Atmosferă standard

De la Wikipedia, enciclopedia liberă
Salt la: Navigare, căutare
Graficul presiunii (albastru) şi temperaturii (maro) în ISA.

Atmosfera standard este un model matematic al variației presiunii, temperaturii, densității și viscozității aerului în atmosferei Pământului în funcție de altitudine. Modelul constă în tabele de valori și formule cu care aceste valori au fost calculate.

Organizația Internațională de Standardizare (ISO) a publicat Atmosfera Standard Internațională (engleză International Standard Atmosphere – ISA) drept standard, ISO 2533:1975.[1] Alte organizații de standardizare, ca Organizația Internațională a Aviației Civile (engleză International Civil Aviation Organization – ICAO) și guvernul SUA au publicat extensii sau subseturi ale aceluiași model atmosferic sub autoritatea lor proprie.

Atmosfera Standard Internațională (ISA)[modificare | modificare sursă]

Modelul ISA împarte atmosfera în straturi în care temperatura variază liniar.[2] Alți parametri sunt calculați din constantele fizice fundamentale și relațiile dintre ele, rezultând tabele.

Atmosfera ISA este formată din aer uscat, ea nu conține vapori de apă.

Altitudinea se poate exprima ca valoare geometrică z \,, caz în care accelerația gravitațională este considerată ca fiind constantă cu altitudinea, având valoarea g \, = 9,80665 m/s2, sau ca valoare geopotențială h \,, în care se ține cont de variația valorii accelerației gravitaționale cu altitudinea cu inversul pătratului ei (conform legii atracției universale), relația dintre ele fiind:[3]

h = z \frac {r_p}{r_p + z}

unde r_p \, este raza Pământului considerat sferic, la nivelul mării = 6369 km.

Pentru un strat, temperatura variază liniar cu altitudinea cu gradientul \alpha \,:

T = T_0 + \alpha h \,

unde T_0 \, este temperatura (absolută) la baza stratului.

Ținând cont de ecuația de stare a gazului ideal, se poate scrie ecuația diferențială:[3]

\frac {dp}{p} = -\chi \frac {dh}{T}

unde \chi \, este constanta exponențială a aerului: \chi = 1000 \frac {g}{R_{aer}}, iar R_{aer} \, este constanta aerului = 287,0528742 kJ/kgK.

Prin integrare se obține variația presiunii:[3]

\frac {p}{p_0} = \left ( 1 + \frac {\alpha }{T_0} h \right )^{-\frac {\chi}{\alpha}}

Cunoscând presiunea, din ecuația de stare rezultă densitatea.

De exemplu, presiunea la nivelul mării este, conform standardului, 101325 Pa, temperatura de 15 °C, și gradientul de temperatură de −6,5 °C/km. Calculul pentru altitudinea de 11 km va da o presiune de 22632 Pa și o temperatură de −56,5 °C.[4][5]

Straturi în ISA Atmosfera standard 1976
Strat Nume Altitudine
geopotențială
la bază
h (în km)
Altitudine
geometrică
la bază
z (în km)
Gradient
de temperatură
α (în °C/km)
Temperatura
la baza
stratului
T (în °C)
Presiunea
la baza
stratului
p (în Pa)
0 Troposferă 0,0 0,0 −6,5 +15,0 101325
1 Tropopauză 11,000 11,019 +0,0 −56,5 22632
2 Stratosferă 20,000 20,063 +1,0 −56,5 5474,9
3 Stratosferă 32,000 32,162 +2,8 −44,5 868,02
4 Stratopauză 47,000 47,350 +0,0 −2,5 110,91
5 Mezosferă 51,000 51,413 −2,8 −2,5 66,939
6 Mezosferă 71,000 71,802 −2,0 −58,5 3,9564
7 Mezopauză 84,852 86,000 −86,2 0,3734

Modelul ISA se bazează pe condițiile medii existente la latitudini mijlocii, conform recomandărilor comitetului tehnic TC 20/SC 6 al ISO, recomandări actualizate periodic începând cu mijlocul secolului al XX-lea

Alte atmosfere standard[modificare | modificare sursă]

  • Atmosfera Standard ICAO
  • Atmosfera Standard U.S.

Note[modificare | modificare sursă]

  1. ^ en ISO - Standard Atmosphere, ISO 2533:1975, 1975.
  2. ^ en Gyatt, Graham (2006-01-14): "The Standard Atmosphere". A mathematical model of the 1976 U.S. Standard Atmosphere.
  3. ^ a b c Mecanica Avionului, curs, Facultatea de Aeronave, Universitatea Politehnica București.
  4. ^ Auld, D.J.; Srinivas, K. (2008). „Properties of the Atmosphere. http://www.aeromech.usyd.edu.au/aero/atmosphere/. Accesat la 13 martie 2008 
  5. ^ Batchelor, G. K., An Introduction to Fluid Dynamics, Cambridge Univ. Press, 1967.

Bibliografie[modificare | modificare sursă]

  • en Mark Davies - The Standard Handbook for Aeronautical and Astronautical Engineers, New York: McGraw-Hill, 2003, ISBN = 0071362290
  • en ICAO - Manual of the ICAO Standard Atmosphere (extended to 80 kilometres (262 500 feet)), Doc 7488-CD, Third Edition, 1993, ISBN 92-9194-004-6.
  • en NASA JPL Reference Notes

Legături externe[modificare | modificare sursă]