Atmosfære
atm — enhet utenfor SI · størrelse: trykk · nøyaktig 101 325 Pa
Brønngraverne i Firenze klaget over at ingen pumpe fikk vannet høyere enn ti og en halv meter, uansett hvor mye man strevde. Galilei spøkte med at naturen tydeligvis holdt på å gå tom for sin skrekk for tomrommet. Eleven hans Torricelli ville undersøke saken for alvor og byttet vannet med kvikksølv — fjorten ganger tyngre, altså blir søylen kortere og får plass på et bord. Kvikksølvet i det tillukkede røret stanset ved syttiseks centimeter, og over det ble det stående et tomrom som ikke burde finnes. Pumpen suger altså ingenting: det er lufta som presser vannet opp i røret, og den presser med nøyaktig den kraften denne søylen kan veie opp. Vi lever, skrev Torricelli, nedsenket på bunnen av et hav av luft.
01 · Definisjon
Atmosfæren er en trykkenhet utenfor SI som er nøyaktig 101 325 pascal. Tallet er ikke målt, men fastsatt: det er trykket fra en 760 mm høy kvikksølvsøyle ved null grader under normal tyngdeakselerasjon, regnet ut én gang og siden 1954 fastsatt som definisjon.
Legg merke til hva som skjedde med logikken. Først var enheten en gjenstand: en kvikksølvsøyle du kunne helle opp, måle med linjal og se med egne øyne. Så ble gjenstanden regnet ut fra kvikksølvets tetthet og tyngdekraften, det kom et femsifret tall — og tallet selv ble erklært som enheten. Kvikksølvet ble dermed overflødig: viser det seg i morgen at tettheten er kjent litt mer nøyaktig, rører ikke atmosfæren på seg, for den handler ikke lenger om kvikksølv.
Det villedende ved denne enheten er bare andre halvdel av navnet. «Normal»-atmosfæren sier ingenting om hva som foregår utenfor vinduet: det virkelige trykket ved bakken vandrer fra 870 hektopascal i øyet på en tyfon til 1085 over det vinterlige Sibir, og nøyaktig én atmosfære inntreffer strengt tatt tilfeldig. Den er et referansepunkt, ikke en måling: gassvolumer føres tilbake til den, koketemperaturer telles fra den, manometre kalibreres etter den — og av gammel vane kalles den «normaltrykk», selv om normaltrykk ikke finnes i naturen.
Av det fastsatte tallet følger hele arkets regnestykke: atmosfæren er nøyaktig 760 ganger millimeteren kvikksølv, 1,013 25 ganger baren og 1,033 ganger den tekniske atmosfæren — nettopp den «at», kilopondet per kvadratcentimeter, som fortsatt forveksles med den ekte. Forskjellen er tre prosent: nok til å ødelegge en beregning og for lite til å oppdage feilen på manometeret.
Én atmosfære er ti tonn tre hundre og tretti kilogram luft som står på hver kvadratmeter: omtrent seks hundre kilogram på skuldrene til en voksen, hundre og femti på en håndflate. Den knuser oss ikke fordi den presser både utenfra og innenfra — men ta bort halvparten på den ene siden, og forskjellen blir en godt merkbar kraft. Sugekoppen, sugerøret, vakuumløfteren for glass og brystkassen ved innånding virker på det samme: senk trykket litt på den ene siden og la atmosfæren gjøre jobben.
02 · Omregning
Skriv inn en verdi — arket regner den om til de andre enhetene
Tre familier: selve trykkskalaen, kjente gjenstander under dette trykket og standardbetingelsene atmosfæren setter.
Den største fellen ligger ikke i faktorene, men i hva man regner fra. Et vanlig manometer — for dekk, for kompressoren, hvilket som helst med viser — viser overtrykk, altså forskjellen mot lufta rundt; «to og en halv i dekket» betyr tre og en halv absolutt. Formlene i gasslovene, koketemperaturer og løseligheter krever absolutt trykk. Derav de to bokstavene i engelskspråklige kataloger, psig og psia, og derav også halvparten av alle ødelagte beregninger: å bytte om på dem betyr å bomme med nøyaktig én atmosfære, som ved lave trykk er mer enn selve den målte størrelsen.
