L' atmosfera standardizzata definisce temperatura e pressione normali ( TPN ) che consentono di superare le variazioni di questi due parametri a seconda del luogo e del tempo considerato. Qui, il termine "normale" si riferisce a " standard " (valore di riferimento arbitrario accettato per consenso) e non a "normale". A livello del mare , l'aria è "normalmente" a 15 ° C e 1013,25 hPa .
In chimica, la temperatura e la pressione normali (TPN) sono 0 ° C o 273,15 K e 1013,25 hPa , il volume molare di qualsiasi gas viene quindi valutato a 22,4 l / mol (ipotesi di gas perfetto ). A 25 ° C o 298 K e ad una pressione di 1013,25 hPa , condizioni chiamate temperatura ambiente e pressione normale ( TAPN ), questo volume molare è valutato a 24,5 l / mol .
Ma la temperatura e la pressione dell'atmosfera variano a seconda della posizione sul globo, dell'altitudine e del momento ( stagione , ora del giorno, condizioni meteorologiche locali , ecc.). I cosiddetti valori “normali” di pressione e temperatura sono definiti in funzione dell'altitudine. Questi valori sono di grande importanza in molti processi chimici e fisici , soprattutto per quanto riguarda le misurazioni.
Quando si è interessati a notevoli variazioni di altitudine, è necessario definire valori normalizzati in funzione dell'altitudine; queste sono le atmosfere standardizzate.
L' atmosfera terrestre è soggetta a molte variazioni di temperatura e pressione . I valori variano a seconda del momento e della posizione sul globo in modo estremamente complesso (a causa di molti parametri, come rilievo, soleggiamento , umidità , vento , temperatura delle correnti marine , ecc.), Ecco perché vengono definiti valori di riferimento tipici che dipendono solo dall'altitudine.
Complessivamente:
A basse altitudini, la pressione atmosferica scende di 1 hPa ogni volta che si sale di 8 metri e la temperatura scende di circa 1 ° C ogni volta che si sale di 150 m (valore ISA : perdita di 6,5 ° C per chilometro, o 1 ° C per 154 mo 505 piedi).
L'atmosfera standard nota come "ISA" ( International Standard Atmosphere ) è un modello atmosferico che descrive le variazioni di pressione , temperatura , densità e viscosità per un'ampia gamma di altitudini . Consiste in una tabella di valori a diverse altitudini e alcune formule che hanno permesso il calcolo di questi valori. L' International Organization for Standardization ( ISO for International Organization for Standardization ) pubblica l'International Standard Atmosphere ( ISA ) come standard , ISO 2533: 1975. Altre organizzazioni di standard , come l' Organizzazione per l'aviazione civile internazionale e il governo degli Stati Uniti , pubblicano, sotto la propria autorità, estensioni o sottoinsiemi di standard per lo stesso modello atmosferico.
DescrizioneIl modello ISA divide l'atmosfera in diversi strati con una distribuzione lineare della temperatura. Gli altri valori sono calcolati da costanti fisiche fondamentali e derivate. Ad esempio, a livello del mare lo standard fornisce una pressione di 1013,25 hPa ( ettopascal ), una temperatura di 15 ° C e un gradiente termico adiabatico di -6,5 ° C / km . Possiamo quindi leggere il tavolo alle 11 km a un'altitudine la pressione è sceso a 226.32 hPa e la temperatura a -56 ° C . Tra 11 km e 20 km , la temperatura rimane costante.
Strato | Nome del livello | Altezza della base geopotenziale h (in km) | Altezza della base geometrica z (in km) | Gradiente termico adiabatico (in ℃ / km) | Temperatura base T (in ℃) | Pressione atmosferica alla base p (in Pa) |
---|---|---|---|---|---|---|
0 | Troposfera | 0 | 0 | −6,5 | 15 | 101.325 |
1 | Tropopausa | 11 | 11.019 | 0 | −56,5 | 22.632 |
2 | Stratosfera | 20 | 20.063 | 1 | −56,5 | 5.474.9 |
3 | Stratosfera | 32 | 32.162 | 2.8 | −44,5 | 868.02 |
4 | Stratopausa | 47 | 47.350 | 0 | −2,5 | 110.91 |
5 | Mesosfera | 51 | 51.413 | −2,8 | −2,5 | 66.939 |
6 | Mesosfera | 71 | 71.802 | −2,0 | −58,5 | 39.564 |
7 | Mesopausa | 86 | 84.852 | - | −86,2 | 0.3734 |
In questa tabella, l'altezza geopotenziale è calcolata da un modello matematico in cui l' accelerazione di gravità varia con l'altitudine (la gravità segue una legge dell'inverso dei quadrati perché l'interazione gravitazionale tra due corpi è inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra loro ). L'altezza geometrica è la distanza verticale che separa il livello medio del mare con l'oggetto in questione.
