Atmósfera
atm — unidad ajena al SI · magnitud: presión · 101 325 Pa exactamente
Los pocero florentinos se quejaban de que ninguna bomba subía el agua más allá de diez metros y medio, por mucho que se empeñaran. Galileo bromeó diciendo que a la naturaleza se le acababa el horror al vacío. Su discípulo Torricelli decidió comprobarlo en serio y sustituyó el agua por mercurio: catorce veces más pesado, así que la columna sería más corta y cabría sobre una mesa. El mercurio del tubo sellado se detuvo a setenta y seis centímetros, y encima quedó un vacío que no debía existir. La bomba, pues, no succiona nada: es el aire el que empuja el agua por el tubo, y lo hace justo con la fuerza que esa columna puede equilibrar. Vivimos, escribió Torricelli, sumergidos en el fondo de un océano de aire.
01 · Definición
La atmósfera es una unidad de presión ajena al SI que vale exactamente 101 325 pascales. La cifra no está medida, sino fijada: es la presión de una columna de mercurio de 760 mm a cero grados con la aceleración normal de la gravedad, calculada una vez y establecida como definición desde 1954.
Fíjese en lo que le ocurrió a la lógica. Primero la unidad fue un objeto: una columna de mercurio que se podía verter, medir con una regla y ver con los ojos. Luego el objeto se calculó a partir de la densidad del mercurio y de la gravedad, salió un número de cinco cifras — y se declaró unidad al número mismo. El mercurio dejó de hacer falta: si mañana se conoce su densidad con algo más de precisión, la atmósfera no se moverá, porque ya no trata del mercurio.
Lo engañoso de esta unidad es solo la segunda mitad de su nombre. La atmósfera «normal» no dice nada de lo que ocurre al otro lado de la ventana: la presión real en superficie oscila entre 870 hectopascales en el ojo de un tifón y 1085 sobre la Siberia invernal, y exactamente una atmósfera se da, en rigor, por casualidad. Es un punto de referencia, no una medida: a ella se reducen los volúmenes de gas, desde ella se cuentan las temperaturas de ebullición, con ella se gradúan los manómetros — y por costumbre se la llama «presión normal», aunque en la naturaleza no existe presión normal alguna.
De la cifra fijada se sigue toda la aritmética de esta ficha: la atmósfera equivale exactamente a 760 milímetros de mercurio, a 1,013 25 bar y a 1,033 atmósferas técnicas — esa «at», el kilogramo-fuerza por centímetro cuadrado, que todavía se confunde con la verdadera. La diferencia es del tres por ciento: suficiente para estropear un cálculo y demasiado poco para notar el error en el manómetro.
Una atmósfera son diez toneladas trescientos treinta kilogramos de aire apoyados sobre cada metro cuadrado: unos seiscientos kilogramos sobre los hombros de un adulto y ciento cincuenta sobre la palma de la mano. No nos aplasta porque presiona por fuera y por dentro, pero basta con quitar la mitad de un lado para que la diferencia se convierta en una fuerza bien palpable. La ventosa, la pajita, el elevador de vacío para vidrio y la caja torácica al inspirar funcionan igual: bajar un poco la presión de un lado y dejar que la atmósfera haga el trabajo.
02 · Conversión
Introduzca un valor y la ficha lo convertirá a las demás unidades
Tres familias: la escala de presiones en sí, objetos conocidos sometidos a esa presión y las condiciones estándar que fija la atmósfera.
La trampa principal no está en los coeficientes, sino en el punto de partida. Un manómetro doméstico — de neumáticos, de compresor, cualquiera con aguja — indica la presión relativa, es decir, la diferencia con el aire circundante; «dos y medio en la rueda» significa tres y medio absolutos. Las fórmulas de las leyes de los gases, las temperaturas de ebullición y las solubilidades exigen la absoluta. De ahí las dos letras de los catálogos en inglés, psig y psia, y de ahí también la mitad de los cálculos echados a perder: confundirlas es equivocarse en exactamente una atmósfera, lo que a presiones bajas supera la propia magnitud medida.
