Давление возникает в разных средах. Поэтому, различают:
- Атмосферное
- Вакуумметрическое – это то, параметры которого не достигают величин нормального показателя давления воздуха
- Гидростатическое.
В зависимости от величины параметра выделяют:
- Избыточное, его параметры превышают стандартные нормативные значения атмосферы.
- Абсолютное – отсчитывается от параметров вакуума.
Но, независимо от того, как измеряется данный параметр и в какой среде, применяют для этого измерительные изделия (приборы), называющиеся манометрами. А те, которые измеряют непосредственно давление атмосферы – являются барометрами. Но, в зависимости от конструктивных особенностей и принципов работы, они могут быть самыми разнообразными.
Измерение давления воздуха
Чтобы измерить давление воздушного столба используют барометры. Они могут быть по своим конструктивным особенностям самыми разнообразными, от простых изделий, до высокотехнологичных приборов http://www.asu-kip.ru/products/ .
Ртутные
Данный вид относится к жидкостным. В трубке шкалы используется ртуть, которая поднимаясь под воздействием внешнего давления воздуха, указывает его значение (в мм рт. ст., барах или Па) на градуированной шкале. Несмотря на свою простоту, являются достаточно точными, поэтому используются на метеорологических станциях. По ним сверяются остальные приборы. Кстати, при их эксплуатации всегда вводят поправку на силу тяжести, создаваемую земной поверхностью и на инструментальную неточность.
В зависимости от устройства ртутного барометра выделяют:
— Чашечный тип. Чаще всего в него встраивают дополнительно термометр, который также может быть ртутным или спиртовым. Точность такого прибора достигает 0,1 мм ртутного столба.
— Сифонно-чашечный и сифонный. Их принципы работы схожи. В конструкции имеется коленная трубка с перетекаемой жидкостью. Один конец ее запаян, а другой остается открытым. Благодаря специфики ртути, как металла, достигается высокий показатель точности – 0,05 мм рт.ст.
Основанные на работе жидкости
Здесь используется принцип уравновешивания жидкости в двух переливающихся сосудах. Но в качестве жидкого вещества не используется ртуть, а применяется, например, подкрашенная спиртовая жидкость.
Благодаря большой погрешности, их использование на сегодняшний день практически сведено к минимуму.
Анероиды
Более сложная конструкция, включающая в себя металлическую коробку с полостью, внутри которой создается вакуум. В зависимости от изменения положения пластины, регулируется направление стрелки, указывающее на шкале значение давления воздуха.
Их используют в походных условиях, но перед этим сверяют и выставляют по более точному ртутному барометру.
Альтиметр
Это так называемый анероидный высотометр. Он измеряет атмосферное давление в зависимости от высоты над поверхностью уровня моря. Ведь, в смысл 1 атмосферы вкладывается понятие давление воздушного столба ровно на уровне моря. Чем выше человек поднимается в горы, тем меньшее давление оказывается атмосферой. Ведь в этом случае слой воздуха становится тоньше ровно на ту величину, на которую поднялся человек над поверхностью водной глади.
Альтиметры имеют одновременно 2 шкалы – на одной отображается давление, тогда как вторая указывает высоту. Устанавливают альтиметр на летательных аппаратах, где шкала преобразована в циферблат. Именно по такому прибору определяется высота полета.
Барограф
Также такой аппарат называют барометром самописцем. Его основная особенность заключается в том, что он непрерывно регистрирует атмосферное давление, то есть по нему можно сориентироваться в степени его изменения с течением времени.
Электронный
Прибор наиболее точный и современный. В нем применяется принцип анероида. Но полученные с гибкой пластины и гофра данные передаются не на стрелку, а отображаются с помощью цифровой кодификации сигнала на жидкокристаллическом табло.
Важно понимать, что и этот точный прибор изначальной выставляется и градуируется по ртутному барометру.
Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.
Поделиться ссылкой:
В гигиенических исследованиях применяются два типа барометров:
— жидкостные барометры;
— металлические барометры – анероидные.
Принцип работы различных модификаций жидкостных барометров основан на том, что атмосферное давление уравновешивает определенной высоты столб жидкости в запаянной с одного конца (верхнего) трубке. Чем меньше удельный вес жидкости, тем выше столб последней, уравновешиваемый давлением атмосферы.
Наибольшее распространение получили
Используются три системы ртутных барометров:
— чашечные;
— сифонные;
— сифонно-чашечные.
Указанные системы ртутных барометров схематически представлены на рисунке 35.
| Станционные чашечные барометры (рисунок 35). В этих барометрах в чашку, заполненную ртутью, помещается запаянная сверху стеклянная трубка. В трубке над ртутью образуется так называемая торичеллиевая пустота. Воздух в зависимости от состояния обусловливает то или иное давление на ртуть, находящуюся в чашке. Таким образом, уровень ртути устанавливается на ту или иную высоту в стеклянной трубке. Именно данная высота будет уравновешивать давление воздуха на ртуть в чашке, а значит отражать атмосферное давление. Высоту уровня ртути, соответствующую атмосферному давлению, определяют по так называемой компенсированной шкале, имеющейся на металлической оправе барометра. Изготавливаются чашечные барометры со шкалами от 810 до 1110 мб и от 680 до 1110 мб. |  | Рис. 35. Чашечный барометр (слева) А – шкала барометра; Б – винт; В – термометр; Г – чашечка со ртутью Ртутный сифонный барометр (справа) А – верхнее колено; В – нижнее колено; Д – нижняя шкала; Е – верхняя шкала; Н – термометр; а – отверстие в трубке |
В отдельных модификациях имеются две шкалы – в мм рт. ст. и мб. Десятые доли мм рт. ст. или мб отсчитываются по подвижной шкале – нониусу. Для этого необходимо винтом установить нулевое деление шкалы нониуса на одной линии с вершиной мениска ртутного столба, отсчитать число целых делений миллиметров ртутного столба по шкале барометра и число десятых до-лей миллиметра ртутного столба до первой отметки
Пример. Нулевое деление шкалы нониуса находится между 760 и 761 мм рт. ст. основной шкалы. Следовательно, число целых делений равно 760 мм рт. ст. К этой цифре необходимо прибавить число десятых долей миллиметра ртутного столба, отсчитанных по шкале нониуса. Первым с делением основной шкалы совпадает 4-е деление шкалы нониуса. Барометрическое давление равно 760 + 0,4 = 760,4 мм рт. ст.
Как правило, в чашечные барометры встроен термометр (ртутный или спиртовый в зависимости от предполагаемого диапазона температуры воздуха при исследованиях), так как для получения окончательного результата необходимо специальными расчетами привести давление к стандартным условиям температуры (0°С) и барометрического давления (760 мм рт. ст.).
В чашечных экспедиционных барометрах перед наблюдением предварительно с помощью специального винта, расположенного в нижней части прибора, устанавливают уровень ртути в чашке на нулевую отметку.
Сифонные и сифонно-чашечные барометры (рисунок 35). В этих барометрах величина атмосферного давления измеряется по разнице высот ртутного столба в длинном (запаянном) и коротком (открытом) коленах трубки. Данный барометр позволяет производить измерение давления с точностью до 0,05 мм рт. ст. При помощи винта в нижней части приборов уровень ртути в коротком (открытом) колене трубки приводят к нулевой точке, а затем отсчитывают показания барометра.
Сифонно-чашечный инспекторский барометр. Данный прибор имеет две шкалы: слева в мб и справа в мм рт. ст. Для определения десятых долей мм рт. ст. служит нониус. Найденные значения атмосферного давления, как и при работе с другими жидкостными барометрами, необходимо с помощью вычислений или специальных таблиц привести к 0°С.
На метеорологических станциях в показания барометров вводят не только температурную поправку, но и так называемую постоянную поправку: инструментальную и поправку на силу тяжести.
Устанавливать барометры следует в отдалении или изолированно от источников теплового излучения (солнечное излучение, нагревательные приборы), а также в отдалении от дверей и окон.
