La presión atmosférica
En un gas, las moléculas están muy separadas, moviéndose a gran velocidad. Esta agitación hace que los gases se expandan hasta ocupar todo el lugar disponible en un recipiente. Nuestro planeta está envuelto por una capa de gases a la que llamamos atmósfera, compuesta en su mayor parte por nitrógeno (78%) y oxígeno (21%). Como dijo Torricelli estamos sumergidos en un “océano de aire” que recubre el planeta. Este aire ejerce un peso sobre la superficie terrestre como consecuencia de la gravedad, la cual se llama presión atmosférica.
A diferencia de los líquidos, los gases son compresibles, como su densidad puede variar, las capas superiores de la columna de aire comprimen a las más bajas. Por eso encontramos que a nivel del mar el aire es más denso y a medida que vamos ascendiendo éste se expande y genera menor presión.
La temperatura también es un factor importante. Cuando el aire se calienta se hace más liviano, asciende y genera baja presión y cuando el aire se enfría se hace más pesado y origina alta presión. La presión puede variar en un mismo lugar geográfico, de acuerdo con los cambios de temperatura que ocurran durante el día. En las zonas ecuatoriales, las temperaturas son altas y la presión atmosférica baja. En zonas polares existen bajas temperaturas, por consiguiente, la presión atmosférica es alta durante todo el año. En las zonas templadas, la temperatura varía durante todo el año, por eso la presión también es variable: alta en invierno y baja en verano.
La presión atmosférica ha sido determinada en más de un kilo por centímetro cuadrado de superficie pero sin embargo, no notamos ningún peso o presión, ya que aunque el aire ejerce su presión en todas direcciones los líquidos internos de los seres humanos ejercen una presión que equilibra la presión exterior. En este hecho se basa el funcionamiento del gotero. Al apretar la perilla de goma creamos un vacío parcial. Cuando sumergimos el tubito en el líquido y soltamos la perilla, la presión atmosférica que se ejerce sobre la superficie libre del líquido lo obliga a subir por el tubo hasta la región de menor presión dentro de la perilla.
Aunque Galileo ya se había dado cuenta del fenómeno de la presión atmosférica sin saber cómo demostrarlo, no fue hasta 1643, un año después de su muerte, cuando uno de sus discípulos, Torricelli, hizo una medición concluyente con la que pudo demostrarla.
El experimento que realizó Torricelli, para constatar la existencia de la presión atmosférica, consistió en llenar un tubo de vidrio de 1 metro de largo con mercurio. Éste estaba tapado por un extremo y abierto por el otro. Torricelli tras llenarlo de mercurio lo invirtió tapando el extremo abierto para no derramar mercurio y lo introdujo boca abajo en un recipiente también lleno de mercurio. La columna de mercurio descendió hasta una altura de 760 mm. Torricelli, sorprendido con el resultado, repitió el experimento con otros tubos de diferentes grosores y alturas. El resultado fue siempre el mismo.
Torricelli razonó que la columna de mercurio no caía debido a que la presión atmosférica ejercida sobre la superficie del mercurio era capaz de equilibrar la presión ejercida por su peso. Además a partir de su experimento dedujo que la presión atmosférica normal (medida a nivel del mar) es igual a la que ejerce una columna de mercurio de 760 mm.
Ahora sabemos que los 760 mm hg de mercurio corresponden a 1 atmósfera, que es la unidad de medida que se utiliza para medir la presión atmosférica.
760mm hg = 1 atm
La presión atmosférica se mide mediante el barómetro. Torricelli, con su experimento ideo lo que sería el primer barómetro de mercurio. En los barómetros la presión se expresa mediante torrs en honor a su descubridor, 1 torr equivale a 1mm de mercurio.
760mm hg a 0ºC = 760 torrs = 1 atm
Sin embargo la unidad del SI de presión es el pascal (PA), el cual se define como la presión que ejerce un newton sobre un área de un metro cuadrado. Por definición un newton(N) es la fuerza que se requiere para dar a una masa de un kilogramo una aceleración de un metro por segundo.
1 atm = 101.325 Pa
Aunque en la actualidad podemos encontrar tres tipos de barómetros diferentes; el de mercurio, el de Fontin y el aneroide, nos vamos a centrar en el primero ya que es el que ideó Torricelli y por tanto el primero que se inventó. El barómetro de mercurio está formado por una columna de líquido encerrada en un tubo aproximadamente de 800mm cuya parte superior está cerrada. El peso de la columna de líquido compensa exactamente el peso de la atmósfera. Los barómetros son instrumentos fundamentales para saber el estado de la atmósfera y realizar predicciones meteorológicas. Las altas presiones se corresponden con regiones sin precipitaciones, mientras que las bajas presiones son indicadores de regiones de tormentas y borrascas.
Barómetro de mercurio