8.2: فشار گاز
- Page ID
- 217324
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)در پایان این بخش، شما قادر خواهید بود:
- ویژگی فشار را تعریف کنید
- تعریف و تبدیل بین واحدهای اندازه گیری فشار
- عملکرد ابزارهای معمول برای اندازه گیری فشار گاز را شرح دهید
جو زمین مانند هر گاز دیگری فشار وارد می کند. اگرچه ما به طور معمول متوجه فشار اتمسفر نمی شویم، اما به تغییرات فشار حساس هستیم - به عنوان مثال، هنگامی که گوش های شما هنگام بلند شدن و فرود هنگام پرواز، یا هنگام شیرجه زدن در زیر آب، «پاپ» می شوند. فشار گاز ناشی از نیروی وارد شده توسط مولکول های گاز است که با سطوح اجسام برخورد می کنند (شکل\(\PageIndex{1}\)). اگرچه نیروی هر برخورد بسیار کم است، اما هر سطحی از ناحیه قابل توجه تعداد زیادی برخورد را در مدت زمان کوتاهی تجربه می کند که می تواند منجر به فشار زیاد شود. در واقع، فشار هوای معمولی به اندازه کافی قوی است که یک ظرف فلزی را در صورت عدم تعادل با فشار مساوی از داخل ظرف خرد کند.
فشار اتمسفر ناشی از وزن ستون مولکول های هوا در جو بالای یک جسم مانند ماشین تانکر است. در سطح دریا، این فشار تقریباً مشابه فشار یک فیل آفریقایی است که روی پادری ایستاده است، یا یک توپ بولینگ معمولی که روی تصویر بند انگشتی شما قرار دارد. اینها ممکن است مقادیر زیادی به نظر برسند، و همینطور هم هستند، اما حیات روی زمین تحت چنین فشار اتمسفری تکامل یافته است. اگر در واقع یک توپ بولینگ را روی تصویر کوچک خود قرار دهید، فشاری که تجربه می کنید دو برابر فشار معمول است و احساس ناخوشایند است.
به طور کلی، فشار به عنوان نیروی وارد بر یک منطقه معین تعریف می شود:\ (P =\ frac {F} {A}). توجه داشته باشید که فشار با نیرو نسبت مستقیم و با مساحت نسبت معکوس دارد. بنابراین، فشار را می توان با افزایش مقدار نیرو یا کاهش ناحیه ای که روی آن اعمال می شود افزایش داد. فشار را می توان با کاهش نیرو یا افزایش مساحت کاهش داد.
بیایید این مفهوم را اعمال کنیم تا مشخص کنیم کدام یک فشار بیشتری در شکل وارد می \(\PageIndex{2}\) کند - فیل یا اسکیت باز؟ یک فیل بزرگ آفریقایی می تواند 7 تن وزن داشته باشد، در چهار پا پشتیبانی می شود، هر کدام با قطر حدود 1.5 فوت (مساحت رد پا 250 در 2)، بنابراین فشار اعمال شده توسط هر پا حدود 14 پوند در 2 است:
\[\text { pressure per elephant foot }=14,000 \frac{ lb }{\text { elephant }} \times \frac{1 \text { elephant }}{4 \text { feet }} \times \frac{1 \text { foot }}{250 in^2}=14 lb / in^2 \nonumber \]
اسکیت باز فیگور حدود 120 پوند وزن دارد که بر روی دو تیغه اسکیت پشتیبانی می شود، هر کدام با مساحت حدود 2 در 2، بنابراین فشار اعمال شده توسط هر تیغه حدود 30 پوند/در 2 است:
\[\text { pressure per skate blade }=120 \frac{ lb }{\text { skater }} \times \frac{1 \text { skater }}{2 \text { blades }} \times \frac{1 \text { blade }}{2 \text { in }^2}=30 lb / in^2 \nonumber \]
حتی اگر فیل بیش از صد برابر سنگین تر از اسکیت باز باشد، کمتر از نیمی از فشار را اعمال می کند. از طرف دیگر، اگر اسکیت باز اسکیت خود را برداشته و با پاهای برهنه (یا کفش معمولی) روی یخ بایستد، ناحیه بزرگتری که وزن آنها روی آن اعمال می شود، فشار وارد شده را بسیار کاهش می دهد:
