Atmosfære
atm — enhed uden for SI · størrelse: tryk · præcis 101 325 Pa
Brøndgraverne i Firenze klagede over, at ingen pumpe kunne løfte vandet højere end ti og en halv meter, hvor meget man end anstrengte sig. Galilei spøgte med, at naturen åbenbart var ved at løbe tør for sin skræk for tomrummet. Hans elev Torricelli ville undersøge det for alvor og erstattede vandet med kviksølv — fjorten gange tungere, så søjlen blev kortere og kunne stå på et bord. Kviksølvet i det tillukkede rør standsede ved seksoghalvfjerds centimeter, og ovenover blev der et tomrum tilbage, som ikke burde findes. Pumpen suger altså ingenting: det er luften, der presser vandet op i røret, og den presser præcis med den kraft, som denne søjle kan opveje. Vi lever, skrev Torricelli, nedsænket på bunden af et hav af luft.
01 · Definition
Atmosfæren er en trykenhed uden for SI, der er præcis 101 325 pascal. Tallet er ikke målt, men fastsat: det er trykket fra en 760 mm høj kviksølvsøjle ved nul grader under normal tyngdeacceleration, beregnet én gang og siden 1954 fastlagt som definition.
Læg mærke til, hvad der skete med logikken. Først var enheden en genstand: en kviksølvsøjle, man kunne hælde op, måle med en lineal og se med egne øjne. Derefter blev genstanden beregnet ud fra kviksølvets massefylde og tyngdekraften, der kom et femcifret tal ud — og selve tallet blev erklæret for enheden. Kviksølvet blev overflødigt: viser det sig i morgen, at massefylden kendes en anelse bedre, rører atmosfæren sig ikke, for den handler ikke længere om kviksølv.
Det vildledende ved enheden er kun navnets anden halvdel. «Normal»-atmosfæren siger intet om, hvad der sker uden for vinduet: det virkelige tryk ved jorden svinger fra 870 hektopascal i tyfonens øje til 1085 over det vinterlige Sibirien, og præcis én atmosfære indtræffer strengt taget tilfældigt. Den er et referencepunkt, ikke en måling: gasmængder omregnes til den, kogetemperaturer tælles fra den, manometre kalibreres efter den — og af vane kaldes den «normaltryk», selv om et normaltryk ikke findes i naturen.
Af det fastlagte tal følger hele bladets aritmetik: atmosfæren er præcis 760 gange millimeteren kviksølv, 1,013 25 gange baren og 1,033 gange den tekniske atmosfære — netop den «at», kilopondet per kvadratcentimeter, som stadig forveksles med den rigtige. Forskellen er tre procent: nok til at ødelægge en beregning og for lidt til at opdage fejlen på manometeret.
Én atmosfære er ti ton trehundrede og tredive kilogram luft på hver kvadratmeter: omkring seks hundrede kilogram på en voksens skuldre og hundrede og halvtreds på en håndflade. Den knuser os ikke, fordi den trykker både udefra og indefra — men fjern halvdelen på den ene side, og forskellen bliver en meget mærkbar kraft. Sugekoppen, sugerøret, vakuumløfteren til glas og brystkassen ved indånding virker efter samme princip: sænk trykket lidt på den ene side, og lad atmosfæren gøre arbejdet.
02 · Omregning
Indtast en værdi — bladet omregner den til de øvrige enheder
Tre familier: selve trykskalaen, kendte genstande under dette tryk og de standardbetingelser, atmosfæren fastsætter.
Den største fælde ligger ikke i faktorerne, men i hvad man regner fra. Et almindeligt manometer — til dæk, til kompressoren, hvilket som helst med viser — viser overtryk, altså forskellen til den omgivende luft; «to og en halv i dækket» betyder tre og en halv absolut. Gaslovenes formler, kogetemperaturer og opløseligheder kræver det absolutte tryk. Deraf de to bogstaver i engelsksprogede kataloger, psig og psia, og deraf også halvdelen af alle ødelagte beregninger: at bytte om på dem betyder at tage fejl med præcis én atmosfære, hvilket ved lave tryk er mere end den målte størrelse selv.