Металлический барометр-анероид (рисунок 36). Данный прибор особенно удобен при проведении исследований в экспедиционных условиях. Однако этот барометр перед использованием должен быть выверен по более точному ртутному барометру.
 Рис. 36.Барометр-анероид |  Рис. 37. Барограф |
Принцип устройства и действия барометра-анероида очень прост. Металлическая подушечка (коробка) с гофрированными (для большей эластичности) стенками, из которой удален воздух до остаточного давления 50-60 мм рт. ст., под воздействием давления воздуха изменяет свой объем и в результате деформируется. Деформация передается по системе рычажков стрелке, которая и указывает на циферблате атмосферное давление. На циферблате барометра анероида вмонтирован изогнутой формы термометр в связи с необходимостью, как указывалось выше, приведения результатов измерения к 0°С. Градуировка циферблата может быть в мб или в мм рт. ст. В некоторых модификациях барометра-анероида имеются две шкалы – как в мб, так и в мм рт. ст.
Анероид-высотомер (альтиметр). В измерении высоты по уровню атмосферного давления заложена закономерность, согласно которой между давлением воздуха и высотой имеется зависимость, весьма близкая к линейной. То есть при подъеме на высоту пропорционально снижается атмосферное давление.
Данный прибор предназначен для измерения атмосферного давления именно на высоте и имеет две шкалы. На одной из них нанесены величины давления в мм рт. ст. или мб, на другой – высота в метрах. На летательных аппаратах применяют альтиметры с циферблатом, на котором по шкале определяется высота полета.
Барограф (барометр-самописец). Данный прибор предназначен для непрерывной регистрации атмосферного давления. В гигиенической практике применяются металлические (анероидные) барографы (рисунок 37). Под влиянием изменений атмосферного давления пакет соединенных вместе анероидных коробок в результате деформации оказывает влияние на систему рычажков, а через них на специальное перо с незасыхающими специальными чернилами. При увеличении атмосферного давления анероидные коробки сжимаются и рычажок с пером поднимается кверху.
При уменьшении давления анероидные коробки с помощью помещенных внутри их пружин расширяются и перо чертит линию книзу. Запись давления в виде непрерывной линии вычерчивается пером на градуированной в мм рт. ст. или мб бумажной ленте, помещенной на цилиндрический вращающийся с помощью механического завода барабан. Используются барографы с недельным или суточным заводом с соответствующими градуированными лентами в зависимости от цели, задач и характера исследований. Выпускаются барографы с электрическим приводом, вращающим барабан.
Однако на практике данная модификация прибора менее удобна, так как ограничивается его использование в экспедиционных условиях. Для устранения температурных влияний на показания барографа в них вставляется биметаллические компенсаторы, автоматически осуществляющие коррекцию (поправку) движения рычажков в зависимости от температуры воздуха. Перед началом работы рычажок с пером с помощью специального винта устанавливается в исходное положение, соответствующее времени, обозначенном на ленте и на уровень давления, измеренный точным ртутным барометром.
Чернила для записи барограмм можно приготовить по следующей прописи:
| · глицерин | — 200 мл |
| · анилиновая краска в порошке | — 2,4 г |
| · гуммиарабик, предварительно разведенный в 10 мл воды | — 3 г |
| · спирт этиловый | — 10 мл |
Приведение объема воздуха к нормальным условиям (760 мм рт. ст., 0°С). Данный аспект измерения барометрического давления весьма важен при измерении концентраций загрязняющих веществ в воздухе. Игнорирование указанного аспекта может обусловить значительные ошибки в расчетах концентраций вредных веществ, которые могут достигать 30 и более процентов.
Приведение объема воздуха к нормальным условиям производится по формуле:
(39)
| V0 | — искомый объем воздуха при 0°С и давлении 760 мм рт. ст.; | |
| V1 | — объем воздуха, взятый для анализа при данных температуре и давлении; | |
| — коэффициент расширения газов; | ||
| В | — данное барометрическое давление; | |
| — нормальное барометрическое давление; | ||
| t | — данная температура воздуха. |
Пример. Для измерения концентрации пыли в воздухе через бумажный фильтр с помощью электрического аспиратора пропущено 200 л воздуха. Температура воздуха в период его аспирации составляла- +26°С, барометрическое давление — 752 мм рт. ст. Необходимо привести объем воздуха к нормальным условиям, то есть к 0°С и 760 мм рт. ст.
Подставляем в формулу Х значения соответствующих параметров примера и рассчитываем искомый объем воздуха при нормальных условиях:
л.
Таким образом, при расчете концентрации пыли в воздухе необходимо учитывать объем воздуха именно 180,69 л, а не 200 л.
Для упрощения расчетов объема воздуха при нормальных условиях можно пользоваться поправочными коэффициентами на температуру и давление (таблица 25) или рассчитанными готовыми величинами формулы 39 
и 
(таблица 26).
Барометр – это устройство для измерения атмосферного давления. С его помощью можно предсказать погоду. Прибор может снимать данные атмосферного давления находясь в помещении или на открытой местности. Также подобные устройства используются в авиации для определения высоты полета над уровнем моря. Нормой считается атмосферное давление на уровне 760 мм ртутного столба при температуре +15 градусов.
Разновидности барометров
Существует несколько разновидностей барометров:
- Ртутные.
- Жидкостные.
- Механические.
- Электронные.
Ртутные
Ртутный барометр был изобретен самым первым. Его создателем является итальянский физик Эванджелисто Торричелли, который в 1844 году разместил в тарелке со ртутью вертикально установленную пробирку заливной горловиной вниз. Им было замечено, что уровень ртути в колбе менялся в зависимости от погодных условий. Ученый сопоставил данные и пришел к выводу, что на этот показатель влияет давление воздуха. Применяемая им конструкция являлась весьма точной, но была неудобной. Кроме этого, ртуть вредна для здоровья, поэтому ее применение в столь большом количестве, для заполнения тарелки, и нахождение на открытом воздухе является небезопасным. Ртутные барометры отличаются повышенной точностью, поэтому их более совершенные модификации встречаются до сих пор. Их применяют на метеорологических станциях для проведения контроля за погодой.
Жидкостные
Жидкостные барометры на данный момент практически не встречаются. Они отличаются большой погрешностью, поэтому судить о погоде основываясь на их данных довольно сложно. В подобных приборах измерение проводится за счет уравнивания столба жидкости. Проблема таких приборов в том, что заправляемые вещества ведут себя по-разному при изменении температуры, что сопровождается высокими погрешностями. Одним из самых известных модификаций жидкостных барометров являются глицериновые модели. В них применяется окрашенный глицерин, что дает привлекательный декоративный эффект.
Механические
Механические барометры самые популярные. Они гораздо компактнее, чем первые две категории. Кроме этого, механические приборы отличаются вполне достаточной точностью. Подобные устройства сложные в изготовлении и в отличие от ртутных, являются полностью безопасными. Внешний корпус такого оборудования напоминает классические круглые часы, но бывают и прямоугольные настольные модели. Внутри корпуса находится пустотелая емкость, сделанная из двух жестяных мембран. В емкости создан вакуум, а ее стенки надежно запаяны. Благодаря отсутствию воздуха, мембраны остро реагируют на изменение уровня атмосферного давления. При его увеличении они сжимаются, а при уменьшении наоборот раздуваются.
К емкости подсоединяется чувствительный механизм, который состоит из нескольких плеч. Его устройство позволяет снимать миниатюрные изменения объема коробки с вакуумом и создавать колебания стрелки со шкалой, на которую нанесены показатели давления. Чувствительный механизм остро реагирует на любые изменения объема емкости. Максимальные отклонения объема коробки в сжатом и раздутом состоянии редко превышает одного миллиметра. При этом устройство, которое передает эти движения на стрелку, увеличивает изменения в 90 раз, что обеспечивает высокую точность показания. Механические устройства бывают как компактными, которые можно носить в кармане, так и настольными.
