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Atmosfera 2 : la pressione

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by

Licia Cataldi

on 18 May 2017

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Transcript of Atmosfera 2 : la pressione

L'ATMOSFERA 2
LA PRESSIONE
By prof. Licia Cataldi
L'ATMOSFERA il PASCAL ed il MILLIBAR
2
2
ESPERIMENTO DI TORRICELLI
Il fisico e matematico Evangelista Torricelli misurò per primo la pressione atmosferica con il suo famoso esperimento nel 1664.
Egli riempì con il mercurio, Hg, un tubo lungo 1 metro e della sezione di un cm chiuso ad una estremità, e poi lo rovesciò all'interno di una bacinella piena di Hg. Egli vide che il tubo, al livello del mare e a 0°C, non si svuotava completamente, ma rimaneva una colonna alta 760 mm.
Infatti l'altezza della colonna di Hg bilancia perfettamente la pressione esercitata dall'atmosfera sul Hg nella bacinella.
Il livello del mercurio,760 mm Hg, rappresenta quindi il valore della pressione atmosferica.
1 mm Hg= 1 Torr.
760 Torr = 1 ATMOSFERA
L'
atmosfera
è una unità di misura al di fuori del Sistema Internazionale, definita come la pressione esercitata da una colonna d'aria alta quanto l'atmosfera su una superficie di 1 cm2 al livello del mare, a 0°C e a 45 gradi di latitudine.

Poichè però sulla pressione influisce anche l'umidità relativa, essa fu sostituita, nel Sistema Internazionale, dal
Pascal
, (
Pa
), pari ad 1
newton
/m2, ma che tuttavia non ha ancora piena applicazione in campo scientifico.
Il Pascal è una unità di misura molto piccola, e quindi vengono adoperati i suoi multipli. In meteorologia viene usato l'
ettopascal
(centinaia di pascal,
hPa
).
La pressione in condizioni normali alle medie latitudini, a livello del mare e alla temperatura di 15°C, è di
1013hPa
.
Al di sotto o al di sopra di tale valore si parla di bassa o alta pressione.
Lo strumento utilizzato per misurarla è il barometro.

Sempre in meteorologia però, l'unità più usata è un sottomultiplo del Bar, il
milliBar
(1 mBar = 1 Bar/ 1000). 1 Bar equivale a 10 alla 5 Pascal, mentre in medicina è più usata come unità di misura il mm di Hg, equivalente ad 1 Torr.
Se avvitiamo il tappo di una bottiglia vuota a 2000 metri, e poi la portiamo al livello del mare, la pressione atmosferica la schiaccerà.
Sai spiegarne il perchè ?
Se poggiamo un cartoncino su un bicchier pieno d'acqua, e lo capovolgiamo, l'acqua non cadrà. Ciò avviene perchè la pressione atmosferica non agisce solo dall'alto verso in basso, ma
verso tutte le direzioni.
ALTITUDINE : man mano che si sale la pressione diminuisce, poichè diminuisce l'altezza della colonna d'aria che preme sulla superficie. Si parla in questo caso di
GRADIENTE BARICO VERTICALE
. Quindi dalla pressione possiamo ricavare l'altitudine. A livello del mare si ha ovviamente il valore massimo della pressione.
ALTITUDINE
TEMPERATURA
UMIDITA'
FATTORI CHE INFLUISCONO SULLA PRESSIONE
A parità di volume quindi, una massa di aria calda eserciterà una pressione minore rispetto ad una massa di aria fredda.
ISOBARE
Le isobare sono linee che uniscono tra loro punti di uguale pressione atmosferica.
Poichè la pressione di una massa d’aria varia in funzione della quota e della temperatura, prima di poter confrontare tra loro i valori di pressione in diverse zone, a diverse quote e a diverse temperature, è necessario “
uniformare
” i dati, .
Con opportune
tabelle di conversione
, le pressioni vengono riportate al livello del mare e alla medesima temperatura, che per convenzione è di 0° C.
Soltanto dopo questa operazione le isobare vengono riportate sulle carte.
Le
carte delle isobare
sono uno strumento fondamentale per la
meteorologia
, perchè permettono di individuare zone a maggior o minor pressione, che sono quelle che determinano l'intera circolazione atmosferica., ed in definitiva il clima.