Il modello ISA si basa su condizioni medie ad un'altitudine media come determinato dalla ISO TC 20 / SC 6. Ci sono state diverse revisioni a partire dalla metà del XX ° secolo.
L' Organizzazione internazionale per l'aviazione civile (ICAO) definisce "l'atmosfera standard ICAO". È lo stesso modello dell'ISA , ma copre altitudini fino a 80 km (262.500 piedi ). Inoltre, l'atmosfera standard ICAO non tiene conto del vapore acqueo . Per inciso, è importante notare che è questa atmosfera ICAO che viene utilizzata per la calibrazione di tutti gli altimetri degli aerei che volano nel mondo. Un aeroplano che vola a "quota costante" in realtà vola a "pressione atmosferica costante" (segue un'isobara) e non parallelamente al suolo.
I valori a livello del mare sono 1013,25 hPa per la pressione atmosferica, 15 ° C per la temperatura e 0% per l'umidità. Questi valori vengono utilizzati per calcolare le varie caratteristiche di prestazione aeronautico, come resistenza, gamma , velocità dell'aria e consumi. Per riferirsi ad un'altitudine barometrica diversa dal livello del mare, la temperatura viene regolata secondo il gradiente termico adiabatico prescritto (che è −6,5 ° C / km per i primi 11 km ).
Per quanto riguarda l'aeronautica:
La pressione in altitudine è una funzione della pressione a livello del mare in hPa e dell'altitudine in m:
Per la meteorologia , estrapoliamo questo modello per altitudini maggiori:
Per l' aeronomia , estendiamo questo modello alla mesopausa , ad un'altitudine di 85 km : la temperatura diminuisce linearmente e raggiunge -90 ° C a questa altitudine.
Tabella dei valoriOtteniamo i seguenti valori:
altitudine (m) |
pressione (hPa) | temperatura (℃) |
---|---|---|
10.000 | 265 | -50.0 |
9000 | 307 | -43,5 |
8000 | 357 | -37.0 |
7000 | 411 | -30,5 |
6000 | 471 | -24.0 |
5000 | 541 | -17.5 |
4000 | 617 | -11.0 |
3500 | 658 | -7,8 |
3000 | 700 | -4,5 |
2500 | 746 | -1.3 |
2000 | 794 | 2.0 |
1500 | 845 | 5.3 |
1000 | 900 | 8.5 |
500 | 955 | 11.8 |
0 | 1013 | 15.0 |
altitudine (km) |
pressione (hPa) | temperatura (℃) |
---|---|---|
50 | 0.9 | +1 |
40 | 3 | -5 |
30 | 11 | -38 |
20 | 55 | -46 |
15 | 119 | -56,5 |
14 | 141 | -56,5 |
13 | 165 | -56,5 |
12 | 194 | -56,5 |
11 | 227 | -56,5 |
altitudine (km) |
pressione (hPa) | temperatura (℃) |
---|---|---|
500 | 1.1 10 −8 | -97,7 |
400 | 4.4 10 −8 | -97.3 |
300 | 2,0 10 −7 | -95.3 |
200 | 1.3 10 −6 | -82.2 |
100 | 4,0 10 −4 | -64 |
60 | 2,5 10 −1 | -20 |
L'atmosfera della metropolitana standard dell'esercito , utilizzata nella balistica , definisce le condizioni del livello del mare come 29,527 5 in Hg ( 749,998 5 mmHg ) pressione ( 999,916 hPa ), 59 ° F ( 15 ° C ) e 78% d ' umidità .