\[\text { pressure per human foot }=120 \frac{ lb }{\text { skater }} \times \frac{1 \text { skater }}{2 \text { feet }} \times \frac{1 \text { foot }}{30 in^2}=2 lb / in^2 \nonumber \]
واحد فشار SI پاسکال (Pa) است، با 1 Pa = 1 N/m 2، جایی که N نیوتن است، واحد نیرو که به عنوان 1 کیلوگرم متر بر ثانیه تعریف می شود. یک پاسکال یک فشار کوچک است؛ در بسیاری از موارد، استفاده از واحدهای کیلوپاسکال (1 kPa = 1000 Pa) یا bar (1 bar = 100،000 Pa) راحت تر است. در ایالات متحده، فشار اغلب با پوند نیرو در مساحت یک اینچ مربع اندازه گیری می شود - پوند بر اینچ مربع (psi) - به عنوان مثال، در لاستیک اتومبیل. فشار همچنین می تواند با استفاده از اتمسفر واحد (atm) اندازه گیری شود، که در اصل نشان دهنده متوسط فشار هوا در سطح دریا در عرض جغرافیایی تقریبی پاریس (45 درجه) است. جدول برخی از اطلاعات در مورد این و چند واحد معمول دیگر برای اندازه گیری فشار را \(\PageIndex{1}\) فراهم می کند
| نام واحد و اختصار | تعریف یا ارتباط با واحد دیگر |
|---|---|
| پاسکال (Pa) | 1 پا = 1 N/m 2 واحد IUPAC توصیه می شود |
| کیلوپاسکال (کیلو پاسکال) | 1 کیلو پاسکال = 1000 پا |
| پوند در هر اینچ مربع (psi) | فشار هوا در سطح دریا 14.7 psi است |
| اتمسفر (atm) | 1 atm = 101,325 Pa = 760 torr فشار هوا در سطح دریا ~ 1 atm |
| نوار (نوار، یا ب) | 1 بار = 100،000 Pa (دقیقا) معمولا در هواشناسی استفاده می شود |
| میلی بار (mbar یا mb) | 1000 میلی بار = 1 بار |
| اینچ جیوه (در. جیوه) | 1 در. Hg = 3386 Pa مورد استفاده در صنعت حمل و نقل هوایی، همچنین برخی از گزارش های آب و هوا |
| تور | به نام اوانجلیستا توریچلی، مخترع فشارسنج |
| میلی متر جیوه (میلی متر جیوه) | 1 میلی متر جیوه ~ 1 تور |
سرویس هواشناسی ملی ایالات متحده فشار را در هر دو اینچ جیوه و میلی بار گزارش می دهد. فشار 29.2 اینچ را تبدیل کنید. Hg به:
- تور
- خودپرداز
- کیلوپاسکال
- mbar
راه حل
این یک مشکل تبدیل واحد است. روابط بین واحدهای فشار مختلف در جدول آورده شده \(\PageIndex{1}\) است.
- \[29.2 \text { in } Hg_{ g } \times \frac{25.4 mm }{1 im } \times \frac{1 \text { torr }}{1 mm Hg_{ g }}=742 \text { torr } \nonumber \]
- \[742 \text { torr } \times \frac{1 atm }{760 \text { torr }}=0.976 atm \nonumber \]
- \[742 \text { torr } \times \frac{101.325 kPa }{760 \text { torr }}=98.9 kPa \nonumber \]
- \[98.9 kPa \times \frac{1000 Pa }{1 kPa } \times \frac{1 bar }{100,000 Pa } \times \frac{1000 mbar }{1 bar }=989 mbar \nonumber \]
فشار بارومتریک معمولی در کانزاس سیتی 740 torr است. این فشار در اتمسفر، در میلی متر جیوه، در کیلوپاسکال و در نوار چیست؟
- پاسخ
-
0.974 اتمسفر؛ 740 میلی متر جیوه؛ 98.7 کیلو پاسکال؛ 0.987 بار
ما می توانیم فشار اتمسفر، نیروی اعمال شده توسط جو بر روی سطح زمین را با فشار سنج اندازه گیری کنیم (شکل\(\PageIndex{3}\)). فشارسنج یک لوله شیشه ای است که در یک انتها بسته می شود، با یک مایع غیر فرار مانند جیوه پر می شود و سپس معکوس می شود و در یک ظرف از آن مایع غوطه ور می شود. جو به مایع خارج از لوله فشار وارد می کند، ستون مایع فشار داخل لوله را اعمال می کند و فشار در سطح مایع در داخل و خارج لوله یکسان است. بنابراین ارتفاع مایع در لوله متناسب با فشار اعمال شده توسط جو است.