Электронные
Электронные барометры – это высокоточные и компактные приборы. В их основе также используется вакуумная коробка, но снятие показаний обеспечивается благодаря чувствительным датчикам. Также в этой конструкции предусматривается микропроцессорный блок. Показания выводятся на жидкокристаллический дисплей. Одна из особенностей таких приборов заключается в том, что часто они комбинируют в себе несколько устройств одновременно. Они могут работать не только как барометр, но и как термометр, компас и часы. Зачастую электронные устройства делают во влагозащищенном корпусе, поэтому их покупают рыбаки и туристы. Как известно, клев рыбы во многом зависит от атмосферного давления. Они чувствительны к его резким перепадам. Благодаря барометру можно определить будет ли клев или рыбалку лучше перенести. Если давление резко падает, то рыба неохотно берет наживку.
Зачем нужен барометр
Барометр применяется для проведения точного измерения атмосферного давления. Оно выражается в физической единице – миллиметрах ртутного столба. На основе этих показаний можно судить о дальнейшем изменении погодных условий при сравнении с данными о давлении, полученными в предыдущий день или несколько часов. Дело в том, что показатель атмосферного давления напрямую влияет на погодные условия.
Если уровень в определенной местности снижается, то воздушные потоки прибывают с другой территории. Именно так создается ветер, который попутно приносит тяжелые дождевые тучи. Как следствие, благодаря применению барометра несложно предсказать осадки. В том случае, если давление начинает расти, то это говорит о том, что имеющиеся на данной местности воздушные потоки переместятся на другую территорию, где давление снижено. При этом они уберут тучи, поэтому будет наблюдаться солнечная погода. Таким образом, чем выше давление, тем более сухая погода ожидается.
Весьма распространенными являются приборы со специальной разметкой на шкале, указывающей на погодные условия, которые нужно ожидать при направлении стрелки на определенный показатель. При самом низком давлении может быть написано «шторм», или нарисована соответствующая картинка. Для самого высокого давления применяется термин «суш» или рисуется палящее солнце. При этом нужно учитывать, что показатели могут меняться в зависимости от температурных условиях. По этой причине такое обозначение является неточным, но дает приблизительное понимание, что ожидать от погоды.
Как пользоваться
Следует понимать, что барометр не является устройством, которое позволяет точно предсказать погодные условия и определить ожидаемую температуру или уровень осадков. Основываясь только на данных полученных из этого прибора нельзя определить, какие воздушные потоки прибудут из соседних территорий. Для предсказания погоды метеорологии применяют помимо данных из барометров множество другой информации, что и позволяет делать прогноз более точным.
Использование барометра дает возможность лишь предсказать направление, в котором будет меняться погода. Будет ли она идти на улучшение или ухудшение. Люди, чувствительные к изменению атмосферного давления, используют барометр, чтобы определить изменение своего самочувствия.
Если в зимнее время давление повышается, то нужно ожидать заморозка, а если снижается, то будет потепление и скорое выпадение осадков. Летом повышение давления говорит об ожидаемой жаре и засухе. Снижение сигнализирует о прохладе и скором дожде. Также по интенсивности изменения показаний атмосферного давления можно приблизительно судить о возможных изменениях погоды. Так, если давление снижается постепенно, то в течение дня подойдет циклон с ненастной погодой. Скорее всего, будут осадки и сильный ветер. При очень резком падении давления прибудет холодный фронт, который будет сопровождаться штормом и грозами. При этом время до его начала обычно составляет не более 2 часов. Если давление стабилизировалось и поддерживается на одном уровне, то можно ожидать снижение интенсивности ветра и остановку осадков.
Для того чтобы предсказывать изменение погоды необходимо периодически следить за уровнем давления, которое показывает барометр. Делать это нужно минимум дважды в день. Если погода меняется резко, то интенсивность измерения проводится с периодичностью раз в 2-4 часа.
Проведение настройки
С приходом электронных барометров надобность в поведении настройки отпала, но на рынке предлагается еще масса механических моделей, которые нужно периодически подстраивать. Пользователи по-прежнему предпочитают покупать механические барометры в связи с их более презентабельным видом и отсутствием необходимости в установке батареек. Коллекционеры, которые собирают барометры, также предпочитают именно механические модели. Для того чтобы прибор показывал точные данные его нужно подстроить, на что требуется всего несколько минут.
Для начала нужно узнать о точном давлении, которое наблюдается на данной местности в момент проведения настройки. Это можно сделать, посетив сайт ближайшей метеостанции или просмотрев сводки, которые периодически озвучивают в телевизионном и радиоэфире. Имея реальные показатели об имеющемся атмосферном давлении, которое снято на высокоточном ртутном барометре, можно сравнить данные с теми, что получены на собственном механическом устройстве.
Если данные отличаются, следует перевернуть прибор, и найти на задней стенке регулировочный винт. С помощью отвертки нужно провести его вкручивание или выкручивание до тех пор, пока стрелка не займет тот показатель, который озвучила метеослужба. Если винта нет, то производитель предусматривает другую возможность настройки. Достаточно просто немного провернуть шкалу, подставив нужный показатель под стрелку.
Похожие темы:
Барометр. Что и как измеряет?
Барометр — это прибор для измерения атмосферного давления. Он используется метеорологами для прогнозирования краткосрочных изменений погоды. Например, если атмосферное давление падает, могут ожидаться штормы и дожди. А наличие барометра в квартирах, где проживают пожилые метеочувствительные члены семьи, может предотвратить у них сердечный приступ.
Классификация и виды
Практически используются три типа барометров, принцип действия которых по определению атмосферного давления различен:
- Ртутный барометр. Он состоит из вертикальной стеклянной трубки, выполненной в виде откалиброванной шкалы. Верхний конец этой трубки запаян, а другой конец находится в маленькой чашке с ртутью. Ртутные барометры часто используются на уроках физики в школах. По аналогичному принципу действует и менее точный водный барометр, только объём трубки заполняется не опасной для человека ртутью, а подкрашенной водой.
- Барометр-анероид. Он не содержит жидкости и состоит из небольшой гибкой металлической коробки, называемой анероидной капсулой, которая изготовлена из сплава бериллия с медью. Металлическая коробка плотно закрыта, поэтому изменения атмосферного давления за пределами коробки вызывают расширение или сжатие пружин внутри коробки.
- Электронный барометр цифрового типа, который широко используется в современных домашних и профессиональных метеостанциях, а также в различных современных приборах. Он состоит из чувствительного узла обнаружения, который реагирует на изменение давления воздуха.
Кроме того, существуют и самодельные барометры, которые показывают результат, достаточный для практических наблюдений за погодой.
Как работает барометр?
Ртутный барометр показывает меняющееся положение ртутного столба для данной местности (за 0 берётся барометрическое давление на уровне моря). Во время циклонической природной деятельности давление падает, что вызывает соответствующее уменьшение высоты ртутного столба. Когда циклон уступает место антициклону, низкое атмосферное давление сменяется более высоким, которое повышает уровень ртути в стеклянной трубке.
В анероидном барометре индикатором изменяющегося давления является линейное расширение материала исполнительного элемента. Существует целый класс сплавов, который отличается определёнными значениями коэффициента линейного расширения. Чаще других используются немагнитный коррозионно стойкий сплав 36НХТЮ (ЭИ702) на основе никеля, либо бериллиевая бронза БрБ2.
Те же марки сплавов используются и в регистрирующих датчиках электронных барометров, а результат изменения их размеров отображается на дисплее. В таких приборах также учитывается изменение температуры воздуха. Это, в свою очередь, влияет на электропроводность материала. Изменяющаяся ёмкость влияет на силу электрического тока, протекающего через датчик, который и регистрирует изменения в давлении воздуха.
Таким образом, ртутные, анероидные и цифровые барометры работают по одному и тому же физическому принципу расширения и сжатия в зависимости от температуры окружающей среды, хотя и делают это по-разному.
