Atmoszféra
atm — SI-n kívüli egység · mennyiség: nyomás · pontosan 101 325 Pa
A firenzei kútásók panaszkodtak, hogy semmilyen szivattyú nem emeli a vizet tíz és fél méternél magasabbra, bárhogy is igyekeznek. Galilei tréfásan megjegyezte, hogy a természetnek láthatóan fogytán van az irtózása a semmitől. Tanítványa, Torricelli komolyan utána akart járni, és a vizet higannyal cserélte fel — az tizennégyszer nehezebb, tehát az oszlop rövidebb lesz, és elfér egy asztalon. A leforrasztott csőben a higany hetvenhat centiméternél állt meg, fölötte pedig üresség maradt, amelynek nem lett volna szabad léteznie. A szivattyú tehát semmit sem szív: a vizet a levegő nyomja fel a csőbe, méghozzá pontosan akkora erővel, amekkorát ez az oszlop kiegyensúlyoz. Egy levegőóceán fenekére merülve élünk — írta Torricelli.
01 · Meghatározás
Az atmoszféra SI-n kívüli nyomásegység, amely pontosan 101 325 pascal. A szám nem mért, hanem rögzített: egy 760 mm magas higanyoszlop nyomása nulla fokon, normál nehézségi gyorsulás mellett, egyszer kiszámítva és 1954 óta meghatározásként rögzítve.
Figyeljük meg, mi történt a logikával. Eleinte az egység egy tárgy volt: higanyoszlop, amelyet ki lehetett önteni, vonalzóval megmérni és szemmel látni. Utóbb a tárgyat a higany sűrűségén és a nehézségi erőn keresztül kiszámították, ötjegyű szám jött ki — és magát a számot nyilvánították egységgé. A higanyra ezután nem volt szükség: ha holnap kiderül, hogy a sűrűségét valamivel pontosabban ismerjük, az atmoszféra meg sem rezdül, mert már nem a higanyról szól.
Ebben az egységben csak a név második fele csalóka. A «normál» atmoszféra semmit sem mond arról, mi zajlik az ablakon kívül: a valódi felszíni nyomás 870 hektopascaltól — a tájfun szemében — 1085-ig ingadozik a téli Szibéria fölött, és pontosan egy atmoszféra szigorúan véve véletlenül adódik. Vonatkoztatási pont ez, nem mérés: erre vezetik vissza a gázok térfogatát, ettől számítják a forráspontokat, ehhez hitelesítik a manométereket — és megszokásból «normál nyomásnak» hívják, holott normál nyomás a természetben nem létezik.
A rögzített számból következik a lap egész számtana: az atmoszféra pontosan 760-szorosa a higanymilliméternek, 1,013 25-szöröse a barnak és 1,033-szorosa a műszaki atmoszférának — annak a bizonyos «at»-nak, a négyzetcentiméterenkénti kilopondnak, amelyet máig összekevernek az igazival. A különbség három százalék: elég ahhoz, hogy elrontson egy számítást, és túl kevés ahhoz, hogy a hibát a manométeren észrevegyük.
Egy atmoszféra tíz tonna háromszázharminc kilogramm levegő minden négyzetméteren: egy felnőtt vállán körülbelül hatszáz kilogramm, a tenyerén százötven. Azért nem lapít szét minket, mert kívülről és belülről egyaránt nyom — de vegyük el az egyik oldalon a felét, és a különbség jól érezhető erővé válik. A tapadókorong, a szívószál, az üveglapok vákuumos emelője és a mellkas belégzéskor mind ugyanazon az elven működik: kissé csökkenteni a nyomást az egyik oldalon, és hagyni, hogy a munkát az atmoszféra végezze el.
02 · Átváltás
Adjon meg egy értéket — a lap átváltja a többi egységre
Három család: maga a nyomásskála, ismerős tárgyak e nyomás alatt, és az atmoszféra által megszabott szabványos körülmények.
A fő csapda nem az együtthatókban van, hanem abban, mihez képest számolunk. A hétköznapi manométer — a gumiabroncshoz, a kompresszorhoz, bármelyik mutatós — túlnyomást mutat, vagyis a környező levegőhöz mért különbséget; «két és fél a kerékben» három és fél abszolútat jelent. A gáztörvények képletei, a forráspontok és az oldhatóságok abszolút nyomást kívánnak. Innen az angol katalógusok két betűje, a psig és a psia, és innen az elrontott számítások fele is: összekeverni őket annyi, mint pontosan egy atmoszférát tévedni, ami alacsony nyomáson több, mint maga a mért mennyiség.
