這是什麼
這個計算器利用對流層的氣壓公式(barometric formula),估算指定海拔高度的大氣壓力。它模擬空氣壓力如何隨高度上升而下降,並假設標準溫度遞減率為每公尺 0.0065 K。舉凡氣象、航空、登山健行到工程領域,只要涉及壓力與高度的換算,都能派上用場。
使用方法
輸入海平面氣壓 \(P_0\)(標準值為 1013.25 hPa)、海拔高度 \(h\)(公尺),以及海平面溫度 \(T_0\)(單位為克耳文 K,標準大氣為 288.15 K)。計算器會回傳該高度的大氣壓力、相較海平面的壓力下降量,以及剩餘壓力佔海平面壓力的百分比。
公式說明
計算關係式為 $$P = P_0 \left(1 - \frac{0.0065\,h}{T_0}\right)^{5.255}$$ 其中 0.0065 是以 K/m 為單位的標準溫度遞減率,而指數 5.255 則來自重力加速度與「遞減率乘上乾空氣比氣體常數」之比值。隨著高度增加,括號內的底數逐漸小於 1,壓力也隨之下降。
實例計算
以 \(P_0 = 1013.25\) hPa、\(h = 1000\) m、\(T_0 = 288.15\) K 為例:底數為 $$1 - \frac{0.0065(1000)}{288.15} = 1 - 0.022558 = 0.977442$$ 將其取 5.255 次方得到 0.886963,因此 $$P = 1013.25 \times 0.886963 = 898.75 \text{ hPa}$$ 相較海平面的壓力下降量為 $$\Delta P = 1013.25 - 898.75 = 114.50 \text{ hPa}$$
气压公式中使用的常数
气压(ISA)公式依赖于一组标准物理常数。指数 5.255 并非任意的——它是由重力、空气摩尔质量、气体常数和温度递减率推导出来的。
| 符号 | 物理量 | 标准值 |
|---|---|---|
| \(P_0\) | 海平面标准气压 | 1013.25 hPa (101325 Pa) |
| \(T_0\) | 海平面标准温度 | 288.15 K (15 °C) |
| \(L\) | 温度递减率 | 0.0065 K/m |
| \(g\) | 重力加速度 | 9.80665 m/s² |
| \(M\) | 干空气摩尔质量 | 0.0289644 kg/mol |
| \(R\) | 通用气体常数 | 8.31446 J/(mol·K) |
| \(\frac{gM}{RL}\) | 推导指数 | 5.255 |
该指数的计算方法为:
$$\frac{gM}{RL} = \frac{9.80665 \times 0.0289644}{8.31446 \times 0.0065} = 5.255$$由于公式使用开尔文制的 \(T_0\),请记住 15 °C = 288.15 K。替换为不同的海平面温度(用于更暖或更冷的空气团块)会改变结果,这就是为什么 \(T_0\) 字段是可调整的。
常見問題
為什麼是 5.255?這個數值即國際標準大氣(ISA)下乾空氣的 \(gM/(RL)\),其中 \(g\) 為重力加速度、\(M\) 為空氣的莫耳質量、\(R\) 為氣體常數、\(L\) 為溫度遞減率。
在對流層以上還準確嗎?不準確。此公式僅適用於約 11 公里以下;超過對流層頂之後,溫度不再呈線性下降,需改用其他模型。
可以用英尺嗎?請先換算成公尺(1 英尺 = 0.3048 m),因為遞減率常數是以公尺為前提設定的。