| Notación | Qué significa | Valor | Dónde se encuentra |
|---|---|---|---|
| atm | atmósfera normal | 1,0000 | química, buceo |
| Pa | pascal, la unidad del SI | 101325 Pa | normas y cálculos |
| kPa | kilopascal | 101,325 | neumáticos, técnica en SI |
| bar | bar | 1,01325 | hidráulica, buceo |
| hPa | hectopascal, alias milibar | 1013,3 | partes meteorológicos |
| mmHg | torr | 760,00 | medicina, técnica de vacío |
| at | técnica, kgf/cm² | 1,0332 | documentación antigua |
| psi | libra por pulgada cuadrada | 14,696 | técnica anglosajona |
| mmHg | Presión arterial | 101325 Pa | 120 mm — sistólica en un adulto sano |
| bar | Neumático de coche | 101325 Pa | 2,5 bar en el manómetro |
| atm | Botella de buceo | 101325 Pa | 200 atmósferas en una de acero |
| hPa | Parte meteorológico | 101325 Pa | 1013 hPa en superficie |
| atm | Condiciones estándar de la IUPAC | 101325 Pa | 1 bar desde 1982; antes, la atmósfera |
| kPa | Condiciones normales | 101325 Pa | 101,325 kPa y 0 °C |
| mmHg | Verificación barométrica | 101325 Pa | 760 mm a 0 °C y g₀ |
Las conversiones son exactas: todas estas unidades están definidas a partir del pascal con coeficientes enteros y ninguna se corrige por experimento. El único número vivo de la tabla es el hectopascal: coincide con el milibar, y por eso la meteorología cambió de unidad sin reeducar a los observadores ni redibujar los mapas.
03 · Órdenes de magnitud
logaritmo decimal de la presión, atmósferasEl rango habitable y la técnica corriente
04 · Instrumentos de medida
Con qué se mide la atmósfera
Un tubo de vidrio de un metro, sellado por un extremo, lleno de mercurio y volcado en una cubeta: el mercurio baja hasta detenerse a la altura de equilibrio, y encima queda el vacío de Torricelli, el primer vacío hecho a mano. El instrumento es impecablemente exacto y del todo incómodo: pesa, teme la inclinación y exige correcciones por la temperatura del mercurio y la gravedad local. A cambio no necesita calibración: la regla es la escala.
El mismo principio llevado a la metrología: la cubeta se cierra por debajo con una bolsa de cuero y, con un tornillo, su nivel se lleva cada vez al cero de la escala, una punta de marfil que debe rozar apenas su reflejo en el mercurio. Solo entonces se lee la cima de la columna con nonio, con precisión de una décima de milímetro. Con barómetros así se fijaba la presión en los bancos de verificación hasta mediados del siglo XX, y precisamente de sus lecturas, reducidas a cero grados y gravedad normal, nació la cifra 101 325.
En lugar de mercurio, una cápsula plana y ondulada a la que se ha extraído el aire: se aplana un poco cuando la presión sube y se estira cuando baja. Su pared se mueve décimas de milímetro, y toda la astucia del aparato está en las palancas que amplían ese movimiento hasta el recorrido de la aguja. Un aneroide se puede transportar, dejar caer y colgar en el recibidor, pero con el tiempo miente: el muelle se cansa y hay que compararlo con el de mercurio. Así una misma magnitud obtuvo un instrumento «correcto» y otro «cómodo».
En el teléfono vive una membrana de silicio del tamaño de un grano de arena: se comba bajo la presión y, con la combadura, cambian la capacidad o la resistencia de las galgas extensométricas de su borde. La sensibilidad ronda los diez pascales, menos de un metro de altura, y por eso el navegador distingue la primera planta de la tercera. Ya hay más barómetros que termómetros en el mundo, y sus lecturas, recogidas de millones de teléfonos, alimentan los modelos de predicción meteorológica.
05 · Reglas de escritura
Tres minúsculas y una salvedad
La unidad no lleva el nombre de una persona, por eso su símbolo va en minúscula; no se le añaden prefijos.
