Як влаштований барометр. Барометр-прилад для вимірювання атмосферного тиску

19

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.

Як влаштований барометр. Барометр-прилад для вимірювання атмосферного тиску

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.

Як влаштований барометр. Барометр-прилад для вимірювання атмосферного тиску

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.

Як влаштований барометр. Барометр-прилад для вимірювання атмосферного тиску

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.

Як влаштований барометр. Барометр-прилад для вимірювання атмосферного тиску

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.

Як влаштований барометр. Барометр-прилад для вимірювання 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.

Як влаштований барометр. Барометр-прилад для вимірювання атмосферного тиску
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!