Atmosfär
atm — enhet utanför SI · storhet: tryck · exakt 101 325 Pa
Brunnsgrävarna i Florens klagade över att ingen pump lyfte vattnet högre än tio och en halv meter, hur mycket man än ansträngde sig. Galilei skämtade att naturen tydligen fick slut på sin skräck för tomrummet. Hans elev Torricelli ville pröva saken på allvar och bytte vattnet mot kvicksilver — fjorton gånger tyngre, alltså blir pelaren kortare och får plats på ett bord. Kvicksilvret i det tillslutna röret stannade vid sjuttiosex centimeter, och ovanför blev ett tomrum kvar som inte borde finnas. Pumpen suger alltså ingenting: det är luften som trycker upp vattnet i röret, och den trycker precis med den kraft som denna pelare kan väga upp. Vi lever, skrev Torricelli, nedsänkta på bottnen av ett hav av luft.
01 · Definition
Atmosfären är en tryckenhet utanför SI som är exakt 101 325 pascal. Talet är inte uppmätt utan fastställt: det är trycket från en 760 mm hög kvicksilverpelare vid noll grader under normal tyngdacceleration, uträknat en gång och sedan 1954 fastlagt som definition.
Lägg märke till vad som hände med logiken. Först var enheten ett föremål: en kvicksilverpelare som gick att hälla upp, mäta med linjal och se med egna ögon. Sedan räknades föremålet ut ur kvicksilvrets densitet och tyngdkraften, det blev ett femsiffrigt tal — och talet självt förklarades vara enheten. Kvicksilvret behövdes inte längre: skulle dess densitet i morgon bli känd något noggrannare rör sig atmosfären inte, för den handlar inte längre om kvicksilver.
Det vilseledande med enheten är bara namnets andra hälft. «Normal»-atmosfären säger ingenting om vad som sker utanför fönstret: det verkliga marktrycket vandrar från 870 hektopascal i tyfonens öga till 1085 över det vintriga Sibirien, och exakt en atmosfär inträffar strängt taget av en slump. Den är en referenspunkt, inte en mätning: gasvolymer räknas om till den, koktemperaturer räknas från den, manometrar graderas efter den — och av gammal vana kallas den «normaltryck», fast något normaltryck inte finns i naturen.
Ur det fastlagda talet följer hela bladets aritmetik: atmosfären är exakt 760 gånger millimetern kvicksilver, 1,013 25 gånger baren och 1,033 gånger den tekniska atmosfären — just den «at», kilopondet per kvadratcentimeter, som än i dag förväxlas med den riktiga. Skillnaden är tre procent: nog för att förstöra en beräkning och för lite för att märka felet på manometern.
En atmosfär är tio ton trehundratrettio kilogram luft som står på varje kvadratmeter: omkring sexhundra kilogram på en vuxens axlar och hundrafemtio på en handflata. Den krossar oss inte därför att den trycker både utifrån och inifrån — men ta bort hälften på ena sidan så blir skillnaden en högst kännbar kraft. Sugproppen, sugröret, vakuumlyften för glas och bröstkorgen vid inandning fungerar på samma sätt: sänk trycket något på ena sidan och låt atmosfären göra jobbet.
02 · Omräkning
Ange ett värde — bladet räknar om det till de övriga enheterna
Tre familjer: själva tryckskalan, välkända föremål under detta tryck och de standardbetingelser som atmosfären sätter.
Den stora fällan sitter inte i faktorerna utan i vad man räknar ifrån. En vanlig manometer — för däck, för kompressorn, vilken som helst med visare — visar övertryck, alltså skillnaden mot omgivande luft; «två och en halv i däcket» betyder tre och en halv absolut. Gaslagarnas formler, koktemperaturer och lösligheter kräver det absoluta trycket. Därav de två bokstäverna i engelskspråkiga kataloger, psig och psia, och därav också hälften av alla förstörda beräkningar: att blanda ihop dem betyder att missa med exakt en atmosfär, vilket vid låga tryck är mer än den uppmätta storheten själv.