| Írásmód | Mit jelent | Érték | Hol fordul elő |
|---|---|---|---|
| atm | normál atmoszféra | 1,0000 | kémia, búvárkodás |
| Pa | pascal, az SI-egység | 101325 Pa | szabványok és számítások |
| kPa | kilopascal | 101,325 | gumiabroncsok, SI-technika |
| bar | bar | 1,01325 | hidraulika, búvárkodás |
| hPa | hektopascal, azaz millibar | 1013,3 | időjárás-jelentések |
| Hgmm | torr | 760,00 | orvoslás, vákuumtechnika |
| at | műszaki, kp/cm² | 1,0332 | régi dokumentáció |
| psi | font per négyzethüvelyk | 14,696 | angolszász technika |
| mmHg | Vérnyomás | 101325 Pa | 120 mm — szisztolés egészséges felnőttnél |
| bar | Személyautó gumiabroncsa | 101325 Pa | 2,5 bar a manométeren |
| atm | Búvárpalack | 101325 Pa | 200 atmoszféra acélpalackban |
| hPa | Időjárás-jelentés | 101325 Pa | 1013 hPa a felszínen |
| atm | IUPAC szabványos körülmények | 101325 Pa | 1 bar 1982 óta, azelőtt az atmoszféra |
| kPa | Normál körülmények | 101325 Pa | 101,325 kPa és 0 °C |
| mmHg | Barometrikus hitelesítés | 101325 Pa | 760 mm 0 °C-on és g₀ mellett |
Az átváltások pontosak: mindezek az egységek egész együtthatókkal, a pascalon keresztül vannak meghatározva, és egyiket sem pontosítja kísérlet. A táblázat egyetlen élő száma a hektopascal: egybeesik a millibarral, és ezért válthatott egységet a meteorológia anélkül, hogy átképezte volna a megfigyelőket vagy újrarajzolta volna a térképeket.
03 · Nagyságrendek
a nyomás tízes alapú logaritmusa, atmoszféraA lakható tartomány és a hétköznapi technika
04 · Mérőműszerek
Mivel mérik az atmoszférát
Méteres üvegcső, egyik végén leforrasztva, higannyal töltve és egy csészébe fordítva: a higany süllyed, amíg meg nem áll az egyensúlyi magasságban, fölötte pedig ott marad a Torricelli-űr — az első kézzel készített vákuum. A műszer kifogástalanul pontos és teljességgel kényelmetlen: nehéz, nem tűri a dőlést, és javításokat kíván a higany hőmérsékletére és a helyi nehézségi erőre. Cserébe nem szorul hitelesítésre — a vonalzó maga a skála.
Ugyanez az elv a metrológiáig vive: a csészét alul bőrzacskó zárja, és csavarral a szintjét minden alkalommal a skála nullájához igazítják — egy elefántcsont hegyhez, amelynek éppen csak érintenie kell a saját tükörképét a higanyban. Csak ezután olvassák le az oszlop tetejét nóniusszal, tizedmilliméter pontossággal. Ilyen barométerekkel állították be a nyomást a hitelesítő padokon a 20. század közepéig, és éppen az ő adataikból — nulla fokra és normál nehézségi erőre átszámítva — nőtt ki a 101 325-ös szám.
Higany helyett lapos, bordázott doboz, amelyből kiszivattyúzták a levegőt: nyomásemelkedéskor kissé belapul, csökkenéskor kiegyenesedik. Falának elmozdulása tizedmilliméterekben mérhető, és a műszer egész furfangja a karokban rejlik, amelyek ezt a mozgást a mutató kitéréséig nagyítják. Az aneroidot lehet szállítani, leejteni és az előszobában felakasztani, de idővel hazudik: a rugó elfárad, és össze kell vetni a higanyossal. Így kapott egy és ugyanaz a mennyiség egy «helyes» és egy «kényelmes» műszert.
A telefonban homokszem nagyságú szilíciummembrán lakik: a nyomás hatására behajlik, a behajlással pedig változik a szélén lévő nyúlásmérő bélyegek kapacitása vagy ellenállása. Az érzékenység mintegy tíz pascal, vagyis kevesebb mint egy méter magasságkülönbség, és ezért tudja a navigáció megkülönböztetni az első emeletet a harmadiktól. Barométerből ma több van a világon, mint hőmérőből, és az adataikat — több millió telefonról gyűjtve — már be is táplálják az időjárás-előrejelző modellekbe.
05 · Írásmód
Három kisbetű és egy kikötés
Az egységet nem személyről nevezték el, ezért a jelölés kisbetűs; előtagokat nem kapcsolnak hozzá.
A nagy «A» importált berendezések katalógusaiban bukkan fel, és mindig hanyagságot jelent, nem másik egységet. A bar 1,3 százalékkal tér el az atmoszférától, és éppen azért vezették be, hogy kerek számú pascalt adjon; a meteorológia már a harmincas években lemondott róla a javára, a jelentések pedig hektopascalban futnak, amely számszerűen egyenlő a millibarral. A műszaki «at» a négyzetcentiméterenkénti kilopond, három százalékkal kisebb az igazinál, és a régi dokumentációban gyakrabban fordul elő, mint az atm. Az utolsó sor jobbra arról szól, ami hiányzik: az «abszolút» vagy «túlnyomás» megjelölés nélkül a nyomásadat hiányos, és ez az egyetlen kikötés, amelyet nem szabad elhagyni.
