | -97,7 |
400 | 4,4 10-8 | -97,3 |
300 | 2,0 10-7 | -95,3 |
200 | 1,3 10-6 | -82,2 |
100 | 4,0 10-4 | -64 |
60 | 2,5 10-1 | -20 |
Atmosfera Army Standard Metro , stosowana w balistyce , definiuje warunki na poziomie morza jako ciśnienie 29,527 5 in Hg ( 749,998 5 mmHg ) ( 999,916 hPa ), 59 ° F ( 15 ° C ) i 78% d ' wilgoci .