Standardoitu ilmapiiri määrittelee normaalissa lämpötilassa ja paineessa ( TPN ), joista on mahdollista välttää muunnelmia näiden kahden parametrin mukaan, paikka ja aika huomioon. Tässä termi "normaali" viittaa " standardiin " (mielivaltainen yksimielisesti hyväksytty viitearvo) eikä "tavalliseen". On merenpinnan tasolla , ilma on "normaalisti" at 15 ° C: ssa ja 1013,25 hPa .
Kemiassa normaali lämpötila ja paine (TPN) ovat 0 ° C tai 273,15 K ja 1013,25 hPa , minkä tahansa kaasun moolitilavuus arvioidaan sitten arvoksi 22,4 l / mol ( täydellisen kaasun hypoteesi ). Kun lämpötila on 25 ° C tai 298 K ja 1013,25 hPa: n paineessa , olosuhteissa, joita kutsutaan ympäristön lämpötilaksi ja normaaliksi paineeksi ( TAPN ), tämän moolitilavuuden arvioidaan olevan 24,5 l / mol .
Mutta ilmakehän lämpötila ja paine vaihtelevat maapallon sijainnin , korkeuden ja hetken mukaan ( vuodenajan , vuorokaudenajan, paikalliset sääolosuhteet jne.). Niin kutsutut "normaalit" paineen ja lämpötilan arvot määritetään korkeuden funktiona. Näillä arvoilla on suuri merkitys monissa kemiallisissa ja fysikaalisissa prosesseissa , erityisesti mittausten suhteen.
Kun kiinnostuu huomattavista korkeuden vaihteluista, on tarpeen määritellä normalisoidut arvot korkeuden mukaan; nämä ovat standardoidut ilmakehät.
Maan ilmakehässä edellyttää monia variaatioita lämpötilan ja paineen . Arvot vaihtelevat maapallon hetken ja sijainnin mukaan erittäin monimutkaisella tavalla (monien parametrien, kuten helpotus, auringonpaiste , kosteus , tuulet , merivirran lämpötila jne.) Vuoksi , siksi määritetään tyypilliset vertailuarvot, jotka riippuvat vain korkeudesta.
Yleensä ottaen:
Matalilla korkeuksilla, ilmanpaine laskee 1 hPa joka kerta nousee 8 metriä, ja lämpötila laskee noin 1 ° C: ssa kullakin kerralla yksi nousee 150 m ( ISA arvo : tappio 6,5 ° C kilometriä kohti, tai 1 ° C: ssa ja 154 m tai 505 jalkaa).
"ISA" ( International Standard Atmosphere ) -niminen standardi-ilmakehä on ilmakehämalli, joka kuvaa paineen , lämpötilan , tiheyden ja viskositeetin vaihteluja laajalle korkeudelle . Se koostuu erilaisten korkeuksien arvotaulukosta ja joistakin kaavoista, joiden avulla nämä arvot voidaan laskea. Kansainvälinen standardointijärjestö ( ISO varten International Organization for Standardization ) julkaisee kansainvälisen standardi-ilmakehän ( ISA ) kuin standardin , ISO 2533: 1975. Muut standardiorganisaatiot , kuten Kansainvälinen siviili-ilmailujärjestö ja Yhdysvaltain hallitus , julkaisevat omalla alaisuudellaan standardien laajennuksia tai osajoukkoja samalle ilmakehämallille.
KuvausISA- malli jakaa ilmakehän eri kerroksiin lineaarisella lämpötilajakaumalla. Muut arvot lasketaan perus- ja johdetuista fyysisistä vakioista. Esimerkiksi merenpinnalla standardi antaa paineen 1013,25 hPa ( hektopascali ), lämpötilan 15 ° C ja adiabaattisen lämpögradientin −6,5 ° C / km . Voimme sitten lukea taulukon 11 km: n korkeudessa, paine laski 226,32 hPa: iin ja lämpötila -56 ° C: seen . 11 km: n ja 20 km : n välillä lämpötila pysyy vakiona.
