(Ф7) 41. Барометр-анероид. Атмосферное давление на различных высотах

Модель барометра-анероида. Что такое барометр?

БАРОМЕТР, прибор для измерения давления атмосферного воздуха. Давление есть сила, действующая на единицу площади поверхности. Земная атмосфера, простирающаяся на сотни километров вверх, оказывает давление на поверхность Земли; барометр и служит для измерения этого давления. Атмосферное, или барометрическое, давление измеряется в миллиметрах ртутного столба и в паскалях (см. ниже).Изменения атмосферного давления, как правило, бывают связаны с изменениями погодных условий. Давление обычно падает перед ненастьем, а его повышение предвещает хорошую погоду. Отмечая на карте изменения давления, можно определять направление ветров и перемещение циклонов. Линии равного давления называются изобарами от греч. isos (равный) и baros (тяжесть). Барометры были приспособлены для измерения высоты, так как давление атмосферного воздуха уменьшается с увеличением высоты над уровнем моря. Такими приборами (альтиметрами) оборудуются самолеты, их берут с собой альпинисты. Существуют два основных типа барометров – ртутный и анероид. Ртутный барометр более точен и надежен, чем анероид. Анероид же более компактен и удобен, его можно сделать карманным. Ртутный барометр. Ртутный барометр показывает атмосферное давление как высоту ртутного столба, которую можно измерить по прикрепленной рядом шкале. В простейшем виде (рис. 1) он представляет собой наполненную ртутью стеклянную трубку длиной ок. 80 см, запаянную на одном конце и открытую с другого, погруженную открытым концом в чашку (иногда называемую цистерной) со ртутью. В барометрической трубке нет воздуха, и пространство в ее верхней части называется торричеллиевой пустотой. Чтобы сделать ртутный барометр, нужно сначала наполнить трубку ртутью. Затем, зажав открытый конец указательным пальцем, погрузить этот конец в ртуть, находящуюся в чашке. Стоит отнять палец, как ртуть в трубке опустится настолько, что давление ее столба уравновесится атмосферным давлением, действующим на поверхность ртути в чашке. После этого атмосферное давление можно измерить как высоту h столба ртути, который оно уравновешивает. При изменении атмосферного давления высота столба будет изменяться. Среднее атмосферное давление равно 760 мм рт.ст. (1 мм рт.ст. = 133,3 Па). РТУТНЫЙ БАРОМЕТР. Простейший ртутный барометр (слева) представляет собой наполненную ртутью стеклянную трубку, опущенную открытым концом в чашку со ртутью. Ртуть в трубке поднимается и опускается в соответствии с изменениями погодных условий. В сифонном барометре (посередине) изменения уровня ртути в открытом конце трубки посредством грузика W с противовесом Cпередаются стрелке, которая указывает на надписи круговой шкалы, предсказывающие погоду. Барометр Фортина (справа) – это чашечный барометр, в котором нуль шкалы устанавливается путем вращения винта А до соприкосновения костяного острия T c поверхностью ртути; для более точного отсчета по шкале предусмотрен верньер (нониус). Анероид. В анероиде (рис. 2) жидкости нет (греч. «анероид» – «безводный»). Он показывает атмосферное давление, действующее на гофрированную тонкостенную металлическую коробку, в которой создано разрежение. При понижении атмосферного давления коробка слегка расширяется, а при повышении – сжимается и воздействует на прикрепленную к ней пружину. На практике часто используется несколько (до десяти) анероидных коробок, соединенных последовательно, и имеется рычажная передаточная система, которая поворачивает стрелку, движущуюся по круговой шкале, проградуированной по ртутному барометру. Как и у сифонного ртутного барометра (рис. 1), на шкале анероида могут быть сделаны надписи («дождь», «переменно», «ясно», «очень сухо»), указывающие на погодные условия. Анероид меньше ртутного барометра, и его показания легче снимать. Им можно пользоваться в экспедиционных условиях, на морских судах, самолетах и пр. Если к его стрелке прикрепить перо, то он будет записывать показания. Такие барографы, т.е. анероиды, регистрирующие барометрическое давление, имеются на всех метеостанциях. АНЕРОИД. Чувствительным элементом анероида служит гибкая герметическая металлическая коробка (сильфон), расширяющаяся или сжимающаяся под действием атмосферного давления. В приборе обычно предусматриваются несколько анероидных коробок, снабженных рычажной передачей, которая перемещает стрелку по круговой шкале. На схеме AB – рычаг, поворачивающийся относительно шарнирной опоры C, а DEF – коленчатый рычаг с шарнирной опорой

Задачи

Значение нормального атмосферного давления примерно равно:

	1 Па;
	108 Па.
	105 Па;
	103 Па;

На каком графике правильно отражена зависимость атмосферного давления от высоты над поверхностью Земли?

Каким физическим прибором измеряется атмосферное давление?

	Термометром.
	Барометром.
	Манометром.
	Динамометром.

Как называется измерительный прибор, изображенный на рисунке?

	Ртутный барометр.
	Жидкостной манометр.
	Металлический манометр.
	Барометр-анероид.

Тест

Атмосферное давление на различных высотах

В жидкости давление зависит от плотности жидкости и от высоты столба. Так же мы знаем, что жидкость малосжимаема. Из этого следует, что на всех глубинах плотность жидкости практически одинакова и давление зависит только от высоты.

С газами всё намного сложнее, так как они сильно сжимаемы. А чем сильнее мы сожмём газ, тем больше станет его плотность, следовательно, он произведёт большее давление, так как давление газа создаётся ударами молекул о поверхность тела.

Около поверхности Земли все слои воздуха максимально сжаты слоями, которые находятся над ними. Но если мы будем подниматься, то слоёв воздуха, которые сжимают тот, где мы находимся, будет всё меньше и меньше, следовательно, плотность воздуха будет уменьшаться и давление из-за этого будет уменьшаться.

Если в небо запустили воздушный шар, то с высотой, давление воздуха на поверхность шара будет всё уменьшаться и уменьшаться. Это происходит потому, что уменьшается плотность и высота столба воздуха.

Наблюдения за атмосферным давлением показывают, что среднее давление столба ртути на уровне моря при 0°С равняется 760 мм рт. ст. = 1013 гПа. Это называют нормальным атмосферным давлением.

Чем больше высота, тем меньше атмосферное давление.

В среднем, при подъёме на каждые 12 м атмосферное давление уменьшается примерно на 1 мм. рт. ст.

Если мы знаем зависимость давления от высоты, то по показаниям барометра мы можем определить, ни какой высоте над уровнем моря мы находимся. Для этого существует специальный тип барометра-анероида, который называется высотомер, который используется в авиации и при подъёмах на горы.