| Skrivemåde | Hvad det betyder | Værdi | Hvor det forekommer |
|---|---|---|---|
| atm | normalatmosfære | 1,0000 | kemi, dykning |
| Pa | pascal, SI-enheden | 101325 Pa | normer og beregninger |
| kPa | kilopascal | 101,325 | dæk, teknik i SI |
| bar | bar | 1,01325 | hydraulik, dykning |
| hPa | hektopascal, alias millibar | 1013,3 | vejrudsigter |
| mmHg | torr | 760,00 | medicin, vakuumteknik |
| at | teknisk, kp/cm² | 1,0332 | gammel dokumentation |
| psi | pund per kvadrattomme | 14,696 | angelsaksisk teknik |
| mmHg | Blodtryk | 101325 Pa | 120 mm — systolisk hos en rask voksen |
| bar | Personbildæk | 101325 Pa | 2,5 bar på måleren |
| atm | Dykkerflaske | 101325 Pa | 200 atmosfærer i en stålflaske |
| hPa | Vejrudsigt | 101325 Pa | 1013 hPa ved jordoverfladen |
| atm | IUPAC's standardbetingelser | 101325 Pa | 1 bar siden 1982, før da atmosfæren |
| kPa | Normalbetingelser | 101325 Pa | 101,325 kPa og 0 °C |
| mmHg | Barometrisk kalibrering | 101325 Pa | 760 mm ved 0 °C og g₀ |
Omregningerne er eksakte: alle disse enheder er defineret gennem pascalen med hele faktorer, og ingen af dem justeres ved forsøg. Det eneste levende tal i tabellen er hektopascalen: den falder sammen med millibaren, og derfor kunne meteorologien skifte enhed uden at omskole observatørerne eller tegne kortene om.
03 · Størrelsesordener
titalslogaritme af trykket, atmosfærerDet beboelige område og hverdagens teknik
04 · Måleinstrumenter
Hvad man måler atmosfæren med
Et meterlangt glasrør, smeltet til i den ene ende, fyldt med kviksølv og vendt ned i en skål: kviksølvet synker, indtil det standser i ligevægtshøjden, og ovenover bliver Torricellis tomrum tilbage — det første vakuum lavet med hænderne. Instrumentet er upåklageligt nøjagtigt og fuldstændig ubekvemt: det vejer, tåler ikke hældning og kræver korrektioner for kviksølvets temperatur og den lokale tyngdekraft. Til gengæld behøver det ingen kalibrering — linealen er skalaen.
Samme princip ført helt ind i metrologien: skålen er forneden lukket med en læderpose, og med en skrue føres dens niveau hver gang til skalaens nulpunkt — en elfenbensspids, der netop skal røre sit eget spejlbillede i kviksølvet. Først derefter aflæses søjlens top med nonius, med en tiendedel millimeters nøjagtighed. Med sådanne barometre fastsatte man trykket på kalibreringsbænke indtil midten af det 20. århundrede, og netop ud af deres aflæsninger, omregnet til nul grader og normal tyngdekraft, voksede tallet 101 325 frem.
I stedet for kviksølv en flad, riflet dåse med udpumpet luft, som flades en smule ud, når trykket stiger, og retter sig, når det falder. Dens væg bevæger sig tiendedele af en millimeter, og hele instrumentets snilde ligger i vægtstængerne, der forstørrer bevægelsen til viserens udslag. En aneroid kan man transportere, tabe og hænge i entreen, men den lyver med tiden: fjederen bliver træt, og den må sammenlignes med kviksølvbarometeret. Sådan fik én og samme størrelse et «rigtigt» og et «bekvemt» instrument.
I telefonen bor en siliciummembran på størrelse med et sandkorn: den bøjer sig under trykket, og med bøjningen ændres kapacitansen eller modstanden i strain gauges langs kanten. Følsomheden er omkring ti pascal, altså mindre end en meters højde, og derfor kan navigationen skelne første sal fra tredje. Der er nu flere barometre end termometre i verden, og deres aflæsninger, indsamlet fra millioner af telefoner, indgår allerede i vejrprognosemodeller.
05 · Skriveregler
Tre små bogstaver og ét forbehold
Enheden er ikke opkaldt efter en person, derfor skrives betegnelsen med småt; præfikser sættes ikke på den.
