В семнадцатом веке человечеству стал известен и доказан факт, что воздух имеет определённый вес. Предположение его давления на различные предметы было доказано с помощью особого прибора - барометра. О нем пойдет речь в этой статье.
Прибор, который определяет давление воздуха
Для начала дадим определение. Барометр - это прибор для измерения определённого давления воздуха на предметы. Его изобретателем стал Э. Торричелли. В 1644 году барометр представлял собой трубку со ртутью и измерительной шкалой. В день, когда проводились испытания барометра, уровень ртути находился на отметке 760 мм, что и послужило поводом считать отметку на этом уровне нормальным давлением. Такие приборы до сих пор используются метеорологическими станциями.
Через два столетия, после изобретения ртутного барометра в результате множества исследований был сконструирован Люсьеном Види принципиально новый безжидкостный вид. Впоследствии названный барометром-анероидом. На протяжении всего времени существования анероиды приобрели большую популярность у многих пользователей, ведь имеют небольшой размер, легки и точны. По сравнению со ртутными барометрами - анероиды полностью безопасны в использовании.
Виды барометров
Ртутный - прибор, измеряющий давление. Принцип действия заключается в движении ртути, относительно нанесенной шкалы.
Жидкостный - прибор, с помощью которого уровень давления измеряется уравновешиванием веса столба жидкости атмосферным давлением.
Барометр-анероид - принцип действия и отображение показателей основывается на изменении размеров герметичной металлической коробки, заполненной разрежённым воздухом, под действием на её поверхность атмосферного давления.
Электронный - это современный вид прибора, который преобразовывает линейные показатели классического анероида в электронный сигнал. Обработанные микропроцессором сигналы, отображаются на жидкокристаллическом экране.
Барометр-анероид - это самый распространенный из вышеперечисленных приборов, благодаря своим небольшим размерам и отсутсвию жидкости в механизме. Рассмотрим его более детально.
Строение атмосферного барометра
- Круглая серебряно-никелевая пластина.
- Коробка с ребристыми основаниями.
- Передаточный механизм.
- Возвратная пружина.
- Указательная стрелка.
Атмосферный барометр - принцип работы
В собранном виде анероид - это коробка с различными механизмами. Когда из неё откачивают определённое количество воздуха, это создает сильное разряжение возвратной пружины, указательной стрелки и передаточного между ними механизма. Под действием давления стенки «барокамеры» сокращаются или увеличиваются в размерах, а указательная стрелка начинает двигаться относительно измерительной шкалы в сторону повышения или снижения давления, соответственно. В спокойном состоянии стрелка будет находиться на отметке в 760 мм.
Самозаписывающий барометр
Используется для записи метеорологических данных относительно колебаний атмосферного давления. Другими словами, это усовершенствованный барометр-анероид, с добавлением в барокамеру часового механизма, аппарата удерживающего проградуированную бумагу и стрелки-привода, которая наносит на бумагу чернильную линию.
Изображаемый «рисунок» на бумаге прибора называется барограммой. В процессе работы барографа, в соответствии с часовыми показателями, механизм наматывает на своё основание специальную бумагу, по поверхности которой скользит и отмечает показатели отклонений атмосферного давления прикрепленная стрелка с чернилами.
Показатели расхождений давления фиксируются постоянно. Для метеорологов это основной документальный факт изменения погоды в ближайшее время. В зависимости от размеров барабана - продолжительность запечатления записи может составлять от нескольких часов до одной недели. Особая конструкция позволяет снимать показатели и следить за атмосферными показателями в любое время.
Барометр в телефоне - что это
Технологии не стоят на месте, и теперь измерить атмосферное давление можно с помощью мобильного устройства. Многие пользователи современных гаджетов, столкнувшись с новой функцией, задаются вопросом - барометр в телефоне, что это? Современная миниатюрная метеостанция позволяет пользователю телефона постоянно проверять в электронном виде уровень атмосферного давления. Отследив показатели давления за определённое время, можно узнать - приближается циклон или антициклон. Эти показатели будут полезны для людей с повышенной чувствительностью к резким перепадам давления.
Возможности мобильного устройства на этом не останавливаются. В электронном виде оно показывает высоту, географическую ширину и долготу, что, в свою очередь, способствует быстрому поиску аппарата и определению точного места его нахождения. Благодаря спутникам GPS процесс быстр и точен. Мобильный барометр - это точный высотомер. Точность определения нахождения пользователя сводятся до радиуса в 3 метра. Именно такими приборами пользуются альпинисты в горах. Но большую популярность они приобрели в авиационной сфере.
Барометр, встроенный в часы
Появился сравнительно недавно. Немногие знают, для чего этот прибор, и большинство задаются вопросом - барометр в часах, что это такое?