Kerros | Tason nimi | Geopotentiaalialustan korkeus h (km) | Geometrisen pohjan korkeus z (km) | Adiabaattinen lämpögradientti (℃ / km) | Peruslämpötila T (℃) | Ilmanpaine pohjassa p (pa) |
---|---|---|---|---|---|---|
0 | Troposfääri | 0 | 0 | −6,5 | 15 | 101,325 |
1 | Tropopause | 11 | 11.019 | 0 | −56.5 | 22,632 |
2 | Stratosfääri | 20 | 20,063 | 1 | −56.5 | 5 474,9 |
3 | Stratosfääri | 32 | 32.162 | 2.8 | −44,5 | 868,02 |
4 | Stratopaussi | 47 | 47,350 | 0 | −2,5 | 110,91 |
5 | Mesosfääri | 51 | 51,413 | −2,8 | −2,5 | 66,939 |
6 | Mesosfääri | 71 | 71.802 | −2,0 | −58,5 | 39,564 |
7 | Mesopaussi | 86 | 84,852 | - | −86,2 | 0,3734 |
Tässä taulukossa geopotentiaalinen korkeus lasketaan matemaattisesta mallista, jossa painovoiman kiihtyvyys vaihtelee korkeuden mukaan (painovoima noudattaa neliöiden käänteislainsäädäntöä, koska kahden kappaleen välinen gravitaatiovaikutus on kääntäen verrannollinen niiden välisen etäisyyden neliöön) ). Geometrinen korkeus on pystysuora etäisyys, joka erottaa keskimääräisen merenpinnan ja kyseisen kohteen.
Mallin ISA perustuu keskimäärin olosuhteissa keskimääräinen korkeus määritettynä ISO TC 20 / SC 6. On ollut useita tarkistuksia puolivälistä lähtien XX th -luvun.
Kansainvälinen siviili-ilmailujärjestö (ICAO) määrittelee "ICAO Standard Atmosphere". Se on sama malli kuin ISA , mutta se kattaa korkeudet jopa 80 km (262500 jalkaa ). Lisäksi ICAO: n standardi-ilmakehässä ei oteta huomioon vesihöyryä . Muuten on tärkeää huomata, että juuri tätä ICAO: n ilmakehää käytetään kaikkien maailmassa lentävien lentokoneiden korkeusmittareiden kalibrointiin. Lentokone, joka lentää "vakiokorkeudessa", lentää tosiasiallisesti "vakiona ilmanpaineessa" (se seuraa isobaaria) eikä yhdensuuntaisesti maan kanssa.
Arvot merenpinnan tasolla ovat 1013,25 hPa ilmakehän paineessa, 15 ° C lämpötilan ja 0% kosteutta. Näitä arvoja käytetään laskemaan ilmailun suorituskyvyn erilaisia ominaisuuksia, kuten kestävyys, kantama , ilman nopeus ja polttoaineenkulutus. Viittaamaan ilmanpaineen korkeus muu kuin merenpinnasta, lämpötila on säädettävä määrätty adiabaattisen termisen gradientin (joka on -6,5 ° C / km ensimmäisten 11 km ).
Ilmailun osalta:
Paine korkeudessa on merenpinnan paineen (hPa) ja korkeuden (m) funktio :
Sillä meteorologia , me yleistää tätä mallia varten korkeammalle:
Ja aeronomia , me laajentaa tätä mallia mesopaussi , on korkeudessa 85 km: n päässä : lämpötila laskee lineaarisesti ja saavuttaa -90 ° C: ssa tässä korkeudessa.
ArvotaulukkoSaamme seuraavat arvot:
korkeus (m) |
paine (hPa) | lämpötila (℃) |
---|---|---|
10000 | 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 |
korkeus (km) |
paine (hPa) | lämpötila (℃) |
---|---|---|
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 |
korkeus (km) |
paine (hPa) | lämpötila (℃) |
---|---|---|
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 |
Army Standard Metro -ilmakehässä , jota käytetään ballistiset , määritellään merenpinnan tasolle kuin 29,527 5 on Hg ( 749,998 5 mmHg ) paineessa ( 999,916 hPa ), 59 ° F ( 15 ° C ), ja 78% d ' kosteutta .