La «A» mayúscula aparece en catálogos de equipos importados y siempre indica descuido, no otra unidad. El bar difiere de la atmósfera en un 1,3 por ciento y se introdujo precisamente para tener un número redondo de pascales; la meteorología abandonó la atmósfera en su favor ya en los años treinta, y los partes van en hectopascales, numéricamente iguales a los milibares. La «at» técnica es el kilogramo-fuerza por centímetro cuadrado: es un tres por ciento menor que la verdadera y en la documentación antigua aparece más que atm. La última línea de la derecha habla de lo que falta: sin la indicación «absoluta» o «relativa», una cifra de presión está incompleta, y esa es la única salvedad que no se puede omitir.
07 · Sección histórica
Cómo el vacío se convirtió en unidad
El experimento duró un minuto y se discutió durante veinte años: sobre el mercurio del tubo apareció un vacío que, según la convicción general, no podía existir. Torricelli lo explicó todo de golpe: la columna la sostiene el peso del aire, y su altura no es constante, cambiaba de un día para otro. Un aparato ideado para una disputa filosófica resultó de inmediato un pronosticador del tiempo, y ese es el único caso en que la meteorología nació del vacío.
Blaise Pascal razonó que, si el aire sostiene la columna, en la montaña hay menos aire y la columna debe bajar. Él estaba demasiado débil de salud, así que al Puy de Dôme subió su cuñado Florin Périer con dos tubos: uno lo dejó al pie, al cuidado de un monje, y el otro lo llevó arriba. En la cima el mercurio cayó tres pulgadas y una línea. La disputa terminó: el aire pesa, y pesa menos a medida que se asciende.
Otto von Guericke, burgomaestre de Magdeburgo, juntó dos hemisferios de cobre, extrajo el aire con su bomba y propuso a varias yuntas que los separaran. Ocho caballos por cada lado no lo lograron; con medio metro de diámetro, la atmósfera sujetaba la esfera con una fuerza de unas dos toneladas. El cálculo lo entiende cualquiera que sepa multiplicar superficie por presión, pero el espectáculo lo explicó mejor que cualquier deducción, y entró en los libros de texto durante cuatro siglos.
A mediados del siglo XX salió a la luz un inconveniente: la definición mediante 760 milímetros de mercurio arrastraba consigo la densidad del mercurio y la gravedad local, y ambas magnitudes se iban precisando. La décima Conferencia General de Pesas y Medidas cortó el nudo declarando la atmósfera igual a 101 325 pascales por definición. La unidad perdió su vínculo con una sustancia y se volvió un simple factor, el mismo recurso con el que más tarde se desligaron de sus objetos el metro y luego el kilogramo.
La unidad que se abolió y no se pudo retirar
La atmósfera no pertenece al SI y no se recomienda su uso: la presión tiene el pascal y, para valores grandes, sus prefijos. Aun así la unidad se mantiene allí donde no importa la cifra, sino la comparación con el aire de la calle. El químico escribe «reacción a 3 atm» porque lo que le interesa es cuántas veces supera a la atmosférica; el buceador cuenta la profundidad en atmósferas porque cada diez metros de agua añaden exactamente una y ese es el cálculo más cómodo de su oficio; el manómetro de neumáticos está graduado en bares y atm, ya que la diferencia entre ellos es menor que el error del aparato. La paradoja metrológica está en que, después de 1954, la atmósfera dejó de ser una medida y se convirtió en un factor exacto: justo aquello que resulta cómodo de usar y justo aquello que no puede comprobarse por experimento. Comprobar se puede un barómetro, no una unidad; y un barómetro verificado en pascales marcará una atmósfera solo por rara coincidencia. Sus parientes corrieron una suerte parecida: el milímetro de mercurio también está definido a partir del pascal y también sigue vivo, en la medicina, donde con él se mide la presión arterial, y ninguna recomendación lo ha cambiado.
Catálogo · unidades de medida
Una ficha para cada magnitud
Siete unidades básicas del SI, veintidós derivadas con nombre propio y unidades ajenas al SI sin las que no se las arreglan ni la técnica ni la vida diaria. Cada una tiene su ficha: definición, conversión, instrumentos, reglas de escritura. En 36 idiomas.
La presión: las unidades y sus razones
una magnitud, una decena de escalasUnidades básicas del SI
kilogramo, metro, segundoIdioma de la ficha
36 idiomas. El símbolo atm es internacional, pero las escalas habituales no lo son: en la traducción las tablas se ajustan a la práctica local.