| Skrivsätt | Vad det betyder | Värde | Var det förekommer |
|---|---|---|---|
| atm | normalatmosfär | 1,0000 | kemi, dykning |
| Pa | pascal, SI-enheten | 101325 Pa | normer och beräkningar |
| kPa | kilopascal | 101,325 | däck, teknik i SI |
| bar | bar | 1,01325 | hydraulik, dykning |
| hPa | hektopascal, alias millibar | 1013,3 | väderrapporter |
| mmHg | torr | 760,00 | medicin, vakuumteknik |
| at | teknisk, kp/cm² | 1,0332 | gammal dokumentation |
| psi | pund per kvadrattum | 14,696 | anglosaxisk teknik |
| mmHg | Blodtryck | 101325 Pa | 120 mm — systoliskt hos en frisk vuxen |
| bar | Personbilsdäck | 101325 Pa | 2,5 bar på mätaren |
| atm | Dykflaska | 101325 Pa | 200 atmosfärer i en stålflaska |
| hPa | Väderrapport | 101325 Pa | 1013 hPa vid marken |
| atm | IUPAC:s standardbetingelser | 101325 Pa | 1 bar sedan 1982, dessförinnan atmosfären |
| kPa | Normalbetingelser | 101325 Pa | 101,325 kPa och 0 °C |
| mmHg | Barometrisk kalibrering | 101325 Pa | 760 mm vid 0 °C och g₀ |
Omräkningarna är exakta: alla dessa enheter är definierade genom pascal med hela faktorer, och ingen av dem justeras genom försök. Det enda levande talet i tabellen är hektopascalen: den sammanfaller med millibaren, och därför kunde meteorologin byta enhet utan att skola om observatörerna eller rita om kartorna.
03 · Storleksordningar
tiologaritm av trycket, atmosfärerDet beboeliga området och vardaglig teknik
04 · Mätinstrument
Vad man mäter atmosfären med
Ett meterlångt glasrör, tillsmält i ena änden, fyllt med kvicksilver och vänt ned i en skål: kvicksilvret sjunker tills det stannar på jämviktshöjden, och ovanför blir Torricellis tomrum kvar — det första vakuum som gjorts för hand. Instrumentet är oklanderligt noggrant och fullkomligt obekvämt: det väger, tål ingen lutning och kräver korrektioner för kvicksilvrets temperatur och den lokala tyngdkraften. I gengäld behöver det ingen kalibrering — linjalen är skalan.
Samma princip driven till metrologi: skålen är nedtill sluten med en läderpåse, och med en skruv förs dess nivå varje gång till skalans nollpunkt — en elfenbensspets som nätt och jämnt ska röra sin egen spegelbild i kvicksilvret. Först därefter läses pelarens topp av med nonie, till en tiondels millimeter. Med sådana barometrar ställdes trycket på kalibreringsbänkar ända in på 1900-talets mitt, och just ur deras avläsningar, omräknade till noll grader och normal tyngdkraft, växte talet 101 325 fram.
I stället för kvicksilver en platt, korrugerad dosa med utpumpad luft, som plattas till något när trycket stiger och rätar ut sig när det faller. Dess vägg rör sig tiondels millimeter, och hela knepet ligger i hävarmarna som förstorar rörelsen till visarens utslag. En aneroid går att bära med sig, tappa och hänga i hallen, men den ljuger med tiden: fjädern tröttnar och den måste jämföras med kvicksilverbarometern. Så fick en och samma storhet ett «riktigt» och ett «bekvämt» instrument.
I telefonen bor ett kiselmembran stort som ett sandkorn: det böjs av trycket, och med böjningen ändras kapacitansen eller resistansen hos töjningsgivarna vid kanten. Känsligheten är omkring tio pascal, alltså mindre än en meters höjd, och därför kan navigatorn skilja första våningen från tredje. Barometrarna i världen är nu fler än termometrarna, och deras avläsningar, insamlade från miljontals telefoner, matas redan in i väderprognosmodeller.
05 · Skrivregler
Tre gemener och ett förbehåll
Enheten är inte uppkallad efter en person, därför skrivs beteckningen med gemener; prefix fogas inte till den.