Как пользоваться барометром?
Точность отсчёта зависит не только от устройства прибора, но и от того, где его расположить и в каких условиях содержать. Устанавливая барометр, важно помнить о следующем:
- Всегда размещайте барометр в затенённой зоне, вдали от источников тепла.
- Избегайте областей, которые подвергаются воздействию ветра или сквозняков.
- Прибор следует располагать на устойчивой ровной поверхности (это особенно важно для ртутных и водных барометров)
Некоторые типы бытовых барометров (например, Утёс БТК-СН) отличаются не только хорошей точностью показаний, но и привлекательным внешним видом, поэтому часто используются как декоративный элемент интерьера. В конструкции предусмотрена стрелка, перемещение которой позволяет оценить интенсивность изменения давления.
Барометр БАММ-1 более прост по дизайну, предназначается для использования на метеорологических станциях. Он не имеет пружин, а потому менее требователен к условиям эксплуатации. Точность – на уровне электронных барометров.
Контрольный барометр М-67 оснащён дисплеем, отличается высокой точностью считываемой информации, но его компоновка предполагает только горизонтальное рабочее положение, что не всегда удобно.
Барометр своими руками
Понадобятся новый воздушный шарик и банка ёмкостью 2 л. Создание барометра анероидного типа ведётся в такой последовательности:
- От шарика отрезается перемычка. Резать можно в любом месте, но так, чтобы остаток полностью перекрыл горловину стеклянной банки и не разорвался при этом.
- При натягивании шарика нужно, чтобы складки у материала отсутствовали. Края следует плотно обжать резинкой.
- Поверх банки с помощью силиконового клея приклеивается длинная прямая соломинка (чем длиннее, тем лучше). Один её конец должен касаться середины воздушного шара, а остальная часть должна висеть над краем банки. Эта часть будет указателем, позволяя отслеживать изменения атмосферного давления.
- Когда место соединения полностью высохнет, к соломинке прикрепляют иглу или любой иной предмет с острым наконечником (можно и плотный картон, остриё которого вставляется внутрь соломинки). Указатель не должен самопроизвольно двигаться.
- Рядом с указателем располагают лист плотной бумаги или картона. Лучше прикрепить его к стене, а банку с самодельным барометром установить рядом. Приставить измерительную иглу к бумаге (без касания к ней!), и в этом положении отметить условный ноль. Если погода в этот день ясная, солнечная и безветренная, то рядом с указателем можно написать «Высокое давление», если пасмурная и дождливая – то «Низкое давление».
- Периодически добавлять надписи сообразно изменению погоды.
Поскольку высота над уровнем моря не изменяется, то относительные показания вашего «барометра» в бытовых целях будут достаточно точными. Там же можно записывать и числовые показатели давления. Для этого используют данные метеосайтов, работающих по вашему региону.
Измерение атмосферного давления производится с помощью барометров. Они бывают ртутные и анероиды.
Ртутные барометрыпредставляют собой по существу весы, где давление столба воздуха, единичного сечения, простирающегося через всю атмосферу, уравнивает столб ртути, заключенный в стеклянную трубку, из которой выкачан воздух.
К стеклянной трубке прикреплена шкала, по которой отсчитывается величина давления (мм pт. ст. или мб).Ртутные барометры требуют поправки на температуру (ее изменения сказываются на высоту ртутного столба). Обычно показания барометра приводятся к температуре ртути 0о С. Кроме того, вводится поправка на силу тяжести, которая зависит от географической широты (на полюсе сила тяжести наибольшая, на экваторе наименьшая). Показания барометра принято приводить к нормальной силе тяжести на широте 45°. Есть еще инструментальная поправка, которая возникает при изготовлении барометра. Все поправки обычно сводятся в специальные таблицы, имеющиеся на метеостанции для каждого барометра.
Примером ртутного барометра служит барометр чашечный стационарный.
Барометры анероидыпредназначены главным образом для измерения давления в полевых условиях. Приемником атмосферного давления в анероиде служит металлическая волнистая цилиндрическая коробочка, из которой выкачан воздух. Коробочка одним концом (нижним) прикреплена к неподвижному основанию, к верхней ее части присоединена пружина. При увеличении атмосферного давления коробочка сжимается, а при уменьшении, под действием пружины, распрямляется. Эти изменения передаются системой рычагов на стрелку, которая перемещается вдоль шкалы с нанесенными делениями, соответствующими давлению в миллиметрах ртутного столба или миллибарах.
Барометр анероид устанавливается в помещении. Он снабжен термометром. Показания барометра анероида нуждаются в температурной поправке (они приводятся к 0оС). Кроме того, вводятся поправки шкаловая и добавочная. Все поправки даются в сертификате (свидетельстве) прибора.
Для непрерывной регистрации атмосферного давления и его изменения применяется прибор (самописец) барограф. Он состоит из приемной части (несколько анероидных коробочек), передающего устройства (система рычагов с пером) и барабана с часовым механизмом, на который надевается лента, разграфленная по вертикали линиями, означающими время, по горизонтали линиями, означающими величину давления.
Есть барографы с суточным и недельным заводом часового механизма.
При увеличении атмосферного давления анероидные коробочки сжимаются и линия, которую чертит перо на барабане, поднимается вверх. При уменьшении давления происходит обратное явление. С помощью графического изображения хода давления на ленте определяется барическая тенденция.
Барограф устанавливается внутри помещений и является одним из наиболее показательных приборов, позволяющих наглядно и непрерывно следить за ходом атмосферного давления. Изменение давления является одним из признаков изменения погоды (понижение давления свидетельствует о приближении циклона — область с относительно плохой погодой, повышение давления говорит о приближении антициклона — области с относительно хорошей погодой).
При отсутствии барографа и барометра об изменении давления (его понижении или повышении) можно судить по показаниям барометрического высотомера, имеющегося на каждом самолете. Принцип действия прибора основан на измерении атмосферного давления, для чего служит анероидная коробочка, заключенная в корпусе прибора.
Приборы для измерения атмосферного давления?
ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ?
Прошло более трёхсот лет, как Торичелли «открыл» давление атмосферы. С тех времён великие физики трёх с лишним столетий окучивают очень важный, для миропонимания понятие физики. Проблема возникла с самого начала, и до сих пор не решается. Физики не могут создать прибор прямого действия, позволяющего измерять давление воздуха атмосферы.
Все приборы измеряют давление атмосферы опосредствовано. Первый прибор для замера, яко бы, атмосферного давления изобрёл Торичелли. Он представлял собой запаянную с одного конца стеклянную трубку, заполненную ртутью, и опрокинутую открытым концом в чашу с ртутью. Ртуть в трубке остановилась на уровне 760 мм. В запаянной части трубке образовался вакуум. Торичелли объявляет, что давление атмосферы остановило уровень ртути на высоте 760 мм, то есть давление атмосферы равно 1 атм. Секунду внимания. А что? В этом опыте вес ртути не учитывался? Какую роль, в опыте осуществляло земное тяготение? Единственной действующей силой, в этом опыте, является сила притяжения земли. Или вакуум является просто пустым местом? Что-то в этом приборе происходит не так. Какой результат мы получим из опыта, если давление, окружающего прибор воздуха, снизим до 0 атм.? Вы не поверите! Такое понятие, как нулевое давление воздуха в физике отсутствует. Получается, через задницу. В сосуде с атмосферным воздухом и с давлением, яко бы, 1 атм начинаем откачивать воздух. Логика процесса подсказывает, что в процессе уменьшения давления, воздух должен достичь ноля атмосфер, а уже потом должно начаться вакуумирование. Смотрим физику. Физики считают, что 0 атм – это и есть вакуум. Ау, ребята. Отдайте нулевое состояние воздуха. Такое состояние, когда давление равно нулю, а все газы находятся на месте.
