Яким би легким не здавався навколишній нас повітря, він не невагомий. При нормальній кімнатній температурі один метр кубічний навколишнього нас суміші газів має масу більше кілограма. А враховуючи висоту земної атмосфери 118 кілометрів (правда, 80% всієї її маси зосереджені в п’ятнадцятикілометровому нижньому шарі), маємо досить значний тиск у поверхні планети. Приблизно на кожен квадратний сантиметр поверхні «тисне» близько одного кілограма. Не так вже й мало.
Що таке тиск
Земна атмосфера надзвичайно нестатична. Потоки теплого повітря, піднімаючись вгору, видавлюють ближче до поверхні остиглі, більш щільні, маси газів і водяної пари. Так як нагрів різних ділянок землі не однаковий, підняття в стратосферу одних повітряних мас викликає приплив на їх місце інших, з нижніх шарів. Таким чином, над конкретною точкою земної поверхні в даний момент часу завжди знаходяться повітряні маси різної температури, вологості і складу, що викликає, природно, і постійна зміна атмосферного тиску.
Так що ж вимірює барометр-анероїд і яка природа тиску? вся справа в тому, що молекули газу — вельми рухливі частинки. Вони знаходяться в постійному хаотичному русі (його прийнято називати «броунівським» на прізвище відкривача даного явища).
На малюнку показано якесь обмежений простір, всередині якого присутні молекули газу. Вони не перебувають у стані спокою. Рухаючись, відскакуючи один від одного вони бомбардують стінки і дно циліндра, поршень. Якщо підвищити температуру всередині циліндра, частинки газу прискоряться, їх удари стануть сильнішими-тиск зросте. Можна стиснути газ, приклавши зусилля до поршня, — відстань між молекулами стане менше, їх зіткнення як один з одним, так і об стінки циліндра частіше — знову зростання тиску.
У чому вимірюють тиск
У міжнародній системі одиниць тиск прийнято вимірювати в паскалях. Один паскаль-це такий тиск, при якому на один квадратний метр поверхні впливає сила, рівна одному ньютону.
Один паскаль-досить маленький тиск, набагато менше кров’яного тиску людини або, скажімо, тиску в шинах автомобілів. Тому зазначена фізична величина частіше використовується з приставкою «мега» (помножити на мільйон). Так, наприклад, нормальний тиск атмосфери у поверхні землі дорівнює 0,1 мпа або 100 000 па.
У техніці частіше використовують іншу величину для позначення тиску, більш зрозумілу, а саме — кілограми сили на сантиметр квадратний. У назві цієї величини цілком читається і укладений в ній сенс-скільки кілограмів тисне на один квадратний сантиметр поверхні.
Найпершими пристроями для вимірювання тиску (до того як був винайдений барометр-анероїд), були прилади, що використовують вагу ртуті. Тому ще однією одиницею виміру, з успіхом застосовується до цих пір, є міліметри ртутного стовпа.
Пристрої для вимірювання тиску
Тиск буває істинним і відносним (надлишковим). Для вимірювання істинного тиску служить барометр-анероїд. Надлишковий тиск (саме воно цікавить автолюбителів, які вимірюють тиск в шинах) показує, наскільки тиск в посудині перевищує тиск навколишнього повітря, і вимірюється відносно нескладно. Механічний пристрій порівнює тиск всередині і зовні. Істинне ж тиск виміряти складніше, так як порівнювати можна тільки з глибоким вакуумом. Першими пристроями такого роду були ртутні барометри. Скляна трубка приблизно метрової довжини наповнювалася ртуттю, переверталася в посудину, що містить так само ртуть.
Рідкий метал під власною вагою рухався вниз, над ним утворювався вакуум, тиск вимірювався різницею рівнів ртуті в посудині і в скляній трубці. Нормальним прийнято вважати тиск 760 мм ртутного стовпа.
Очевидно, що використання такого приладу не завжди зручно через його громіздкість, а також через отруйність парів ртуті. Прекрасним винаходом став барометр-анероїд метеорологічний, в якому спеціальний механізм «порівнює» атмосферний тиск з нульовим (глибокий вакуум), яке створюється в спеціальному герметичному металевому посудині.
Бамм
Барометр-анероїд мембранний метеорологічний — саме так розшифровується назва найбільш поширеного в світі приладу для вимірювання тиску. Прилад складається з декількох мембранних камер, зібраних в пакет. З них відкачано повітря.