اگر مایع آب باشد، فشار اتمسفر معمولی ستونی از آب را با ارتفاع بیش از 10 متر پشتیبانی می کند، که برای ساخت (و خواندن) فشارسنج نسبتاً ناخوشایند است. از آنجا که جیوه (Hg) حدود 13.6 برابر متراکم تر از آب است، یک فشارسنج جیوه فقط باید به \(\frac{1}{13.6}}\) اندازه یک فشار سنج آب باشد - اندازه مناسب تر. فشار اتمسفر استاندارد 1 atm در سطح دریا (101،325 Pa) مربوط به یک ستون جیوه است که حدود 760 میلی متر (29.92 اینچ) بالا است. تور در ابتدا قرار بود واحدی برابر با یک میلیمتر جیوه باشد، اما دیگر دقیقاً مطابقت ندارد. فشار اعمال شده توسط یک سیال در اثر گرانش به عنوان فشار هیدرواستاتیک شناخته می شود: \(p\)
\[p=h \rho g \nonumber \]
که در آن h ارتفاع سیال است، ρ (حرف کوچک یونانی rho) چگالی سیال و g شتاب ناشی از گرانش است.
محاسبات را نشان می دهد که ادعا می کند فشار اتمسفر در نزدیکی سطح دریا مربوط به فشار اعمال شده توسط ستون جیوه است که حدود 760 میلی متر ارتفاع دارد. تراکم جیوه = 13.6 گرم در سانتی متر 3.
راه حل
فشار هیدرواستاتیک با p = hρg، با h = 760 میلی متر، ρ = 13.6 g/cm 3 و g = 9.81 m/s 2 داده می شود. وصل کردن این مقادیر به معادله و انجام تبدیل واحد لازم، ارزشی را که به دنبال آن هستیم به ما می دهد. (توجه: ما انتظار داریم فشار 101,325 Pa را پیدا کنیم.)
\[101,325 N / m^2=101,325 \frac{ kg \cdot m / s^2}{ m^2}=101,325 \frac{ kg }{ m \cdot s^2} \nonumber \]
\ [\ شروع {جمع آوری شده}
p\ left (760 میلی متر\ بار\ frac {1 متر} {1000 میلی متر}\ راست)\ بار\ left (\ frac {13.6 g} {1 سانتی متر ^ 3}\ بار\ frac {1 kg} {1000 g}\ بار\ frac {(100 سانتی متر) ^3} {(1 متر) ^3}\ right)\ بار\ left (frac {9.81 متر} {1 s^2}\ راست)\ [4pt]
=( 0.760 متر)\ چپ (13,600 کیلوگرم بر متر ^ 3\ راست)\ چپ (9.81 متر/s^2\ راست) = 1.01\ بار 10 ^ 5 کیلوگرم/ms^2 = 1.01\ بار 10 ^ 5 N/m^2\\ [4pt] = 1.01\ بار 10 ^ 5 پا پایان\ {جمع آوری}\nشماره\]
ارتفاع یک ستون آب را در 25 درجه سانتیگراد محاسبه کنید که مربوط به فشار اتمسفر معمولی است. چگالی آب در این دما 1.0 گرم در سانتی متر است 3.
- پاسخ
-
۱۰٫۳ متر
مانومتر دستگاهی شبیه به فشارسنج است که می تواند برای اندازه گیری فشار گاز به دام افتاده در یک ظرف استفاده شود. مانومتر انتهای بسته یک لوله U شکل با یک بازوی بسته است، یک بازو که به گاز مورد اندازه گیری متصل می شود و یک مایع غیر فرار (معمولا جیوه) در این بین است. همانند یک فشارسنج، فاصله بین سطوح مایع در دو بازوی لوله (h در نمودار) متناسب با فشار گاز در ظرف است. مانومتر انتهای باز (شکل\(\PageIndex{4}\)) همان مانومتر انتهای بسته است، اما یکی از بازوهای آن به جو باز است. در این مورد، فاصله بین سطوح مایع مربوط به تفاوت فشار بین گاز در ظرف و جو است.
