ฟิสิกส์มาเรียนรู้ สมบัติของอากาศ

ความหนาแน่นของอากาศ อากาศ เป็นสสาร มีมวลและปริมาตร เราเรียกอัตราส่วนระหว่างมวลกับปริมาตรของอากาศว่า ความหนาแน่นของอากาศ
จากการศึกษาความหนาแน่นของอากาศ พบว่าอากาศโดยทั่วๆไปที่ผิวโลกบริเวณระดับน้ำทะเลมีความหนาแน่นประมาณ 1.2 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร นั่นคือ อากาศปริมาตร 1 ลูกบาศก์เมตร ที่บริเวณระดับน้ำทะเล จะมีมวลประมาณ 1.2 กิโลกรัม
ถ้าความสูงจากระดับน้ำทะเลเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นของอากาศจะมีค่าลดลง นั่นคือ ที่บริเวณสูงๆขึ้นไปจากระดับน้ำทะเลจะมีอากาศอยู่เจือจาง

อุณหภูมิของอากาศ

แหล่งพลังงานความร้อนที่สำคัญของโลกคือดวงอาทิตย์ ในช่วงเช้ารังสีที่ส่องลงมากระทบพื้นโลกจะถูกดูดกลืนไว้โดยพื้นผิวโลก จากนั้นจะคายออกมาในรูปของรังสีความร้อน ส่วนหนึ่งจะแผ่กระจายออกนอกชั้นบรรยากาศ แต่ส่วนใหญ่จะถูกแก๊ส เมฆ (ไอน้ำ) อนุภาคฝุ่นละอองที่อยู่ในชั้นบรรยากาศดูดกลืนไว้ เป็นผลให้อุณหภูมิของอากาศบริเวณนั้นสูงขึ้นเรื่อยๆตามระยะเวลา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเวลาเที่ยงวัน บริเวณดังกล่าวนี้จะดูดกลืนรังสีจากดวงอาทิตย์ไว้เต็มที่ หลังเที่ยงวัน พื้นผิวโลกจะคายความร้อนเพิ่มมากขึ้น จึงทำให้อากาศในช่วงบ่ายมีอุณหภูมิสูงที่สุดและจะค่อยๆเย็นลงจนกระทั่งเวลากลางคืนการคายความร้อนของโลกก็ยังคงดำเนินต่อไป แต่อุณหภูมิจะค่อยๆลดลงจนมีอุณหภูมิต่ำสุดในช่วงเวลาประมาณ 04.00 น. เนื่องจากรังสีความร้อนแผ่ออกนอกโลก ดังนั้นในแต่ละวันอุณหภูมิของอากาศจึงมีการเปลี่ยนแปลงได้ตลอดเวลา
นอกจากนี้อุณหภูมิของอากาศยังเปลี่ยนแปลงตามความสูงจากระดับน้ำทะเลด้วย
เครื่องมือวัดอุณหภูมิของอากาศคือเทอร์มอมิเตอร์ ซึ่งจะมีลักษณะเฉพาะเพื่อใช้วัดอุณหภูมิของอากาศที่มีค่าอุณหภูมิสูงสุดและอุณหภูมิต่ำสุด ที่เรียกว่า เทอร์มอมิเตอร์แบบเกณฑ์สูงและเทอร์มอมิเตอร์แบบเกณฑ์ต่ำ

ความดันของอากาศ

อากาศมีแรงดัน แรงดันของอากาศจะกระทำต่อทุกสิ่งทุกอย่างที่อยู่บนโลก แม้แต่ตัวของเราก็ได้รับแรงดันจากอากาศอยู่ตลอดเวลา แรงดันของอากาศสังเกตจากการเป่าลูกโป่งหรือสูบลมเข้าไปในยางรถ อากาศภายในจะดันให้ลูกโป่งและยางรถพองโตออก แรงดันอากาศบนพื้นที่ขนาดต่างๆกัน จะมีค่าต่างกัน ค่าของแรงดันอากาศต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ที่รองรับแรงดันนั้นก็คือค่าความดันอากาศ หรือบางครั้งเรียกว่า ความดันบรรยากาศ ซึ่งมีหน่วยเป็นนิวตันต่อตารางเมตร หรือ N/m2 และในการพยากรณ์อากาศเรียกความดันอากาศว่า ความกดอากาศ