CICLONI ED ANTICICLONI
CICLONE
ANTICICLONE
Zona ciclonica
: è un'area chiusa in cui i valori della pressione diminuiscono dall'esterno verso l'interno. Infatti l'aria più calda e umida rispetto a quella circostante è più leggera, quindi tende a salire convergendo verso il centro e ruotando in senso antiorario, nel nostro emisfero, a causa dell'effetto di Coriolis. Viene indicata con la lettera
B.
Zona
anticiclonica
: è un'area chiusa in cui la pressione aumenta dall'esterno verso l'interno. Infatti l'aria più fredda e secca, più pesante rispetto a quella circostante, tende a scendere ruotando in senso orario verso la periferia. Viene indicata con la lettera
A
.
Zone cicloniche ed anticicloniche si formano quindi in seguito a differenze di temperatura tra masse d'aria adiacenti.
Dove la superficie terrestre è più riscaldata, l'aria calda leggera tende a salire formando
zone cicloniche di bassa pressione
.
Dove invece la superficie è meno riscaldata, l'aria fredda pesante tenderà a scendere dando luogo a
zone anticloniche di alta pressione.
A
B
Le due zone vengono collegate da spostamenti d'aria orizzontali dalle zone ad alta pressione verso le zone a bassa pressione.
Si formano così i venti, che seguono il
GRADIENTE BARICO ORIZZONTALE
: più sono vicine le isobare e più forte è il vento.
I VENTI
aria calda che sale
aria fredda che scende
anticiclone
ciclone
vento
VENTI
Gli anticicloni arrivano dalle
Azzorre
e dalla
Siberia
e sono per lo più
portatrici di tempo buono
. Il motivo va ricercato nel fatto che l’aria nelle zone di alta pressione subisce un moto discendente in cui viene riscaldata.
L'aria calda è in grado di trattenere una maggior quantità di umidità (che quindi non condenserà) e ciò contribuisce a rendere asciutta e limpida l’aria nelle zone anticicloniche.
Le zone cicloniche, come il
ciclone Islandese
, si muovono attraverso una regione in direzione sud-est e nord-est, apportatrici di
tempo cattivo
, spostandosi ad una velocità media di 800 km al giorno in estate e più di 1000 km giornalieri in inverno.
Il vento è uno spostamento orizzontale di masse d'aria dovuto alla differenza di pressione tra un'area anticiclonica (alta pressione) ed una ciclonica (bassa pressione)
. Dato che le variazioni di pressione sono dovute a variazioni di temperatura, si può affermare che il principale motore del vento è il diseguale riscaldamento della Terra.
I venti però, tendendo a compensare le differenze di pressione, contriuiscono a ristabilire l'equilibrio termico tra le varie regioni del globo.
I venti escono dalla periferia della zona anticiclonica con circolazione oraria, e si dirigono verso le aree di basse pressione, cicloniche, dove entrano con circolazione antioraria. Essi tenderebbero a spostarsi in maniera perpendicolare al gradiente barico orizzontale (la differenza di pressione tra le isobare), ma la forza di Coriolis ne devia la traiettoria. La direzione e la velocità del vento a bassa quota è anche influenzata dall'attrito con il suolo.
Per descrivere un vento si prendono in considerazione :
-
direzione
: indica il punto da cui spira, individuato dall'anemoscopio
-
velocità
: espressa in km/h viene misurata dall'anemometro
-
intensità
: in base alla velocità, i venti vengono classificati in 12 gradi di
intensità secondo la scala di Beaufort.
CLASSIFICAZIONE DEI VENTI
I venti si classificano in periodici, costanti, locali e ciclonici
COSTANTI
: sono venti che spirano sempre nella stessa direzione e nello stesso senso a causa di celle cicloniche e anticicloniche
PERMANENT
I .
Ne sono un esempio gli
alisei
.
PERIODICI
: sono venti che invertono periodicamente il loro senso. L'inversione può essere stagionale, come per i
monsoni,
oppure semplicemente diurno, come nelle brezze.
LOCALI
: tipici delle zone temperate, soffiano irregolarmente seguendo la formazione di celle cicloniche ed anticicloniche
TEMPORANEE
.
Ne sono esempi il
maestrale il libeccio lo scirocco
eccetera.
CICLONICI
: sono venti irregolari di cui è difficile prevedere sia lo spostamento che la potenza, che possono avere carattere fortemente distruttivo.