Ett versalt «A» dyker upp i kataloger över importerad utrustning och betyder alltid slarv, inte en annan enhet. Baren skiljer sig från atmosfären med 1,3 procent och infördes just för att ge ett jämnt antal pascal; meteorologin övergav atmosfären till dess förmån redan på trettiotalet, och rapporterna går i hektopascal, till talet lika med millibar. Den tekniska «at» är kilopondet per kvadratcentimeter, tre procent mindre än den riktiga, och i äldre dokumentation förekommer den oftare än atm. Sista raden till höger handlar om det som saknas: utan tillägget «absolut» eller «över» är ett tryckvärde ofullständigt, och det är det enda förbehåll man inte får utelämna.
07 · Historisk del
Hur tomrummet blev en enhet
Försöket tog en minut, men man tvistade om det i tjugo år: ovanför kvicksilvret i röret fanns ett tomrum som enligt allmän övertygelse inte kunde finnas. Torricelli förklarade allt på en gång: pelaren bärs av luftens tyngd, och dess höjd är inte konstant — den ändrades från dag till dag. Ett instrument påhittat för en filosofisk tvist visade sig genast vara en väderprofet, och det är det enda fall där meteorologin föddes ur vakuum.
Blaise Pascal resonerade: om luften bär pelaren finns det mindre luft på ett berg och pelaren måste sjunka. Själv var han för klen till hälsan, och upp på Puy de Dôme gick hans svåger Florin Périer med två rör: det ena lämnade han vid foten i en munks vård, det andra bar han med sig. På toppen sjönk kvicksilvret tre tum och en linje. Tvisten var över: luften väger, och den väger mindre ju högre man stiger.
Magdeburgs borgmästare Otto von Guericke lade samman två halvklot av koppar, pumpade ut luften med sin egen pump och bjöd in spann att slita isär dem. Åtta hästar på var sida klarade det inte; vid en halv meters diameter höll atmosfären klotet samman med en kraft på ungefär två ton. Uträkningen är begriplig för var och en som kan multiplicera yta med tryck, men skådespelet förklarade det bättre än någon härledning — och gick in i läroböckerna för fyra sekler.
Vid mitten av 1900-talet visade sig något obekvämt: definitionen genom 760 millimeter kvicksilver drog med sig kvicksilvrets densitet och den lokala tyngdkraften, och båda storheterna preciserades gång på gång. Den tionde Generalkonferensen för mått och vikt högg av knuten och förklarade atmosfären lika med 101 325 pascal per definition. Enheten förlorade sitt band till ett ämne och blev bara en faktor — samma grepp med vilket man senare lösgjorde metern och därefter kilogrammet från sina föremål.
Enheten som avskaffades men inte gick att bli av med
Atmosfären hör inte till SI och rekommenderas inte för användning: trycket har pascalen, och för stora värden dess prefix. Ändå håller sig enheten kvar där det inte är talet som räknas utan jämförelsen med luften utanför fönstret. Kemisten skriver «reaktion vid 3 atm» därför att det väsentliga för honom är hur många gånger mer än lufttrycket det är; dykaren räknar djupet i atmosfärer därför att varje tio meter vatten lägger till exakt en och det är det bekvämaste räknesättet i hans yrke; däckmanometern är graderad i bar och atm, eftersom skillnaden mellan dem är mindre än instrumentets fel. Den metrologiska paradoxen är att atmosfären efter 1954 upphörde att vara en mätning och blev en exakt faktor — alltså just det som är bekvämt att använda och just det som inte går att pröva experimentellt. Man kan pröva en barometer, inte en enhet; och en barometer kalibrerad i pascal visar en atmosfär endast genom en sällsynt slump. Hennes släktingar gick samma öde till mötes: millimetern kvicksilver är också definierad genom pascalen och också högst levande — inom medicinen, där man mäter blodtrycket med den, och ingen rekommendation har ändrat på det.
Katalog · måttenheter
Ett blad för varje storhet
Sju SI-basenheter, tjugotvå härledda med egna namn och enheter utanför SI som varken tekniken eller vardagen klarar sig utan. Var och en har sitt eget blad: definition, omräkning, instrument, skrivregler. På 36 språk.
Trycket: enheterna och deras skäl
en storhet, ett tiotal skalorSI:s basenheter
kilogram, meter, sekundBladets språk
36 språk. Beteckningen atm är internationell, men de invanda skalorna är det inte: i översättningen anpassas tabellerna till lokal praxis.