สมบัติของความกดอากาศ มีดังนี้

1. ความกดอากาศบนพื้นโลกแต่ละพื้นที่จะแตกต่างกัน เนื่องจากพลังงานความร้อนที่ได
รับจากดวงอาทิตย์ไม่เท่ากัน
2. ความกดอากาศจะลดลงตามระดับความสูงของพื้นที่
3. ที่ระดับความสูงเดียวกัน ความกดอากาศจะเท่ากัน
4. ความกดอากาศขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ คือเมื่ออากาศได้รับความร้อน อากาศจะขยายตัว
จึงมีความกดอากาศต่ำ
5. ความกดอากาศขึ้นอยู่กับความชื้น อากาศชื้นมีไอน้ำมากและมีโมเลกุลเบากว่า
โมเลกุลของออกซิเจน ไนโตรเจน ดังนั้น อากาศชื้นจึงมีความกดอากาศต่ำกว่าอากาศแห้ง
เครื่องมือวัดความดันอากาศ
1. บารอมิเตอร์ปรอท ประกอบด้วยหลอดแก้วกลวงยาวประมาณ 90 เซนติเมตร ปลายด้านหนึ่งปิด บรรจุปรอทเต็มหลอดแก้ว ปากหลอดแก้วจะคว่ำอยู่ในภาชนะที่มีปรอท จะพบว่าปรอทในหลอดแก้วลดลงมาเล็กน้อย แต่ยังคงเหลือปรอทในหลอดแก้วมีความสูงเหนือระดับปรอทในภาชนะ ถ้าอยู่ที่ระดับน้ำทะเล ระดับปรอทจะอยู่สูงเหนือระดับปรอทในภาชนะ 76 เซนติเมตร หรือ 760 มิลลิเมตร เมื่อความกดอากาศเปลี่ยนแปลงระดับปรอทในหลอดแก้วจะเปลี่ยนแปลงไปด้วย ที่ว่างตอนบนของหลอดแก้วเป็นสูญญากาศ
2. แอนิรอยด์บารอมิเตอร์ ประกอบด้วยตลับโลหะทำด้วยอลูมิเนียม ผิวด้านนอกทำให้เป็นคลื่น ยึดด้านหนึ่งของตลับติดกับสปริงต่อไปที่คานและเข็มชี้ ตลับจะยุบหรือพองตามลักษณะความกดอากาศ ถ้าความกดอากาศสูงจะทำให้ตลับยุบตัวลงไปทำให้เข็มชี้ไปบนหน้าปัดที่มีตัวเลขแสดงความกดอากาศเป็นมิลลิบาร์
3. บารอกราฟ มีส่วนประกอบคล้ายกับแบบแอนนิรอยด์บารอมิเตอร์ ที่มีพิเศษกว่าก็คือสามารถบันทึกข้อมูลของความกดอากาศต่อเนื่องและบอกเวลาได้ด้วย เหมาะสำหรับใช้ในการพยากรณ์อากาศ
4. แอลติมิเตอร์ เป็นเครื่องมือวัดความสูงใช้หลักการเดียวกันกับแอนิรอยด์บารอมิเตอร์ แต่ปรับหน้าปัดให้อ่านความสูงได้ด้วย ใช้สำหรับวัดความสูงในเครื่องบิน หรือติดตัวนักโดดร่ม โดยอาศัยหลักความจริงที่ว่า เมื่อขึ้นไปในที่สูงจากระดับน้ำทะเล ความกดอากาศจะลดลง 1 มิลลิเมตรปรอท ทุกๆความสูง 11 เมตร จากระดับน้ำทะเล