Мы сейчас не будем подозревать в ошибках и мухлеже великих физиков. Оставим на время в покое. И рассмотрим другой прибор для измерения атмосферного давления – барометр. Основной частью прибора является коробочка с откачанным воздухом. С помощью рычажков, пружинок, стрелки и циферблата определяется величина атмосферного давления. Циферблат отградуирован до 760 мм РТ столба, собственно больше градуировки не нужно. Под воздействием местных перепадов атмосферного давления, стрелка прибора может отклоняться влево или вправо на 15-20 мм РТ столба. Мысль накатывается сама собой. Может 15-20 мм РТ мм и есть атмосферное давление? И то местечковое. А сама атмосфера имеет нулевое давление? Уж больно барометр получился хитросделанный. Результат написали на циферблате – ничем не отличается от ртутного прибора. Просто он компактный и не ядовитый. Главное – если атмосферное давление имеет величину 1 атм., то почему мы не можем его замерить прибором, специально созданного для измерения давления – манометром? Да нет, говорят физики. Смотрите, на космической станции Мир давление воздуха 1 атм, и космонавты прекрасно себя ощущают. Чудеса, на земле манометры показывают атмосферное давление 0 атм., а в космическом корабле манометрическое давление воздуха 1 атмосфера. Вот здесь физики – теоретики и дали маху. Воздух в космическом корабле, как и сам корабль, находится в невесомости. Причём сила притяжения земли, центробежная сила и воздух на корабле полностью уравновешены. Манометр показывает 1 атм, а давление искусственной атмосферы на космическом корабле равно 0 атм.
Неправильный подход к давлению атмосферы напрочь отсекает попытки человека полететь на Луну или на другую планету. Пыль в глаза Илоны Маски могут пускать, но пока учёные не примут во внимание, что давление атмосфер всех планет и звёзд во вселенной равно 0 атмосфер, никаких полётов ожидать не приходится. А если учесть, что процесс дыхания космонавтов напрямую связан с гравитацией конкретной планеты или спутника, то твёрдо можно сказать, что американцев на Луне не было.
А.А.Волков 12 ноября 2017г.
Когда училась на географическом факультете, то сначала нас учили пользоваться этим прибором. Со временем уже мы передавали свой опыт младшекурсникам. Есть несколько разновидностей этого прибора, и все они просты в использовании. Я думаю, что даже школьника можно научить измерять атмосферное давление им. Что это за прибор такой загадочный?
Барометр – прибор для измерения атмосферного давления
Ответом на данный вопрос будет «б)барометр».
Людям еще с давних времен был нужен прибор, который сможет измерять атмосферное давление на окружающие предметы и на людей. Его пытались сконструировать. Так, в ХVІІ веке итальянский ученый Э. Торричелли сделал первый в мире барометр. Конечно, на то время он был примитивным и нелепо выглядел. В основе была стеклянная трубка с отметками, которая была заполнена ртутью. В момент разработки ртуть была на отметке 760 мм, поэтому мы и считаем это нормальным давлением (или началом отсчёта). Если столбик ртути поднимается – это повышенное давление, опускается – пониженное.
В ХІХ веке французский инженер Л.Види смог сделать упрощенную и ускоренную версию – барометр-анероид.
Виды барометров
В наше время много различных видов барометров, потому я Вам расскажу о принципе их работы. Хочу выделить более практичные и удобные в использовании.
- ртутный барометр – стеклянный сосуд соединен со стеклянной трубкой (90 см длинной). На ртуть действует под давлением воздух и поднимает или опускает поплавок, который останавливается возле отметки. Такие приборы непрактичные, громадные, а главное — с ядовитой ртутью;
- жидкостные барометры – принцип его работы такой же, как и у ртутного. Только в средине не ртуть, а специальная жидкость. Такой прибор безопасный, но непрактичный в использовании;
- барометр-анероид – по внешнему виду похож на компас. В средине металлической коробки есть стрелка. На прибор действует воздух, и стенки коробки сжимаются или разжимаются. Рычажок начинает двигать стрелку в разные стороны. Они маленькие, без жидкости, практичны и удобны в использовании. Можно использовать настенный вариант;
- электронный (цифровой) – на жидкокристаллический экран подается информация с микропроцессора. Маленький, удобный и практичный.
Барометр — это универсальный и практичный прибор для измерения атмосферного давления.
Классификация приборов для измерения давления на основе принципов построения и работы
Четыре основных типа измерителей давления:1. Элементы жидкостной колонны:
- Барометр
- Манометр — трубка, увеличенная ножка, хорошо наклоненная ножка
2. Эластичный элемент:
3. Электрические преобразователи:
- Тип сопротивления и индуктивность
4.Устройства с силовой балансировкой:
- Грузоподъемность
- Кольцевой датчик
- колокол
БАРОМЕТР:
Барометр используется для измерения атмосферного давления. Атмосферное давление — это давление, создаваемое окружающим землю воздухом, которое продолжает уменьшаться от поверхности земли.
Принцип работы:
Барометрическая жидкость уравновешивает атмосферное давление с вакуумом, и показание давления в головке получается в абсолютных единицах.
Строительство и работа:
Барометр имеет стеклянную трубку, закрытую на одном конце и открытую на другом; длина трубки должна быть больше 76,2 см. труба сначала полностью заполнена ртутью, а открытый конец временно заглушен. Затем трубку переворачивают так, чтобы заглушенный конец погрузился в ртутный поддон.Когда пробка удаляется, ртуть в пробирке падает на определенное количество, создавая вакуум в верхней части пробирки и затем отмечая «h». Чтение «h» пропорционально атмосферному давлению, действующему на ртуть в поддоне. Обратите внимание, что это показание атмосферного давления в абсолютных единицах.
Мы заявляли, что в верхней части трубы над ртутью присутствует вакуум, но на самом деле существует давление паров ртути, действующее на давление ртути, ’P’, кг / см2, определяется как P = 6,66 X 10 -3 h
МАНОМЕТР:
Устройство раньше знало о разности давлений в трубопроводе, оно простое по конструкции, основной закон физики применен для расчета перепада давления.Это стеклянная или металлическая трубка с U-образным изгибом, имеющая две ножки. Манометрические жидкости, такие как ртуть или четыреххлористый углерод и т. Д., Где плотность должна быть выше, чем жидкость, которая течет через трубу, манометрическая жидкость будет заполняться в трубе для значения, две ветви соединены с точками, в которых мы заинтересованы Для расчета перепада давления , когда это будет сделано, жидкость, которая течет в трубе или трубе, попадет в обе ветви, давление на ветви будет отличаться, показывая отклонение высоты в маномерной жидкости.
| U-Tube Манометр |
Принцип: Все манометры работают на влияние гидростатического давления, оказываемого столбом жидкости. В манометре неизвестное давление определяется путем уравновешивания его с некоторым известным давлением или вакуумом.
Строительство и работа:
U-образный манометр состоит из стеклянной U-образной трубки, частично заполненной подходящей жидкостью, такой как вода, ртуть и т. Д.один из рычагов или ножек манометра соединен с неизвестным отводом давления, который необходимо измерить, а другой — с другим отводом давления, или он остается открытым для атмосферы.
При наличии разницы давлений между двумя плечами манометра уровни жидкости в двух плечах манометра, уровни жидкости в двух плечах не совпадают. Эта разность уровней в двух плечах манометра представляет собой перепад давления (P1-P2). Уравнение статического баланса
h = перепад высотρ = массовая плотность жидкости манометра
Если жидкость над жидкостью манометра имеет заметную плотность, то уравнение статического баланса можно записать как:
h = перепад высот
ρm = массовая плотность манометрической жидкости
ρl = массовая плотность жидкости над манометрической жидкостью
НАКЛОННО-НОЖНОЙ МАНОМЕТР:
Когда давление P1 и P2 приложено, тогда жидкость поднимается в трубе, уровень манометрической жидкости внутри трубы измеряется от нулевого уровня вдоль наклонной трубы, который представляет перепад давления (P1 — P2), уравнение статического баланса можно записать как
- P2-P1 = ρd sinα [1+ (A1 / A2)]
d = измеренная разница в высоте
Преимущества:
- Из-за наклонной ножки показания манометра усиливаются.Следовательно, он может быть использован для измерения низких давлений, которые не могут быть измерены другими манометрами.