Постараемся разобраться. Барометр в определённых видах часов представлен в электронном или механическом виде. Электронный вид - ничем не отличается от подачи данных атмосферного давления и их вывода на экран, как на телефоне. Часы с механическим отображением давления являются идеально точной мини-копией анероида. Разница лишь в упрощённой шкале отображения показаний. Стоимость часов-барометров достаточно велика, но, как правило, они противоударные и водонепроницаемые.
«Нестандартный барометр»
Благодаря своим основоположникам его называют Гарвардским. Экономический барометр лежит в основе формирования эконометрики. Предсказывает изменение конъюнктуры, динамики спроса и предложения и т.п. Гарвардский барометр - это описание эмпирических закономерностей и экстраполяции за последние месяцы наблюдения. В их основу включено исследование динамики развития разных показателей экономики.
Прогноз развития отображался в графическом виде. Каждая кривая линия, нанесённая на график, отображала тот или иной показатель. Например, кривая «А» отображала изменения средних биржевых курсов (фондовый рынок); кривая «В» отображала индекс оптовых цен и изменения товарооборота (производства); кривая «С» - отображала рост или падение курса ценных бумаг на денежном рынке. В идеальном состоянии графика - показатели «А» и «С» должны совпадать на уровне максимума первой единицы и минимуме кривой второй единицы.
Благодаря руководству У. Персонса и У. Митчелла - такого рода прибором США пользовались до 1925 года. Гарвардский барометр Митчелла - это первый мощный регулятор и показатель факторов в народном хозяйстве страны. Учитывая популярность и эффективность такого построения и отображения фактов - этот метод приняли на вооружение многие страны по всему земному шару. Но перспектива развития многих стран по этому соотношению показателей в экономике долго не просуществовало, ведь до начала и после Второй Мировой Войны - в процентном соотношении они стали неактуальными. Экономики всех стран, принимавших участие в войне, были в полном упадке, и для решения поднятия «с колен» каждая страна применяла свои методы для стабилизации собственной денежной валюты. Старые методы поднятия показателей (вывода из кризиса) вовсе не применялись, но основы, заложенные Митчеллом, стали прецедентом для мировой экономики.
Манометр
Стоит отметить еще одно устройство, которое также измеряет давление, только не воздуха, а газов и жидкостей - этот прибор называется манометр. Эти два прибора очень взаимосвязаны. Сумма показаний манометра и барометра - это давление абсолютное, которое имеет больший показатель, чем атмосферное.
Заключение
В современном мире барометр - это один из главных приборов метеорологии. Отмеченные показатели на бумаге помогают многим людям узнать о предстоящих изменениях атмосферного давления, соответственно, к ним подготовиться. Это в большей степени касается гипертоников. Барометр - это необязательный предмет в доме, но в качестве вспомогательного элемента или вдобавок к интерьеру - желателен. Современное обрамление столь нужного прибора позволяет его вписать в любое интерьерное решение.
Барометр - прибор, измеряющий показания давления воздуха на окружающие предметы, был изобретен в 17 веке выдающимся итальянским ученным Э. Торричелли. Первоначально выглядел как стеклянная трубка с отметками, внутри её наполняла ртуть. В момент проведения исследования столбик ртути находился на 760 мм, теперь этот показатель принято считать уровнем нормального давления, по которому судят, повышается давление или наоборот понижается. Прибор такого вида благодаря высокой степени точности и сейчас применяются на различных метеостанциях и в научных лабораториях.
Спустя 2 века, проведя огромное количество испытаний и пользуясь наработками выдающегося немецкого ученого Якова Лейбница, инженер-изобретатель из Франции Люсьен Види явил миру свое «детище» - усовершенствованный барометр-анероид (от греческого «анерос» - «без влаги»), который был намного безопаснее в использовании и имел более легкий вес.
На сегодняшний день существуют такие разновидности:
- Жидкостные барометры;
- Ртутные;
- Барометры- анероиды;
- Электронные.
Принцип работы барометра
Внешне жидкостный барометр имеет вид стеклянных трубок, взаимодействующих друг с другом как сообщающиеся сосуды в соответствии с гидростатическими законами. Заполняет их ртуть или другие легкие по весу жидкости (глицерин, масло).
Чашечный барометр
Чашечный - стеклянная трубка с закрытым концом и чашкой, показания давления определяют, замеряя высоту столбика жидкости, который начинается от уровня чашки и заканчивается отметкой верхнего мениска.
Сифонный барометр
Сифонный - трубка с закрытым длинным концом, сифонно-чашечный - две трубки, одна в открытом виде, другая в закрытом + чашка, в них показания давления воздуха устанавливают с помощью определения разности уровней столбика жидкости в первой и второй трубке.