Alla base dei venti periodici, sia a livello diurno che annuale, c'è il medesimo meccanismo : la
differenza di calore specifico tra acqua e terra
.
Per calore specifico si intende la quantità di calore necessario per aumentare o diminuire di un grado la temperatura di un g. di sostanza
L'acqua quindi, avendo un calore specifico superiore rispetto alla terra, impiega più tempo a riscaldarsi rispetto al terreno, ma impiega anche più tempo a raffreddarsi rispetto al terreno.
Vediamo come questo meccanismo genera i venti periodici.
MONSONI
Inverno stagione secca
: poichè l'acqua si raffredda più lentamente, ed il terreno più velocemente, si formerà una zona di alta pressione sul continente, ed una di bassa pressione sull'oceano, più caldo. Il monsone spirerà verso l'oceano Indiano e fino alle coste africane.
Estate stagione delle piogge
: poichè il terreno si riscalda più velocemente rispetto all'acqua, si formerà una zona di bassa pressione sul continente asiatico, ed una di alta pressione sull'Oceano Indiano. Il monsone spirerà verso il continente, portando dal mare l'aria umida che provocherà piogge torrenziali.
BREZZE DI MARE e DI TERRA
Le brezze sono venti locali ad estensione molto limitata, contrariamente ai monsoni, tipiche dei litorali. Il meccanismo è lo stesso illustrato per i monsoni.
Notte, brezza di terra
: il terreno si raffredderà più velocemente rispetto all'acqua, più calda. Si gnererà così una zona di alta pressione sulla terraferma, ed una di bassa pressione sul mare. Il vento si sposterà dalla terraferma verso il mare.
Giorno, brezza di mare
: l'acqua a causa del suo alto calore specifico si riscalderà più lentamente rispetto al terreno, per cui avremo sul mare una zona di alta pressione, e sul terreno una zona di bassa pressione. Il vento si sposterà dal mare verso la terraferma.
I VENTI COSTANTI E LA CIRCOLAZIONE GENERALE
Se si adoperasse acqua anzichè Hg, l'altezza del livello nel tubo dovrebbe essere di oltre 10 metri. Sai spiegare perchè ?
ANEMOMETRO
Durante l'anno il pianeta Terra globalmente riceve dal Sole la stessa quantità di energia che verrà poi irraggiata dalla superficie terrestre. Tuttavia a causa dell'inclinazione dell'asse terrestre e conseguente diversa inclinazione dei raggi solari, l'Equatore avrà un bilancio termico positivo, mentre i Poli avranno un bilancio termico negativo. Sulla base di ciò, si potrebbe affermare che all'Equatore si ha un continuo aumento della temperatura, ed ai Poli una continua diminuizione. Ciò invece non avviene : poichè la natura cerca sempre l'equilibrio, la CIRCOLAZIONE ATMOSFERICA interviene per riequilibrare il gradiente termico e barico nell'atmosfera, tramite lo spostamento delle masse d'aria .
Per riequilibrare il differente gradiente termico su scala planetaria l'atmosfera terrestre spinge le masse d'aria a spostarsi tra l'equatore, dove c'è alta pressione, e i poli dove c'è alta pressione. Se la terra fosse priva di rotazione e la sua superficie omogenea , il differente riscaldamento darebbe origine ad
una singola cella convettiva a scala planetaria, con correnti ascendenti all’equatore e discendenti sui poli nella faccia del pianeta esposta al Sole.
LE CELLE DELL'ATMOSFERA
L'aria calda dell'equatore sale verso l'alto creando nell'area sottostante un'area di
bassa pressione PERMANENTE
caratterizzzate da forti turbolenze. Una volta raggiunta la tropopausa, l'aria scorre verso nord finquando verso i
30° lat
, per effetto del raffreddamento, comincia a scendere generando zone di
alta pressione permanente
con scarse precipitazioni (in queste zone si concentrano i deserti).
L'aria che scende a terra in parte ritornerà verso l'equatore, chiudendo così la prima cella convettiva, la cella di Hadley, mentre l'altra continua a spostarsi verso i Poli.
La zona di convergenza degli alisei di ciascun emisfero a ridosso dell'equatore è detta zona di convergenza intertropicale (ITCZ) ed è la zona di calma equatoriale, in quana velocità di spostamento delle masse d'aria è uguale alla velocità di rotazione della terra.