- Путем уменьшения угла α можно увеличить длину шкалы и, следовательно, чувствительность.
МАНОМЕТРИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ:
Желательные свойства хорошей манометрической жидкости должны иметь
- Точка низкого замерзания
- Высокая точка кипения
- Не смачивающие характеристики
- Низкое поверхностное натяжение
- Химически инертный
- Очистить видимый интерфейс
- Способность поддерживать плотность при различных температурах
МАНОМЕРТИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ПРАКТИКЕ, являются:
- ртуть: ртуть имеет низкую температуру замерзания (-38F) и высокую температуру кипения (675F), но она разъедает многие металлы и является ядовитой и дорогой.
- Вода с красителями: красители уменьшают поверхностное натяжение чистой воды, уменьшая эффект капиллярности в манометре.
- Бензол, керосин, CCl4, толуол и т. Д., Чтобы сделать CCl4 видимым, можно добавить несколько кристаллов йода.
Калибровка:
Манометр подвергается известному перепаду давления, и отмечается соответствующая разница высот. Калибровочную кривую можно составить, построив график зависимости разницы высот от перепада давления.Эта кривая может использоваться, чтобы получить перепад давления для определенной разности высот.
- Источники ошибки: Влияние температуры: Повышение температуры приводит к снижению манометрической плотности жидкости, что влияет на калибровку, что приводит к ошибке.
- Увеличение капилляра: , чтобы избежать эффекта увеличения капилляра, диаметр трубки должен быть более 10 мм, в противном случае подъем капилляра приведет к ошибке при считывании давления.
- Форма мениска: Для воды свободная поверхность вогнутая, а для свободной от ртути поверхность выпуклая.Уровень манометрической жидкости следует отмечать в центре мениска.
Преимущества и ограничения:
Преимущества:- Простая недорогая конструкция
- Высокая точность и чувствительность
- Может использоваться для измерений низкого давления
- Желаемый диапазон можно получить, просто используя подходящие манометрические жидкости
- Диапазон давления манометров от 3 до 100 кПа.
- Защита от превышения диапазона
- Требуется большое пространство
- Непереносной
- Требуется выравнивание
- Конденсация тестовой жидкости влияет на показания.
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ УПРУГОГО ДАВЛЕНИЯ
Преобразователи — это устройство, которое преобразует одну форму энергии в другую. Эти манометры имеют упругий элемент, который преобразует сигнал давления в пропорциональное механическое смещение. В этой статье мы изучаем датчик Бурдона, сильфонный, диафрагменный и капсульный.
ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ БУРДОНА:
Принцип: Э. Бурдон представил трубу Бурдона в 1852 году как изогнутую или скрученную трубу с некруглым поперечным сечением, в соответствии с теорией Бурдона труба с внутренним поперечным сечением, которая не является идеальным кругом, если она изогнута или деформирована, обладает свойством изменяя свою форму с изменением внутреннего давления, это приводит к отклонению свободного конца трубы, которое можно принять за измерение изменения давления внутри нее.
| Бурдона мер |
Конструкция: Манометры Бурдона используют различные типы пружин Бурдона в качестве С-образной трубки Бурдона, которая, если сформирована путем наматывания трубки, образует сегмент круга с длиной дуги около 270 градусов. Тип спирали, число витков намотано в виде спирали вокруг общей оси. В спиральном типе число витков намотано в форме спирали. На этих фигурах «P» указывает направление приложения давления, а «T» указывает ход наконечника для повышения давления
Мы изучаем С-образную трубку Бурдона, поскольку она состоит из С-образной трубки Бурдона, наконечника, регулируемого звена, сегмента рычага, сектора, шестерни, пружины и указателя.С-образная трубка Бурдона представляет собой тонкостенную трубку, имеющую некруглое или почти эллиптическое поперечное сечение, когда один конец трубки припаян или приварен к гнезду у основания, через которое подается давление внутри трубки, в то время как другой конец запечатанный наконечником. Регулируемое звено, сегментный рычаг сектора или шестерня соединены с наконечником, который преобразует линейное движение наконечника в пропорциональное вращательное движение, которое передается указателю, который перемещается по шкале, откалиброванной по давлению. К шпинделю, на котором смонтирован сектор, подключена волосковая пружина, которая обеспечивает необходимое натяжение для зацепления сектора и зубчатого валика, тем самым устраняя люфт.
Под диапазоном защита особенно необходима для датчиков с частичным диапазоном (например, от 20 до 50 фунтов на кв. Дюйм).
Материал трубки Бурдона: пружина Бурдона может быть изготовлена из любого металла или сплава, который обладает удовлетворительными упругими свойствами. Используемые материалы: латунь, фосфористая бронза, монель, бериллий, медь, нержавеющая сталь и т. Д.
Диапазон давления:
С-образная трубка | От 0 до 1 000 000 фунтов на квадратный дюйм |
Манометрическое давление | От 0 до 12 000 фунтов / кв. Дюйм |
Абсолютное давление | От 0 до 100 фунтов на квадратный дюйм |
Вакуум | От 0 до 30 ’Hg |
Работа:
Когда измеряемая жидкость попадает в трубку Бурдона, ее поперечное сечение пытается становиться все более и более круглым, что вызывает выпрямление трубки.Поскольку один конец трубки зафиксирован, выпрямление приводит к отклонению свободного конца, что называется ходом наконечника. Величина хода наконечника для данного повышения давления является функцией геометрии поперечного сечения толщины стенки трубы и модуля упругости материала трубы. Это линейное перемещение наконечника направляется и усиливается регулируемым звеном и сегментным рычагом, а затем передается в сектор и расположение шестерни. Сектор и шестерня преобразуют усиленный ход наконечника в пропорциональное вращательное движение указателя, соединенного с шестерней.Дефект указателя можно прочитать по шкале, откалиброванной по давлению.
Трубки Бурдона спирального и спирального типов имеют много оборотов, поэтому движения вершин для изменения давления больше, чем для однооборотных С-образных труб.Измерение манометрического давления: , когда неизвестное давление подается внутри трубки Бурдона и ее наружная поверхность подвергается воздействию атмосферы, показания будут в единицах измерения.
Измерение абсолютного давления: , когда неизвестное давление подается в трубку и ее наружная часть (корпус прибора) откачивается, тогда показания будут в абсолютных единицах.
Измерение вакуума: процедура аналогична измерению манометрического давления. Вакуумметр Бурдона имеет плохую точность.
Калибровка:
Калибр Бурдона калибруется с помощью тестера собственного веса или сравнительной калибровки.
Преимущества, ограничения, Области применения:
Преимущества:
1. низкая стоимость и простота конструкции
2. широкий диапазон давления
3. высокая точность относительно низкой стоимости
ограничения:
1.Низкий градиент пружины
2. Восприимчивость к ударам и вибрации
3. Материал трубки Бордона обладает некоторым гистерезисом в цикле давления, гистерезис может быть минимальным при надлежащей термообработке и использовании надлежащих материалов.
давление: инструменты для измерения давления
Прибор для измерения атмосферного давления, барометр, откалиброван, чтобы показывать ноль при полном вакууме; поэтому давление, указанное прибором, называется абсолютным давлением. Термин манометр
обычно применяется к другим приборам, используемым для измерения давления. Они изготавливаются самых разнообразных размеров и типов и используются для регистрации давления, оказываемого другими веществами, кроме воздуха — водой, маслом, различными газами, — регистрируя давление ниже 13.8 × 10 3 Н на кв. М (2 фунта на кв. Дюйм) или до 13,8 × 10 7 Н на кв. М (10 тонн на кв. Дюйм) и более (как в гидравлических прессах). Некоторые манометры предназначены для выполнения специальных операций, например, которые используются на переносном воздушном компрессоре. В этом случае датчик действует автоматически, чтобы остановить дальнейшую работу, когда давление достигнет определенной точки, и снова запустить его, когда сжатие упало до определенного предела.