Et stort «A» dukker op i kataloger over importeret udstyr og betyder altid sjusk, ikke en anden enhed. Baren afviger fra atmosfæren med 1,3 procent og blev indført netop for at give et rundt antal pascal; meteorologien opgav atmosfæren til fordel for den allerede i trediverne, og udsigterne opgives i hektopascal, talmæssigt lig med millibar. Den tekniske «at» er kilopondet per kvadratcentimeter, tre procent mindre end den rigtige, og i ældre dokumentation optræder den oftere end atm. Sidste linje til højre handler om det, der mangler: uden tilføjelsen «absolut» eller «over» er en trykangivelse ufuldstændig, og det er det eneste forbehold, man ikke må udelade.
07 · Historisk del
Hvordan tomrummet blev en enhed
Forsøget tog et minut, men man skændtes om det i tyve år: over kviksølvet i røret var der et tomrum, som efter almindelig overbevisning ikke kunne findes. Torricelli forklarede det hele på én gang: søjlen bæres af luftens vægt, og dens højde er ikke konstant — den ændrede sig fra dag til dag. Et instrument, udtænkt til en filosofisk strid, viste sig straks at være en vejrprofet, og det er det eneste tilfælde, hvor meteorologien blev født af vakuum.
Blaise Pascal ræsonnerede: hvis luften bærer søjlen, er der mindre luft på et bjerg, og søjlen må falde. Selv var han for svag af helbred, og op på Puy de Dôme gik hans svoger Florin Périer med to rør: det ene lod han blive ved foden i en munks varetægt, det andet bar han med op. På toppen faldt kviksølvet tre tommer og en linje. Striden var forbi: luften vejer, og den vejer mindre, jo højere man kommer.
Magdeburgs borgmester Otto von Guericke lagde to halvkugler af kobber sammen, pumpede luften ud med sin egen pumpe og bad forspand om at rive dem fra hinanden. Otte heste på hver side kunne ikke; ved en halv meters diameter holdt atmosfæren kuglen sammen med en kraft på omkring to ton. Regnestykket er klart for enhver, der kan gange areal med tryk, men skuespillet forklarede det bedre end nogen udledning — og kom i lærebøgerne i fire århundreder.
Ved midten af det 20. århundrede viste noget ubekvemt sig: definitionen gennem 760 millimeter kviksølv trak kviksølvets massefylde og den lokale tyngdekraft med sig, og begge størrelser blev til stadighed præciseret. Den tiende Generalkonference for mål og vægt huggede knuden over og erklærede atmosfæren lig med 101 325 pascal per definition. Enheden mistede sin binding til et stof og blev blot en faktor — samme greb, hvormed man senere løsrev meteren og dernæst kilogrammet fra deres genstande.
Enheden, der blev afskaffet og ikke kunne fjernes
Atmosfæren hører ikke til SI, og dens brug anbefales ikke: trykket har pascalen, og til store værdier dens præfikser. Alligevel holder enheden sig, hvor det ikke er tallet, der tæller, men sammenligningen med luften uden for vinduet. Kemikeren skriver «reaktion ved 3 atm», fordi det væsentlige for ham er, hvor mange gange mere end lufttrykket det er; dykkeren regner dybden i atmosfærer, fordi hver ti meter vand lægger præcis én til, og det er den bekvemmeste regning i hans fag; dækmanometeret er inddelt i bar og atm, da forskellen mellem dem er mindre end instrumentets fejl. Det metrologiske paradoks er, at atmosfæren efter 1954 holdt op med at være en måling og blev en eksakt faktor — altså netop det, der er bekvemt at bruge, og netop det, der ikke kan efterprøves ved forsøg. Man kan efterprøve et barometer, ikke en enhed; og et barometer kalibreret i pascal viser kun én atmosfære ved et sjældent tilfælde. Hendes slægtninge fik en lignende skæbne: millimeteren kviksølv er også defineret gennem pascalen og også i høj grad i live — i medicinen, hvor man måler blodtrykket med den, og ingen anbefaling har ændret det.
Katalog · måleenheder
Et blad for hver størrelse
Syv SI-basisenheder, toogtyve afledte med egne navne og enheder uden for SI, som hverken teknikken eller hverdagen kan undvære. Hver har sit eget blad: definition, omregning, instrumenter, skriveregler. På 36 sprog.
Trykket: enhederne og deres grunde
én størrelse, en halv snes skalaerSI's basisenheder
kilogram, meter, sekundBladets sprog
36 sprog. Betegnelsen atm er international, men de vante skalaer er det ikke: i oversættelsen tilpasses tabellerne lokal praksis.