Так як тиск всередині камер нульове, атмосферний тиск, змінюючись, стискає їх або ж навпаки — дозволяє розширитися за рахунок пружності металу. Найнезначніші вимірювання товщини мембран уловлюються чутливою стрілкою. Барометр-анероїд бамм, на відміну від стародавнього ртутного побратима, абсолютно безпечний і набагато зручніше у використанні.
Сам собі метеоролог
Люди, які страждають високим або низьким артеріальним тиском, гіпертоніки, інші метеозалежні громадяни, а також любителі рибної ловлі найчастіше цікавляться атмосферним тиском. Інформація, що надходить зі змі, має загальний характер, тому куди краще мати власний барометр-анероїд, ціна якого 5-7 тисяч рублів. Такий барометр, як правило, розміщують в квартирі на видному місці. Він класно виглядає на стіні в кабінеті мисливця або рибалки між трофеями.
Крім системи «анероїд» в даний час широко використовуються електронні варіанти, що використовують п’єзо-ефект. Ціна на такий прилад на порядок нижче (може коштувати менше тисячі рублів). Його зручніше носити в рюкзаку, рибальському ящику-це справжня метеостанція в кишені.
Механічний барометр
Пристрій
У рідинних барометрах тиск вимірюється висотою стовпа рідини () в трубці, запаяній зверху, а нижнім кінцем опущеним в посудину з рідиною (атмосферний тиск врівноважується вагою стовпа рідини). Ртутні барометри-точніше будь-яких інших і тому використовуються на метеостанціях.
У побуті зазвичай використовуються механічні барометри. В анероїді рідини немає. У перекладі з грецької «анероїд « — »без води». Він показує атмосферний тиск, що діє на гофровану тонкостінну металеву коробку, в якій створено розрідження. При зниженні атмосферного тиску коробка злегка розширюється, а при підвищенні — стискається і впливає на прикріплену до неї пружину . На практиці часто використовується кілька (до десяти) анероїдних коробок, з’єднаних послідовно, і є важільна передавальна система, яка повертає стрілку, що рухається за круговою шкалою, проградуйованою по ртутному барометру.також в даний час широкого поширення набули цифрові барометри.
Типи барометрів
Барометри прийнято розподіляти на рідинні і механічні.
Рідинні барометри працюють на принципі, поміченим е.торрічеллі при проведенні досвіду пов’язаним з атмосферним тиском. Зі зміною атмосферного тиску змінюється ртутний стовп в барометрі. Прикріплена до трубки з ртуттю шкала показує дані про тиск.
Механічний барометр, який ще прийнято називати анероїдом працює наступним чином: зі зміною атмосферного тиску, кришка коробочки, до якої прикріплена пружина з передавальним механізмом, деформується, через що стрілка на шкалі показує відповідні дані
Барометр, прилад для вимірювання тиску атмосферного повітря. Тиск є сила, що діє на одиницю площі поверхні. Земна атмосфера, що тягнеться на сотні кілометрів вгору, чинить тиск на поверхню землі; барометр і служить для вимірювання цього тиску. Атмосферний, або барометричний, тиск вимірюється в міліметрах ртутного стовпа і в паскалях (див.
Зміни атмосферного тиску, як правило, бувають пов’язані зі змінами погодних умов. Тиск зазвичай падає перед негодою, а його підвищення віщує гарну погоду. Відзначаючи на карті зміни тиску, можна визначати напрямок вітрів і переміщення циклонів. Лінії рівного тиску називаються ізобарами від грец. Isos (рівний) і baros (тяжкість). Барометри були пристосовані для вимірювання висоти, так як тиск атмосферного повітря зменшується зі збільшенням висоти над рівнем моря. Такими приладами (альтиметрами) обладнуються літаки, їх беруть з собою альпіністи.
Існують два основних типи барометрів-ртутний і анероїд. Ртутний барометр більш точний і надійний, ніж анероїд. Анероїд ж більш компактний і зручний, його можна зробити кишеньковим.
Ртутний барометр. Ртутний барометр показує атмосферний тиск як висоту ртутного стовпа, яку можна виміряти за прикріпленою поруч шкалою. У найпростішому вигляді він являє собою наповнену ртуттю скляну трубку довжиною близько 80 см, запаяну на одному кінці і відкриту з іншого, занурену відкритим кінцем в чашку (іноді звану цистерною) зі ртуттю. У барометричній трубці немає повітря, і простір в її верхній частині називається торрічелліевой порожнечею.