Обычно датчик состоит из металлической трубки или диафрагмы, которая искажается при приложении давления и, благодаря расположению умножающих рычагов и шестерен, заставляет индикатор регистрировать давление на градуированном циферблате.Датчик Бурдона, используемый для измерения давления пара и вакуума, состоит в основном из полой металлической трубки, закрытой с одного конца и изогнутой в кривую, обычно эллиптической в сечении. Открытый конец соединен с котлом. Когда давление внутри трубы (от котла) увеличивается, труба стремится выпрямиться. Закрытый конец прикреплен к индикаторной игле, которая регистрирует степень выпрямления трубки. Если давление слишком мало для точного измерения манометром Бурдона, используется манометр.Простейший тип манометра состоит из U-образной трубки, частично заполненной жидкостью (то есть ртутью), оставляя один конец открытым для атмосферы, а другой конец — источником давления. Если измеряемое давление больше или меньше атмосферного, жидкость в трубе движется соответственно. В экспериментах было создано давление до нескольких миллионов фунтов на кв. Дюйм для определения влияния высокого давления на различные вещества.
Колумбийская электронная энциклопедия, 6-е изд.Copyright © 2012, Columbia University Press. Все права защищены.
См. Больше статей энциклопедии: Физика
.Атмосферное давление: определение и факты
Книги по метеорологии часто описывают атмосферу Земли как огромный океан воздуха, в котором мы все живем. На диаграммах изображена наша родная планета, окруженная огромным атмосферным морем высотой в несколько сотен миль, разделенным на несколько разных слоев. И все же та часть нашей атмосферы, которая поддерживает всю жизнь, о которой мы знаем, на самом деле чрезвычайно тонка и простирается вверх только примерно до 18 000 футов — чуть более 3 миль. И часть нашей атмосферы, которую можно измерить с некоторой степенью точности, достигает примерно 25 миль (40 километров).Кроме того, дать точный ответ относительно того, где в конечном итоге заканчивается атмосфера, практически невозможно; где-то между 200 и 300 милями появляется неопределенная область, где воздух постепенно истончается и в конечном итоге сливается в космический вакуум.
Так что слой воздуха, который окружает нашу атмосферу, в конце концов, не такой огромный. Как выразился красноречивый авторитет в области погоды покойный Эрик Слоун: «Земля не висит в море воздуха — она висит в море пространства и имеет чрезвычайно тонкий слой газа на своей поверхности.
И этот газ — наша атмосфера.
Воздух имеет вес
Если человек взбирается на высокую гору, как Мауна-Кеа на Большом острове Гавайев, где вершина достигает 13 796 футов (4206 метров), высокая вероятность заболеть высотной болезнью (гипоксией). Прежде чем подняться на вершину, посетители должны остановиться в Информационном центре, расположенном на высоте 9 200 футов (2 804 м), где им приказывают акклиматизироваться до высоты, прежде чем идти дальше в гору.«Ну, конечно, — скажете вы, — в конце концов, количество доступного кислорода на такой большой высоте значительно меньше по сравнению с тем, что присутствует на уровне моря».
Но, сделав такое заявление, вы бы ошиблись !
Фактически, 21 процент атмосферы Земли состоит из животворящего кислорода (78 процентов состоит из азота, а оставшийся 1 процент — из числа других газов). И доля этих 21 процента практически одинакова как на уровне моря, так и на высокогорье.
Большая разница не в количестве присутствующего кислорода, а в плотности и давлении .
Эта часто используемая аналогия сравнения воздуха с водой («океан воздуха») является хорошей, поскольку мы все буквально плаваем в воздухе. А теперь представьте: высокое пластиковое ведро наполнено водой до краев. Теперь возьмите ледоруб и проделайте отверстие в верхней части ведра. Вода будет медленно капать. Теперь возьмите кирку и пробейте еще одно отверстие возле дна ведра.Что случается? Там внизу вода быстро течет резким потоком. Причина в разнице давления. Давление, оказываемое весом воды внизу у дна ведра, больше, чем вверху у верха, поэтому вода «выдавливается» из отверстия внизу.
Точно так же давление всего воздуха над нашими головами — это сила, которая выталкивает воздух в наши легкие и выдавливает из него кислород и в нашу кровь. Как только это давление уменьшается (например, когда мы поднимаемся на высокую гору), меньше воздуха попадает в легкие, следовательно, меньше кислорода достигает нашего кровотока и приводит к гипоксии; опять же, не из-за уменьшения количества доступного кислорода, а из-за уменьшения атмосферного давления.
Максимумы и минимумы
Итак, как атмосферное давление соотносится с суточной погодой? Без сомнения, вы видели прогнозы погоды по телевидению; встроенный в камеру прогноз погоды, относящийся к системам высокого и низкого давления. Что это вообще такое?
Короче говоря, каждый день тепло Солнца меняется по всей Земле. Из-за неравного солнечного нагрева температура меняется по всему земному шару; воздух на экваторе намного теплее, чем на полюсах.Таким образом, теплый, легкий воздух поднимается и распространяется к полюсам, а более холодный и тяжелый — к экватору.
Но мы живем на планете, которая вращается, поэтому этот простой рисунок ветра искажается до такой степени, что воздух поворачивается вправо от направления его движения в северном полушарии и влево в южном полушарии. Сегодня мы знаем этот эффект как Силу Кориолиса и, как прямое следствие, создаются огромные спирали ветра, которые мы знаем как системы высокого и низкого давления.
В северном полушарии воздух в зонах низкого давления вращается против часовой стрелки и внутрь — например, ураганы — это механизмы Кориолиса, циркулирующие воздух против часовой стрелки. Напротив, в системах высокого давления воздух вращается по часовой стрелке и наружу от центра. В южном полушарии направление спирали воздуха меняется на противоположное.
Так почему же мы обычно связываем высокое давление с хорошей погодой, а низкое — с нестабильной погодой?
Системы высокого давления — это «купола плотности», которые прижимают, в то время как системы низкого давления сродни «атмосферным долинам», где плотность воздуха меньше.Поскольку холодный воздух обладает меньшей способностью удерживать водяной пар, чем теплый воздух, охлаждение воздуха вызывает облака и осадки.
Таким образом, с увеличением давления воздуха температура повышается; под этими куполами высокого давления воздух имеет тенденцию погружаться (так называемое «оседание») в нижние уровни атмосферы, где температура выше и может удерживать больше водяного пара. Любые капли, которые могут привести к образованию облаков, могут испаряться. Конечным результатом является более ясная и сухая среда.
И наоборот, если мы уменьшаем давление воздуха, воздух имеет тенденцию подниматься в более высокие уровни атмосферы, где температуры холоднее. По мере того, как способность удерживать водяной пар уменьшается, он быстро конденсируется, и облака (которые состоят из бесчисленных миллиардов мелких капелек воды или, на очень больших высотах, ледяных кристаллов) будут развиваться, и в конечном итоге выпадут осадки. Конечно, мы не могли бы прогнозировать зоны высокого и низкого давления, не используя какое-то устройство для измерения атмосферного давления.
Ввод барометра
Атмосферное давление — это сила на единицу площади, оказываемая весом атмосферы. Чтобы измерить этот вес, метеорологи используют барометр. Это был Евангелиста Торричелли, итальянский физик и математик, который в 1643 году доказал, что он может взвесить атмосферу против столба ртути. Он фактически измерил давление, преобразовав его непосредственно в вес. Прибор, разработанный Торричелли, был самым первым барометром. Открытый конец стеклянной трубки помещают в открытый сосуд с ртутью.Атмосферное давление заставляет ртуть подниматься вверх по трубе. На уровне моря столб ртути поднимется (в среднем) до высоты 29,92 дюйма или 760 миллиметров.