L'aria che ora prosegue a terra verso Nord, ricomincia a riscaldarsi fino a quando intorno ai
60° lat
, più o meno ai circoli polari artici, ricomincia a salire generando nella zona sottostante un'area di basse pressioni permanenti, con perturbazioni di minore intensità rispetto a quelle equatoriali dovute ad una minore energia. Una volta raggiunta la tropopausa, l'aria in parte tornerà indietro verso sud, chiudendo così la seconda cellula convettiva, detta
cella di FERREL
, mentre l'altra parte proseguira' verso i poli.
In realtà, nella Terra i continenti e gli oceani d'acqua sono distribuiti in modo irregolare. Inoltre, le masse d'aria vengono deviate tramite la Forza di Coriolis
La Circolazione Generale atmosferica consiste in spostamenti di masse d'aria nella bassa troposfera, ed è suddivisa in tre celle di circolazione per ciascun emisfero, tra loro confinanti.
CELLA DI HADLEY
CELLA DI FERREL
CELLA POLARE
L'aria in quota una volta raggiunti i poli, scenderà per raffreddamento, generando una fascia di alte pressioni permanenti. L'aria a terra tornera' quindi indietro verso i 60° lat. chiudendo la terza e ultima cellula convettiva, la
CELLA POLARE.
Nella realtà il movimento di queste masse d'aria non è rettilineo, perchè influenzato dai seguenti fattori :
-
forza di Coriolis
, che li fa deviare
-
maggiore velocità lineare
dell'aria all'equatore rispetto ai poli:
ciò provoca uno spostamento delle celle convettive e della
direzione del vento.
-
conformazione geografica della Terra
: i centri di alta e bassa
pressione sono influenzati dalla presenza di oceani, montagne,
foreste, oltre all'effetto provocato dalle stagioni
-
emisfero sud
: l'oceano qui copre la maggior parte della superficie,
conferendole maggiore uniformità termica, di conseguenza le
aree di pressione sono distribuite piu' regolarmente
-
emisfero nord
: la distribuzione delle aree di pressione e' piu'
disordinata per la presenza di tante zone con caratteristiche
diverse.
I VENTI COSTANTI
I sistemi permanenti di alta e bassa pressione che abbiamo visto, generano venti che spirano per tutto l'anno, detti anche venti planetari perchè interessano tutto il globo terrestre. Essi si distinguono in :
VENTI POLARI
: detti anche orientali perchè spirano da est, si muovono dalle alte pressioni polari alla basse pressioni subpolari intorno ai 60°lat.
VENTI OCCIDENTALI
: cosiddetti perchè spirano da sud-ovest , muovendosi dalle alte pressioni subtropicali alle basse pressioni subpolari
ALISEI
: spirano in direzione nord-est dalle alte pressioni subtropicali, 30° lat, verso le basse pressioni equatoriali.
VENTI
POLARI
VENTI
OCCIDENTALI
ALISEI
zona subtropicali di alta pressione
zona equatoriale di bassa pressione
zona subpolare di bassa pressione
zona polare di alta pressione
venti polari
venti occidentali
alisei di nord-est
Quando l'aria si riscalda, le molecole di gas si muovono più velocemente, e si urtano più violentemente. Di conseguenze si allontanano le une dalle altre occupando un volume maggiore, facendo diminuire la densità (
d=m/v
). La pressione diminuisce.
bassa pressione
alta pressione
bassa pressione
alta pressione
bassa pressione
alta pressione
VENTI PERIODICI:
MONSONI e
BREZZE
Circolazione ideale
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