فشار یک نمونه گاز با یک مانومتر بسته اندازه گیری می شود، همانطور که در سمت راست نشان داده شده است. مایع موجود در مانومتر جیوه است. فشار گاز را در موارد زیر تعیین کنید:
- تور
- پا
- بار
راه حل
فشار گاز برابر با یک ستون جیوه ارتفاع 26.4 سانتی متر است. (فشار در خط افقی پایین در هر دو طرف لوله برابر است. فشار در سمت چپ به دلیل گاز و فشار در سمت راست به علت 26.4 سانتی متر جیوه یا جیوه است.) ما می توانیم از معادله \(p = hρg\) مانند مثال استفاده کنیم\(\PageIndex{2}\)، اما ساده تر است که فقط بین واحدها با استفاده از جدول تبدیل \(\PageIndex{1}\) کنیم.
- \[26.4 em Hg_{ g } \times \frac{10 mm Hg_{ g }}{1 emHg } \times \frac{1 \text { torr }}{1 mm \Pi Hg }=264 \text { torr } \nonumber \]
- \[264 \text { torr } \times \frac{1 \text { atm }}{760 \text { torr }} \times \frac{101,325 Pa }{1 \text { atm }}=35,200 Pa \nonumber \]
- \[35,200 Pa \times \frac{1 bar }{100,000 Pa }=0.352 bar \nonumber \]
فشار یک نمونه گاز با یک مانومتر انتهای بسته اندازه گیری می شود. مایع موجود در مانومتر جیوه است. فشار گاز را در موارد زیر تعیین کنید:
- تور
- پا
- بار
- پاسخ
-
(a) ~ 150 تور؛ (ب) ~ 20،000 پا؛ (ج) ~ 0.20 بار
فشار یک نمونه گاز در سطح دریا با مانومتر Hg (جیوه) باز اندازه گیری می شود، همانطور که در سمت راست نشان داده شده است. فشار گاز را در موارد زیر تعیین کنید:
- میلی متر جیوه
- خودپرداز
- کیلوپاسکال
راه حل
فشار گاز برابر است با فشار هیدرواستاتیک ناشی از ستونی از جیوه به ارتفاع ۱۳٫۷ سانتیمتر به اضافه فشار جو در سطح دریا. (فشار در خط افقی پایین در هر دو طرف لوله برابر است. فشار سمت چپ به دلیل گاز و فشار سمت راست به دلیل 13.7 سانتی متر جیوه به علاوه فشار اتمسفر است.)
- در میلی متر جیوه، این است: 137 میلی متر جیوه + 760 میلی متر جیوه = 897 میلی متر جیوه
- \[897 mm Hg_{ g } \times \frac{1 atm }{760 mm Hg_{ g }}=1.18 atm \nonumber \]
- \[1.18 \text { atm } \times \frac{101.325 kPa }{1-20 \times 10^2 kPa }=1.20 \nonumber \]
فشار یک نمونه گاز در سطح دریا با مانومتر Hg باز اندازه گیری می شود، همانطور که در سمت راست نشان داده شده است. فشار گاز را در موارد زیر تعیین کنید:
- میلی متر جیوه
- خودپرداز
- کیلوپاسکال
- پاسخ
-
(الف) 642 میلی متر جیوه؛ (ب) 0.845 اتمسفر؛ (ج) 85.6 کیلو پاسکال
فشار خون با استفاده از دستگاهی به نام sphygmomanometer (sphygmos یونانی = «پالس») اندازه گیری می شود. این شامل یک کاف بادی برای محدود کردن جریان خون، یک مانومتر برای اندازه گیری فشار و یک روش تعیین زمان شروع جریان خون و جلوگیری از آن است (شکل\(\PageIndex{5}\)). از زمان اختراع آن در سال 1881، این دستگاه یک وسیله پزشکی ضروری بوده است. انواع مختلفی از فشار سنج وجود دارد: دستی که نیاز به استتوسکوپ دارد و توسط متخصصان پزشکی استفاده می شود؛ جیوه ای که بیشترین دقت مورد نیاز است استفاده می شود؛ مکانیکی دقیق تر؛ و دیجیتال که می تواند با آموزش کمی مورد استفاده قرار گیرد اما محدودیت هایی دارند. هنگام استفاده از فشار سنج، کاف در اطراف بازو قرار می گیرد و تا زمانی که جریان خون به طور کامل مسدود شود، باد می شود، سپس به آرامی آزاد می شود. همانطور که قلب می تپد، خون وارد شده از طریق شریان ها باعث افزایش فشار می شود. این افزایش فشار که در آن جریان خون شروع می شود، فشار سیستولیک است - فشار اوج در چرخه قلب. هنگامی که فشار کاف با فشار سیستولیک شریانی برابر است، خون از کاف عبور می کند و صداهای قابل شنیدن ایجاد می کند که با استفاده از استتوسکوپ قابل شنیدن است. به دنبال آن فشار کاهش می یابد زیرا بطن های قلب برای ضربان دیگری آماده می شوند. همانطور که فشار کاف همچنان کاهش می یابد، در نهایت صدا دیگر شنیده نمی شود؛ این فشار دیاستولیک - پایین ترین فشار (مرحله استراحت) در چرخه قلب است. واحدهای فشار خون از یک اسفنجمومانومتر بر حسب میلی متر جیوه (mm Hg) هستند.