Ртутный барометр
Ртутный барометр - пара сообщающихся сосудов, внутри - ртуть, верх одной стеклянной трубки, длиной примерно в 90 см, закрыт, там нет воздуха. В зависимости от изменений в давлении ртуть под воздействием воздуха поднимается либо опускается в стеклянной трубке, а небольшой поплавок показывает движение ртутной массы и останавливается на отметке, показывающей её уровень в миллиметрах. Норма - ртуть на отметке 760 мм рт. ст., показания выше этого значения - идет процесс повышения давления, ниже - понижения. Барометры такого типа практически не используются в обычном обиходе, ведь ртуть является опасным ядовитым веществом, конструкция барометра довольно громоздка и требует острожного отношения. Поэтому они широко применяются только в лабораторных условиях, на различных научных метеорологических станциях и в промышленности, там, где важная абсолютная точность передачи данных.
Классический барометр-анероид
(1 - корпус; 2 - гофрированная пустотелая металлическая коробочка; 3 - стекло; 4 - шкала; 5- металлическая плоская пружина; 6 - спиральная пружина; 7 - нить; 8 - передаточный механизм; 9 - стрелка-указатель )
Система работы механического барометр-анероида, в котором отсутствует какая-либо жидкость, основан на принципе воздействия давления воздуха на металл. В середине прибора располагается коробка с тонкими гофрированными стенками из металла, под силой действия воздуха стенки сжимаются или разжимаются, рычажок поворачивает стрелку в ту или иную строну. Бывают настенного и настольного типа, очень удобны и практичны в использовании, поэтому их очень часто используют в домашних условия, в офисах и различных учреждениях.
Электронный барометр
Электронный (или цифровой) барометр - современная разновидность данного прибора, линейные показатели обычного барометра-анероида преобразовываются в электронный сигнал, который обрабатывается микропроцессором и выводится на жидкокристаллический экран. Имеет компактные размеры, прост и удобен в использовании, например, для рыбалки, туризма или как дачный вариант.
На данный момент уже существует цифровой вариант барометров, которые встроены как дополнительная функция в мобильное устройство или в часы-барометры.
Наблюдения над изменениями атмосферного давления обычно ведутся с помощью ртутного барометра. Принцип его устройства можно вкратце описать так: Стеклянная трубка длиной около 90 см с одним закрытым и одним открытым концами полностью наполняется ртутью. Открытый конец трубки опускается в небольшой открытый сосуд, частично наполненный ртутью. Перед погружением в сосуд, чтобы ртуть не вытекла, конец трубки закрывается хотя бы пальцем. Когда палец снят, уровень ртути в трубке несколько понизится и установится на высоте около 76 см.
Ртутный барометр
Над ртутью в трубке образуется пустота, и, следовательно, внутри трубки над ртутью давления не будет ощущаться. Так как атмосферное давление действует на свободную поверхность ртути в сосуде, то очевидно, что вес столба ртути над свободной поверхностью её в чашке уравновешивает вес столба в0здуха над нею, т. е. должен быть равен весу этого столба воздуха Следовательно, длина столба ртути в трубке в любой момент указывает давление атмосферы. Оно измеряется при помощи сантиметровой шкалы, помещенной вдоль стеклянной трубки.
Непосредственный отсчёт по барометру даёт длину столбика ртути, вес которого уравновешивает вес столба воздуха над барометром. Длина ртутного столба зависит также от температуры, которую в данный момент имеет барометр. Для того, чтобы сделать наблюдения, разных станций сравнимыми между собой, в отсчёты барометра вводится поправка на термическое расширение трубки, ртути и шкалы, причём стандартной температурой считается 0° С.
Вес столба ртути зависит также от силы тяжести в данном месте. Поэтому в отсчёты по барометру вводится ещё вторая поправка. Исправленная, таким образом, величина соответствует давлению, которое наблюдалось бы на станции, при силе тяжести, равной нормальной силе тяжести на широте 45° N.
Даже при наиболее тщательном изготовлении барометров нельзя избежать небольших неточностей, и отсчёты барометра следует поэтому исправлять, учитывая индивидуальные ошибки прибора. Когда отсчёт барометра исправлен инструментальной поправкой, поправкой на термическое расширение и местную силу тяжести, то мы получим истинное давление на уровне чашки со ртутью.
Кроме того, необходимо учесть, что атмосферное давление быстро уменьшается с высотой. Поэтому для сравнения результатов наблюдений различных станций необходимо ввести также поправку, приводящую давление на высоте данной станции к давлению на уровне моря. После внесения всех перечисленных поправок величина давления, сообщаемая каждой метеорологической станцией, соответствует тому давлению, которое наблюдалось бы точным барометром, помещённым на уровне моря, при , равной 0° С, и силе тяжести, равной нормальной силе тяжести на широте 45° N.