Щоб зробити ртутний барометр, потрібно спочатку наповнити трубку ртуттю. Потім, закривши відкритий кінець трубки, занурити його в ртуть, що знаходиться в чашці. Варто відняти перешкоду з зануреного кінця трубки, як ртуть в трубці опуститься настільки, що тиск її стовпа врівноважиться атмосферним тиском, чинним на поверхню ртуті в чашці. Після цього атмосферний тиск можна виміряти як висоту h стовпа ртуті, який воно врівноважує. При зміні атмосферного тиску висота стовпа буде змінюватися. Середній атмосферний тиск дорівнює 760 мм рт.ст. (1 мм рт.ст. Дорівнює 133,3 па).
При підвищенні-стискається і впливає на прикріплену до неї пружину. На практиці часто використовується кілька (до десяти) анероїдних коробок, з’єднаних послідовно, і є важільна передавальна система, яка повертає стрілку, що рухається за круговою шкалою, проградуйованою по ртутному барометру. Як і у сифонного ртутного барометра, на шкалі анероїда можуть бути зроблені написи («дощ»,» змінно»,» ясно»,» дуже сухо»), що вказують на погодні умови. Анероїд менше ртутного барометра, і його показання легше знімати. Їм можна користуватися в експедиційних умовах, на морських судах, літаках та ін.якщо до його стрілці прикріпити перо, то він буде записувати свідчення. Такі барографи, тобто анероїди, що реєструють барометричний тиск, є на всіх метеостанціях.
Барометр-це прилад для вимірювання атмосферного тиску. У гігієнічних дослідженнях найбільш поширені металеві барометри-анероїди і рідинні — ртутні.
У барометрі-анероїді коливання атмосферного тиску сприймаються круглою металевою коробкою з хвилястими стінками( анероїдна коробка), з якої видалений (рис.). Еластичні стінки коробки при підвищенні тиску прогинаються, при зменшенні випинаються. Системою передач стінки коробки пов’язані зі стрілкою приладу. Остання вказує на шкалі приладу, градуйованою в міліметрах ртутного стовпа, величину атмосферного тиску.
Ртутний барометр являє собою u-образно вигнуту скляну трубку, в якій знаходиться ; атмосферний тиск визначають по різниці рівнів ртуті в довгому і короткому відрізках трубки.
Для постійного спостереження за змінами атмосферного тиску застосовують самозаписуючі прилади — барографи. Коливання атмосферного тиску реєструються на стрічці, вміщеній на обертовому барабані.
Вимірюється атмосферний тиск зазвичай в міліметрах ртутного стовпа (мм рт. Ст.) і мілібарах (мбар). 1 мбар = 0,75 мм рт. Ст., 1 мм рт. Ст. = 1,33 мбар.
Барометр (від грец. Baros-тяжкість і metreo-вимірюю) — прилад для вимірювання атмосферного тиску. У метеорологічній і гігієнічній практиці найбільшого поширення набули ртутні барометри. Існують три системи ртутних барометрів (рис. 1): чашкові (1), сифонні (2) і сифонно-чашкові (3).
Рис. 1. Системи ртутних барометрів. Н-висота стовпа ртуті, відповідна атмосферному тиску.
В даний час застосовують тільки чашкові і сифонно-чашкові барометри. У стаціонарних чашкових барометрах з компенсованою шкалою атмосферний тиск визначають прямо по положенню ртутив скляній трубці (за шкалою, нанесеною на металевій оправі барометра). В експедиційних чашкових барометрах перед наглядом попередньо спеціальним гвинтом (внизу приладу) встановлюють рівень ртуті в чашечці на нульовій точці. У сифонно-чашкових барометрах величина атмосферного тиску вимірюється по різниці висот ртутного стовпа в довгому (запаяному) і короткому (відкритому) колінах. Барометр дозволяє проводити відліки з точністю до 0,05 мм рт. Ст. За допомогою гвинта, на який спирається шкіряне дно чашки барометра, рівень ртуті в короткому (відкритому) коліні призводять до нульової точки, а потім відраховують показання барометра. Для визначення десятих часток міліметра ртутного стовпа (в гігієнічній практиці це буває порівняно рідко) служить рухома металева шкала-ноніус. Знайдені числові вирази атмосферного тиску необхідно за допомогою обчислень за спеціальною таблицею привести до 0°. Температурні поправки до показання барометра можуть бути досить істотними. Барометри встановлюють далеко від джерел теплового випромінювання (печі, нагрівальні прилади, сонце), а також від дверей і вікон.
Вельми зручний для спостереження, особливо в експедиційних умовах, металевий барометр-анероїд (рис. 2). Він менш точний, ніж ртутний барометр, за яким його зазвичай вивіряють. Металева трубка бурдона, вигнута у вигляді підкови, або частіше металева подушечка з гофрованими стінками, з якої видалений повітря, змінює свій обсяг і деформується при зміні тиску. Ця деформація передається за допомогою системи важелів стрілці, яка і вказує на шкалі величину атмосферного тиску.