در طول سنین، مردم ابرها، باد و بارش را مشاهده کرده اند، تلاش می کنند الگوها را تشخیص دهند و پیش بینی کنند: زمانی که بهتر است کاشت و برداشت شود؛ آیا سفر دریایی ایمن است یا خیر؛ و خیلی بیشتر. اکنون ما با چالش های پیچیده آب و هوا و جو روبرو هستیم که تأثیر عمده ای بر تمدن و اکوسیستم ما خواهد داشت. چندین رشته علمی مختلف از اصول شیمیایی استفاده می کنند تا به ما در درک بهتر آب و هوا، جو و آب و هوا کمک کنند. اینها هواشناسی، اقلیم شناسی و علوم جوی هستند. هواشناسی مطالعه جو، پدیده های جوی و اثرات جوی بر آب و هوای زمین است. هواشناسان به دنبال درک و پیش بینی آب و هوا در کوتاه مدت هستند، که می تواند زندگی را نجات دهد و به نفع اقتصاد باشد. پیش بینی آب و هوا (شکل\(\PageIndex{6}\)) نتیجه هزاران اندازه گیری فشار هوا، دما و مانند آن است که در مراکز آب و هوایی در سراسر جهان جمع آوری، مدل سازی و تجزیه و تحلیل می شود.
از نظر آب و هوا، سیستم های کم فشار زمانی رخ می دهند که فشار اتمسفر سطح زمین کمتر از محیط اطراف باشد: هوای مرطوب بالا می رود و متراکم می شود و ابرها تولید می کند. حرکت رطوبت و هوا در جبهه های مختلف آب و هوایی بیشتر حوادث آب و هوایی را تحریک می کند.
جو لایه گازی است که یک سیاره را احاطه کرده است. جو زمین، که تقریباً 100-125 کیلومتر ضخامت دارد، تقریباً از 78.1 درصد نیتروژن و 21.0٪ اکسیژن تشکیل شده است و می تواند بیشتر به مناطق نشان داده شده در شکل \(\PageIndex{7}\) اگزوسفر (دورتر از زمین، > 700 کیلومتر بالاتر از سطح دریا)، ترموسفر (80-700 کیلومتر)، مزوسفر (50-80 کیلومتر)، استراتوسفر (دومین سطح پایین جو ما، 12-50 کیلومتر بالاتر از سطح دریا)، و تروپوسفر (تا 12 کیلومتر بالاتر از سطح دریا، تقریبا 80٪ از جو زمین از نظر جرم و لایه ای که بیشتر رویدادهای آب و هوایی از آن سرچشمه می گیرد). همانطور که در تروپوسفر بالاتر می روید، چگالی هوا و دما هر دو کاهش می یابد.
اقلیم شناسی مطالعه آب و هوا، شرایط آب و هوایی متوسط در طول دوره های زمانی طولانی، با استفاده از داده های جوی است. با این حال، اقلیم شناسان الگوها و اثراتی را که در طول دهه ها، قرن ها و هزاره ها رخ می دهد، به جای بازه های زمانی کوتاه تر ساعت، روز و هفته مانند هواشناسان مطالعه می کنند. علوم جوی یک رشته حتی گسترده تر است، ترکیبی از هواشناسی، اقلیم شناسی و سایر رشته های علمی است که جو را مطالعه می کنند.