Почему бы не использовать воду вместо ртути? Причина в том, что на уровне моря толща воды будет около 34 футов в высоту! Ртуть, с другой стороны, в 14 раз плотнее воды и является самым тяжелым веществом, которое остается жидкостью при обычных температурах. Это позволяет инструменту иметь более управляемый размер.
Как НЕ использовать барометр
Сейчас у вас может быть барометр, висящий на стене вашего дома или офиса, но, по всей вероятности, это не трубка с ртутью, а стрелка со стрелкой, указывающей на текущий барометр чтение давления. Такой инструмент называется анероидным барометром, который состоит из частично вакуумированной металлической ячейки, которая расширяется и сжимается при изменении давления и прикреплена к соединительному механизму, который ведет индикатор (стрелка) вдоль шкалы, градуированной в единицах давления, либо в дюймах. или миллибары.
Обычно на индикаторе вы также видите такие слова, как «Солнечный», «Сухой», «Неустанавливаемый» и «Бурный». Предположительно, когда стрелка указывает на эти слова, это должно быть указанием на ожидаемую погоду впереди. Например, «солнечный» обычно находится в диапазоне высокого атмосферного давления — 30,2 или 30,3 дюйма. «Бурный», с другой стороны, может быть найден в диапазоне низкого атмосферного давления — 29,2 или ниже, возможно, даже иногда ниже 29 дюймов.
Все это может показаться логичным, за исключением того, что все это довольно упрощенно.Например, могут быть моменты, когда стрелка будет указывать на «Солнечно», а небо полностью пасмурно. А в других случаях стрелка будет означать «бурный», и все же, что вы можете увидеть, это солнечный свет, смешанный с голубым небом и быстрыми, пухлыми облаками.
Как правильно использовать барометр
Вот почему наряду с черной стрелкой индикатора следует также обратить внимание на еще одну стрелку (обычно золотую), которую можно вручную настроить на любую часть циферблата.Когда вы проверяете свой барометр, сначала слегка постучите по передней части барометра, чтобы устранить любое внутреннее трение, а затем совместите золотую стрелку с черной. Затем вернитесь через несколько часов, чтобы увидеть, как черная стрелка изменилась относительно золотой. Давление растет или падает? Если он падает, он делает это так быстро (возможно, падает на несколько десятых дюйма)? Если так, шторм мог приближаться. Если шторм только что прошел и небо прояснилось, барометр все еще может указывать на «штормовую» погоду, но если бы вы установили золотую стрелку несколько часов назад, вы почти наверняка увидели бы, что давление сейчас быстро растет, что говорит о том, что что — несмотря на признаки шторма — что хорошая погода на подходе.
И ваш прогноз может быть улучшен еще больше, объединяя ваши записи об изменении барометрического давления с изменением направления ветра. Как мы уже узнали, воздух циркулирует по часовой стрелке вокруг систем высокого давления и против часовой стрелки вокруг систем низкого давления. Поэтому, если вы видите тенденцию к повышению давления и северо-западному ветру, вы можете ожидать, что в целом наступит хорошая погода, в отличие от падающего барометра и восточного или северо-восточного ветра, который в конечном итоге может привести к облакам и осадкам.
,ГЛАВА 2. АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ
Ответ. Тропосфера содержит всю массу атмосферы, за исключением фракции P (тропопауза) / P (поверхность), которая находится выше тропопаузы. Из Рисунок 2-2 мы читаем P (тропопауза) = 100 гПа, P (поверхность) = 1000 гПа. Таким образом, доля Ftrop от общей массы атмосферы в тропосфере составляет
Тропосфера составляет 90% от общей массы атмосферы при 30 ° С (85% по всему миру).
Доля Fstrat общей массы атмосферы в стратосфере определяется как доля над тропопаузой, P (тропопауза) / P (поверхность), минус доля над стратопаузой, P (стратопауза) / P (поверхность).Из Рисунок 2-2 мы читаем P (стратопауза) = 0,9 гПа, так что
Таким образом, стратосфера содержит почти всю массу атмосферы над тропосферой. Мезосфера содержит только около 0,1% от общей массы атмосферы.
2,4 БАРОМЕТРИЧЕСКОЕ ПРАВО
Мы рассмотрим факторы, контролирующие вертикальный профиль температуры атмосферы в главах 4 и 7. Здесь мы сосредоточимся на объяснении вертикального профиля давления. Рассмотрим элементарный слой атмосферы (толщина dz, горизонтальная область A) на высоте z:
Рисунок 2-3 Вертикальные силы, действующие на элементарный слой атмосферы
Атмосфера оказывает усилие давления вверх P (z) A на дно плиты и силу давления вниз P (z + dz) A на вершину плиты; чистая сила, (P (z) -P (z + dz)) A, называется сила градиента давления.Поскольку P (z)> P (z + dz), сила градиента давления направлена вверх. Чтобы плита находилась в равновесии, ее вес должен уравновесить силу градиента давления:
(2.3)
Изменение порядка урожайности
(2.4)
Левая часть — dP / dz по определению. Поэтому
(2.5)
Теперь из закона идеального газа,
(2.6)
где Ma — молекулярная масса воздуха, а T — температура. Подставляя (2.6) в (2.5) выходы:
(2.7)
Теперь сделаем упрощающее предположение, что T постоянно с высотой; как показано в Рисунок 2-2 T изменяется только на 20% ниже 80 км. Затем мы интегрируем (2.7) получить
(2.8)
что эквивалентно
(2.9)
Уравнение (2.9) называется барометрический закон. Это удобно для определения высота шкалы H для атмосферы:
(2.10)
приводя к компактной форме закона барометрии:
(2.11)
Для средней температуры атмосферы Т = 250 К высота шкалы Н = 7,4 км. Барометрический закон объясняет наблюдаемую экспоненциальную зависимость P от z в Рисунок 2-2 ; из уравнения (2.11) , график зависимости z от ln P дает прямую линию с наклоном -H (проверьте, что наклон в Рисунок 2-2 действительно близко к -7,4 км). Небольшие колебания наклона в Рисунок 2-2 вызваны изменениями температуры с высотой, которые мы пренебрегли в нашем выводе.
Вертикальная зависимость плотности воздуха может быть сформулирована аналогичным образом. Из (2.6) , ra и P линейно связаны, если T предполагается постоянным, так что
(2.12)
Аналогичное уравнение применяется к плотности числа воздуха na. Для каждого подъема высоты H давление и плотность воздуха падают с коэффициентом e = 2,7; таким образом, H обеспечивает удобную меру толщины атмосферы.
При расчете высоты шкалы от (2.10) Предполагалось, что воздух ведет себя как гомогенный газ с молекулярной массой Ma = 29 г моль-1. Закон Далтона предусматривает, что каждый компонент воздушной смеси должен вести себя так, как если бы он был один в атмосфере.Можно ожидать, что разные компоненты будут иметь разные Высота шкалы определяется их молекулярной массой. В частности, учитывая разницу в молекулярной массе между N2 и O2, можно ожидать, что отношение смешивания O2 будет уменьшаться с высотой. Тем не мение, гравитационное разделение воздушной смеси происходит путем молекулярная диффузия, которая значительно медленнее, чем турбулентное вертикальное перемешивание воздуха на высотах ниже 100 км ( задача 4. 9 ). Турбулентное перемешивание, таким образом, поддерживает однородную нижнюю атмосферу.Только выше 100 км начинается существенное гравитационное разделение газов, причем более легкие газы обогащаются на больших высотах. В ходе дебатов о вредном воздействии хлорфторуглеродов (ХФУ) на стратосферный озон некоторые не очень авторитетные ученые утверждали, что ХФУ не могут достичь стратосферы из-за их высокого молекулярного веса и, следовательно, малых масштабов. В действительности турбулентное перемешивание воздуха гарантирует, что коэффициенты смешивания ХФУ в воздухе, поступающем в стратосферу, по существу, такие же, как и в приземном воздухе.
,Похожие записи