Рис. 2. Механізм барометра-анероїда (схема): 1 — анероидная коробка; 2 — пружина; 3 — стрижень; 4 — колінчастий важіль; 5 — вісь стрілки; 6 — стрілка; 7 — шарнірна ланцюжок; 8 — спіральна пружина; 9 — шкала.
В даний час атмосферний тиск більш прийнято виражати в міжнародних одиницях — мілібарах (мб). 1 мб дорівнює 0,75006 мм рт. Ст., а 1 мм рт. Ст. Відповідає 1,3332 мб. Для перекладу міліметрів ртутного стовпа в мілібари існують спеціальні таблиці.
Барограф-це самописний барометр для безперервного запису атмосферного тиску. У гігієнічній практиці застосовують тільки анероїдні барографи (рис. 3). Принцип їх дії заснований на деформації під впливом зміни атмосферного тиску пакета з 5-7 з’єднаних разом анероїдних коробок; ця деформація передається системою важелів самописця. При збільшенні атмосферного тиску анероїдні коробки стискаються і важіль з пером піднімається догори; при зменшенні тиску коробки під дією вміщеної всередині них пружини розширюються і перо креслить лінію донизу. Запис тиску викреслюється пером приладу на спеціальній градуйованої в міліметрах ртутного стовпа або мілібарах паперовій стрічці, одягненій на обертовий барабан барографа. Існують барографи з добовим і тижневим заводом. Для усунення температурних впливів на показання барографа в них вставляють біметалічні конденсатори. Барографи встановлюють далеко від нагрівальних приладів і захищають від прямого впливу сонячних променів.
Рис. 3. Механізм барографа( схема): 1 — важіль самописця; 2 — стовпчик анероїдних коробок; 3-5-система тяг і важелів.
Атмосфера землі, яка простягається на кілька сот кілометрів вгору, тисне на поверхню нашої планети. Саме такий тиск і називається атмосферним. Для його вимірювання винайшли прилад під назвою барометр. Творцем пристрою став італієць еванджеліста торрічеллі, який жив ще в xvii столітті. Він-то і роз’яснив людям, для чого потрібен барометр.
Атмосферний тиск зазвичай «скаче» через зміни погодних умов: перед негодою падає, а в гарну погоду – підвищується. Метеорологи фіксують на карті будь-які коливання тиску і визначають переміщення циклонів і напрямки вітрів. Лінії рівного тиску називають ізобарами від грецького baros (тяжкість) і isos (рівний).
Види барометрів
Всього існує два типи барометрів — анероїд і ртутний. Другий набагато точніше і надійніше, перший – компактніше і зручніше, при необхідності може стати кишеньковим.
Ртутний барометр показує тиск висотою ртутного стовпа, поруч з яким прикріплена вимірювальна шкала. Зазвичай він являє собою скляну трубку 80 см, наповнену ртуттю, яка на одному кінці запаяна, а на іншому – відкрита і занурена в чашку з ртуттю. У трубці немає повітря, так що простір у верхній частині називають торрічелліевой порожнечею. В анероїді рідини немає. Він показує тиск, який діє на гофровану металеву коробку з тонкими стінками, всередині якої створили розрідження. Коли атмосферний тиск знижується, коробка трохи розширюється, коли підвищується — стискається, і сам тиск діє на спеціальну прикріплену пружину. Зазвичай використовується кілька анероїдних коробок, які послідовно з’єднані. За допомогою важільної передавальної системи стрілка повертається і рухається по градуйованою згідно ртутному барометру круговою шкалою. На ній можуть бути написи:» змінно»,» дощ»,» дуже сухо»,»ясно».
Саме анероїди використовують на літаках, морських суднах, а також на метеорологічних станціях. Як правило, до стрільців прикріплюють перо, і воно автоматично фіксує показання.
Який тиск — норма
Справа в тому, що немає стандартного визначення норми атмосферного тиску. Залежно від географічного розташування регіону, норма, що показує барометр, різна. Так, наприклад, в санкт-петербурзі, який розташований на висоті, найближчій до рівня моря, вона становить 760 мм.рт.ст.а ось в москві, розташованої на височині, — 748 мм. Рт.ст.
Точно підказати, що є нормою для конкретного міста, можуть тільки в місцевому підрозділі гідрометслужби.
Тепер ви знаєте, що таке барометр. Вдалих вам відкриттів!