ตัวอย่าง บนยอดเขาแห่งหนึ่ง วัดความดันอากาศได้ 590 มิลลิเมตรปรอท จงหาความสูงจากระดับน้ำทะเลของยอดเขาแห่งนี้
ระดับปรอทที่ระดับน้ำทะเล = 760 มิลลิเมตร
ระดับปรอทที่ยอดเขา = 590 มิลลิเมตร
ดังนั้นระดับปรอทลดลง = 760 – 590 = 170 มิลลิเมตร
ระดับปรอทลดลง 1 มิลลิเมตร ความสูง = 11 เมตร
ระดับปรอทลดลง 170 มิลลิเมตร ความสูง = 11 x 170 = 1,870 เมตร
ตอบ ยอดเขานี้สูงกว่าระดับน้ำทะเล 1,870 เมตร

ความชื้นของอากาศ

ความชื้นของอากาศ หมายถึง ปริมาณไอน้ำในอากาศ ซึ่งเกิดจากการระเหยของน้ำจากแหล่งน้ำต่างๆ เช่น แม่น้ำ คลอง หนอง บึง ทะเล มหาสมุทร รวมทั้งการคายน้ำของพืช
ในอากาศทั่วๆ ไปที่อยู่รอบๆ ตัวเรามีไอน้ำปนอยู่ ถ้าอากาศอยู่ในสภาพที่ไม่สามารถรับ
ไอน้ำได้อีกแล้ว แสดงว่าอากาศในขณะนั้นอิ่มตัวด้วยไอน้ำหรืออยู่ในสภาวะที่อากาศมีความชื้นมากที่สุดนั่นเอง
โดยทั่วไปเรามีวิธีบอกความชื้นของอากาศ มีวิธีบอกได้ 2 วิธีคือ
1. ความชื้นสัมบูรณ์ หมายถึง อัตราส่วนระหว่างมวลของไอน้ำในอากาศกับปริมาตรของ
อากาศนั้น
2. ความชื้นสัมพัทธ์ หมายถึง ปริมาณเปรียบเทียบระหว่างมวลของไอน้ำที่มีอยู่จริงใน
อากาศขณะนั้นกับมวลของไอน้ำในอากาศอิ่มตัวที่อุณหภูมิและปริมาตรเดียวกัน ความชื้นสัมพัทธ์นิยมคิดเป็นร้อยละ ซึ่งแสดงได้ดังนี้
ความชื้นในอากาศเปลี่ยนแปลงอยู่เสมอ ถ้าความชื้นในอากาศมีมาก จะทำให้เหงื่อที่ตัวเราระเหยได้น้อย ทำให้เหนียวตัวและรู้สึกอึดอัด น้ำจากแหล่งน้ำต่างๆระเหยสู่อากาศได้น้อย ผ้าที่ซักตากไว้จะแห้งช้า ถ้าความชื้นในอากาศมีน้อยหรืออากาศแห้ง เหงื่อจะระเหยได้มาก ทำให้รู้สึกเย็น จนบางครั้งทำให้ผิวหนังแห้งหรือแตก น้ำจากแหล่งน้ำต่างๆระเหยสู่อากาศได้มาก ผ้าที่ซักตากไว้จะแห้งเร็ว
การวัดความชื้นในอากาศนิยมวัดเป็นความชื้นสัมพัทธ์ ใช้เครื่องมือวัดที่เรียกว่า ไฮโกรมิเตอร์ ซึ่งมีหลายชนิด ที่นิยมใช้ทั่วไป ได้แก่ไฮโกรมิเตอร์แบบกระเปาะเปียก-กระเปาะแห้ง เมื่อต้องการทราบค่าความชื้นสัมพัทธ์ให้นำผลต่างของอุณหภูมิจากเทอร์มอมิเตอร์กระเปาะเปียกและเทอร์มอมิเตอร์กระเปาะแห้งมาหาความชื้นสัมพัทธ์จากตาราง
ตัวอย่าง อ่านอุณหภูมิของเทอร์มอมิเตอร์กระเปาะแห้งได้ 29 องศาเซลเซียส อ่านอุณหภูมิของเทอร์มอมิเตอร์กระเปาะเปียกได้ 24 องศาเซลเซียส ค่าความชื้นสัมพัทธ์เป็นเท่าไร
วิธีทำ ผลต่างของอุณหภูมิ = 29 – 24
= 5 องศาเซลเซียส