| Skrivemåte | Hva det betyr | Verdi | Hvor det forekommer |
|---|---|---|---|
| atm | normalatmosfære | 1,0000 | kjemi, dykking |
| Pa | pascal, SI-enheten | 101325 Pa | normer og beregninger |
| kPa | kilopascal | 101,325 | dekk, teknikk i SI |
| bar | bar | 1,01325 | hydraulikk, dykking |
| hPa | hektopascal, altså millibar | 1013,3 | værmeldinger |
| mmHg | torr | 760,00 | medisin, vakuumteknikk |
| at | teknisk, kp/cm² | 1,0332 | gammel dokumentasjon |
| psi | pund per kvadrattomme | 14,696 | angelsaksisk teknikk |
| mmHg | Blodtrykk | 101325 Pa | 120 mm — systolisk hos en frisk voksen |
| bar | Personbildekk | 101325 Pa | 2,5 bar på måleren |
| atm | Dykkerflaske | 101325 Pa | 200 atmosfærer i en stålflaske |
| hPa | Værmelding | 101325 Pa | 1013 hPa ved bakken |
| atm | IUPACs standardbetingelser | 101325 Pa | 1 bar siden 1982, før det atmosfæren |
| kPa | Normalbetingelser | 101325 Pa | 101,325 kPa og 0 °C |
| mmHg | Barometrisk kalibrering | 101325 Pa | 760 mm ved 0 °C og g₀ |
Omregningene er eksakte: alle disse enhetene er definert gjennom pascalen med hele faktorer, og ingen av dem justeres ved forsøk. Det eneste levende tallet i tabellen er hektopascalen: den faller sammen med millibaren, og derfor kunne meteorologien bytte enhet uten å skolere om observatørene eller tegne kartene på nytt.
03 · Størrelsesordener
tierlogaritmen til trykket, atmosfærerDet beboelige området og hverdagsteknikken
04 · Måleinstrumenter
Hva atmosfæren måles med
Et meterlangt glassrør, smeltet igjen i den ene enden, fylt med kvikksølv og snudd ned i en skål: kvikksølvet synker til det stanser i likevektshøyden, og over blir Torricellis tomrom stående — det første vakuumet laget for hånd. Instrumentet er upåklagelig nøyaktig og fullstendig ubekvemt: det veier, tåler ikke helning og krever korreksjoner for kvikksølvets temperatur og den lokale tyngdekraften. Til gjengjeld trenger det ingen kalibrering — linjalen er skalaen.
Samme prinsipp ført helt inn i metrologien: skålen er lukket nedentil med en skinnpose, og med en skrue føres nivået hver gang til nullpunktet på skalaen — til en elfenbensspiss som så vidt skal berøre sitt eget speilbilde i kvikksølvet. Først deretter leses toppen av søylen av med nonius, med en tiendedels millimeters nøyaktighet. Med slike barometre ble trykket satt på kalibreringsbenker helt til midten av 1900-tallet, og nettopp av deres avlesninger, omregnet til null grader og normal tyngdekraft, vokste tallet 101 325 fram.
I stedet for kvikksølv en flat, bølget boks med utpumpet luft, som flates litt ut når trykket stiger og retter seg når det faller. Veggen beveger seg tiendedeler av en millimeter, og hele knepet ligger i vektstengene som forstørrer bevegelsen til viserens utslag. En aneroid kan bæres med, mistes i gulvet og henges i gangen, men den lyver med tida: fjæra blir trøtt, og den må sammenlignes med kvikksølvbarometeret. Slik fikk én og samme størrelse et «riktig» og et «bekvemt» instrument.
I telefonen bor en silisiummembran på størrelse med et sandkorn: den bøyer seg under trykket, og med bøyningen endres kapasitansen eller motstanden i strekklappene langs kanten. Følsomheten ligger rundt ti pascal, altså mindre enn en meters høyde, og derfor kan navigasjonen skille første etasje fra tredje. Det finnes nå flere barometre enn termometre i verden, og avlesningene deres, samlet inn fra millioner av telefoner, mates allerede inn i værvarslingsmodeller.
05 · Skriveregler
Tre små bokstaver og ett forbehold
Enheten er ikke oppkalt etter en person, derfor skrives symbolet med liten bokstav; prefikser settes ikke på den.