07 · Történeti rész
Hogyan lett a semmiből egység
A kísérlet egy percig tartott, vitáztak róla húsz évig: a csőben a higany fölött üresség támadt, amely a közvélekedés szerint nem létezhetett. Torricelli mindent egy csapásra megmagyarázott: az oszlopot a levegő súlya tartja, magassága pedig nem állandó — napról napra változott. A filozófiai vita kedvéért kitalált műszer azonnal időjósnak bizonyult, és ez az egyetlen eset, amikor a meteorológia a vákuumból született.
Blaise Pascal így okoskodott: ha a levegő tartja az oszlopot, akkor a hegyen kevesebb a levegő, és az oszlopnak le kell süllyednie. Ő maga túl gyenge egészségű volt, ezért a Puy de Dôme-ra a sógora, Florin Périer mászott fel két csővel: az egyiket a hegy lábánál hagyta egy szerzetes felügyelete alatt, a másikat felvitte. A csúcson a higany három hüvelyknyit és egy vonalnyit süllyedt. A vitának vége szakadt: a levegő súlyos, és annál kevesebbet nyom, minél feljebb megyünk.
Magdeburg polgármestere, Otto von Guericke két rézfélgömböt illesztett össze, saját szivattyújával kiszívta belőlük a levegőt, és fogatokat hívott, hogy szakítsák szét őket. Nyolc-nyolc ló mindkét oldalon nem bírt vele; félméteres átmérőnél az atmoszféra mintegy két tonnányi erővel tartotta össze a gömböt. A számítás mindenkinek világos, aki felületet nyomással tud szorozni, de a látvány jobban megmagyarázta bármilyen levezetésnél — és négy évszázadra bekerült a tankönyvekbe.
A 20. század közepére kényelmetlen dolog derült ki: a 760 milliméter higanyon alapuló meghatározás magával hozta a higany sűrűségét és a helyi nehézségi erőt, és mindkét mennyiséget folyton pontosították. A tizedik Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia elvágta a csomót, és az atmoszférát meghatározás szerint 101 325 pascallal tette egyenlővé. Az egység elveszítette kapcsolatát az anyaggal, és puszta szorzóvá vált — ugyanazzal a fogással, amellyel később a métert, majd a kilogrammot is elszakították a tárgyaiktól.
Az egység, amelyet eltöröltek, de nem tudtak eltüntetni
Az atmoszféra nem tartozik az SI-hez, és használata nem ajánlott: a nyomásnak ott a pascal, nagy értékekhez pedig annak előtagjai. Az egység mégis megmarad ott, ahol nem a szám számít, hanem az ablakon kívüli levegővel való összevetés. A kémikus azt írja: «reakció 3 atm-en», mert számára az a lényeges, hányszorosa a légköri nyomásnak; a búvár atmoszférában számolja a mélységet, mert minden tíz méter víz pontosan eggyel told rajta, és ez a szakmája legkényelmesebb számolása; a gumiabroncs-manométer barban és atm-ben van beosztva, hiszen a kettő különbsége kisebb a műszer hibájánál. A metrológiai paradoxon abban áll, hogy 1954 után az atmoszféra megszűnt mérés lenni, és pontos szorzóvá vált — vagyis éppen azzá, amit kényelmes használni, és éppen azzá, amit kísérlettel nem lehet ellenőrizni. Ellenőrizni a barométert lehet, nem az egységet; a pascalban hitelesített barométer pedig csak ritka véletlen folytán mutat egy atmoszférát. Rokonait hasonló sors érte: a higanymilliméter szintén a pascalon keresztül van meghatározva, és szintén él — az orvoslásban, ahol vele mérik a vérnyomást, és ezen semmilyen ajánlás nem változtatott.
Katalógus · mértékegységek
Lap minden mennyiséghez
Az SI hét alapegysége, huszonkét saját nevű származtatott egység és azok az SI-n kívüli egységek, amelyek nélkül sem a technika, sem a hétköznapok nem boldogulnak. Mindegyiknek külön lapja van: meghatározás, átváltás, műszerek, írásmód. 36 nyelven.
A nyomás: az egységek és okaik
egy mennyiség, tucatnyi skálaAz SI alapegységei
kilogramm, méter, másodpercA lap nyelve
36 nyelv. Az atm jelölés nemzetközi, a megszokott skálák azonban nem: a fordításban a táblázatokat a helyi gyakorlathoz igazítjuk.