En stor «A» dukker opp i kataloger over importert utstyr og betyr alltid slurv, ikke en annen enhet. Baren skiller seg fra atmosfæren med 1,3 prosent og ble innført nettopp for å gi et rundt antall pascal; meteorologien forlot atmosfæren til fordel for den allerede på trettitallet, og meldingene går i hektopascal, tallmessig lik millibar. Den tekniske «at» er kilopondet per kvadratcentimeter, tre prosent mindre enn den ekte, og i eldre dokumentasjon forekommer den oftere enn atm. Siste linje til høyre handler om det som mangler: uten tillegget «absolutt» eller «over» er en trykkangivelse ufullstendig, og det er det eneste forbeholdet man ikke kan utelate.
07 · Historisk del
Hvordan tomrommet ble en enhet
Forsøket tok ett minutt, men det ble kranglet om det i tjue år: over kvikksølvet i røret fantes et tomrom som etter allmenn overbevisning ikke kunne finnes. Torricelli forklarte alt på én gang: søylen bæres av luftas vekt, og høyden er ikke konstant — den endret seg fra dag til dag. Et instrument tenkt ut for en filosofisk strid viste seg straks å være en værprofet, og det er det eneste tilfellet der meteorologien ble født av vakuum.
Blaise Pascal resonnerte: bærer lufta søylen, er det mindre luft på et fjell, og søylen må synke. Selv var han for skral av helse, og opp på Puy de Dôme gikk svogeren hans Florin Périer med to rør: det ene lot han bli ved foten i en munks varetekt, det andre bar han med opp. På toppen sank kvikksølvet tre tommer og en linje. Striden var over: lufta veier, og den veier mindre jo høyere man kommer.
Magdeburgs borgermester Otto von Guericke la sammen to halvkuler av kobber, pumpet lufta ut med sin egen pumpe og ba spann om å rive dem fra hverandre. Åtte hester på hver side klarte det ikke; ved en halv meters diameter holdt atmosfæren kula sammen med en kraft på omtrent to tonn. Regnestykket er klart for alle som kan gange areal med trykk, men skuespillet forklarte det bedre enn noen utledning — og kom inn i lærebøkene i fire århundrer.
Mot midten av 1900-tallet viste det seg noe ubekvemt: definisjonen gjennom 760 millimeter kvikksølv dro med seg kvikksølvets tetthet og den lokale tyngdekraften, og begge størrelsene ble stadig mer nøyaktig bestemt. Den tiende Generalkonferansen for mål og vekt hogg over knuten og erklærte atmosfæren lik 101 325 pascal per definisjon. Enheten mistet båndet til et stoff og ble bare en faktor — med samme grep som senere løsrev meteren og deretter kilogrammet fra gjenstandene sine.
Enheten som ble avskaffet og likevel ble værende
Atmosfæren hører ikke til SI og anbefales ikke brukt: trykket har pascalen, og for store verdier prefiksene dens. Likevel holder enheten stand der det ikke er tallet som teller, men sammenligningen med lufta utenfor vinduet. Kjemikeren skriver «reaksjon ved 3 atm» fordi det vesentlige for ham er hvor mange ganger mer enn lufttrykket det er; dykkeren regner dybden i atmosfærer fordi hver tiende meter vann legger til nøyaktig én, og det er den bekvemmeste regningen i faget hans; dekkmanometeret er inndelt i bar og atm, siden forskjellen mellom dem er mindre enn instrumentets feil. Det metrologiske paradokset er at atmosfæren etter 1954 sluttet å være en måling og ble en eksakt faktor — altså nettopp det som er bekvemt å bruke, og nettopp det som ikke kan prøves ved forsøk. Man kan prøve et barometer, ikke en enhet; og et barometer kalibrert i pascal viser én atmosfære bare ved et sjeldent sammentreff. Slektningene hennes fikk en lignende skjebne: millimeteren kvikksølv er også definert gjennom pascalen og er også i høyeste grad i live — i medisinen, der man måler blodtrykket med den, og ingen anbefaling har endret på det.
Katalog · måleenheter
Et ark for hver størrelse
Sju SI-grunnenheter, tjueto avledede med egne navn og enheter utenfor SI som verken teknikken eller hverdagen klarer seg uten. Hver har sitt eget ark: definisjon, omregning, instrumenter, skriveregler. På 36 språk.
Trykket: enhetene og grunnene til dem
én størrelse, et titalls skalaerSIs grunnenheter
kilogram, meter, sekundArkets språk
36 språk. Symbolet atm er internasjonalt, men de vante skalaene er det ikke: i oversettelsen tilpasses tabellene lokal praksis.