Какие приборы служат для измерения атмосферного давления?

Атмосферное давление

• Участник: Вертушкин Иван Александрович
• Руководитель: Виноградова Елена Анатольевна  

         Тема : «Атмосферное давление»   

Сегодня за окном идёт дождь. После дождя уменьшилась температура воздуха, увеличилась влажность и уменьшилось атмосферное давление.

Атмосферное давление является одним из основных факторов, определяющих состояние погоды и климата, поэтому знания об атмосферном давлении необходимы в прогнозировании погоды. Большое практическое значение имеет умение измерять атмосферное давление. И его можно измерить специальными приборами-барометрами.

В жидкостных барометрах при изменении погоды столбик жидкости понижается или повышается.

Описание трёх взаимосвязанных физических явлений из повседневной жизни:

• Связь между погодой и атмосферным давлением.
• Явления, лежащие в основе работы приборов для измерения атмосферного давления.
• Зависимость давления жидкости от высоты столба жидкости в жидкостных барометрах.

Актуальность работы

Актуальность выбранной темы состоит в том, что во все времена люди, благодаря своим наблюдениям за поведением животных могли предугадать изменения погоды, стихийные бедствия, избежать людских жертв.

Влияние атмосферного давления на наш организм неизбежно, резкие изменения атмосферного давления влияют на самочувствие человека, особенно страдают метеозависимые люди. Конечно, уменьшить влияние атмосферного давления на здоровье человека мы не в силах, но помочь собственному организму можем. Правильно организовать свой день, распределить время между трудом и отдыхом может помочь умение измерять атмосферное давление, знание народных примет, использование самодельных приборов.

Цель работы: выяснить, какую роль в повседневной жизни человека играет атмосферное давление.

Задачи:

• Изучить историю измерения атмосферного давления.
• Установить, есть ли связь между погодой и атмосферным давлением.
• Изучить виды приборов, предназначенных для измерения атмосферного давления, изготовленных человеком.
• Изучить физические явления, лежащие в основе работы приборов для измерения атмосферного давления.
• Зависимость давления жидкости от высоты столба жидкости в жидкостных барометрах.

Методы исследования

• Анализ литературы.
• Обобщение полученной информации.
• Наблюдения.

Область исследования: атмосферное давление

Гипотеза: атмосферное давления имеет важное значение для человека.

Значимость работы: материал данной работы может быть использован на уроках и во внеурочной деятельности, в жизни моих одноклассников, учеников нашей школы, всеми любителями исследований природы.

План работы

I. Теоретическая часть (сбор информации):

1. Обзор и анализ литературы.
2. Интернет-ресурсы.

II. Практическая часть:

• наблюдения;
• сбор информации о погоде.

III. Заключительная часть:

1. Выводы.
2. Презентация работы.

История измерения атмосферного давления

Мы живем на дне огромного воздушного океана, называемого атмосферой. Все изменения, которые происходят в атмосфере, непременно оказывают влияние на человека, на его здоровье, способы жизнедеятельности, т.к. человек является неотъемлемой частью природы.

Каждый из факторов, определяющих погоду: атмосферное давление, температура, влажность, содержание в воздухе озона и кислорода, радиоактивность, магнитные бури и др. оказывает прямое или косвенное воздействие на самочувствие и здоровье человека.

Остановимся на атмосферном давлении.

Атмосферное давление — это давление атмосферы на все находящиеся в ней предметы и Земную поверхность.

В 1640 году великий герцог Тосканский решил устроить фонтан на террасе своего дворца и приказал для этого подвести воду из ближайшего озера с использованием всасывающего насоса. Приглашенные флорентийские мастера сказали, что это невозможно, потому что воду нужно было всасывать на высоту более 32 футов (более 10 метров). А почему вода не всасывается на такую высоту, объяснить не могли. Герцог попросил разобраться великого ученого Италии Галилео Галилея.

Хотя ученый уже был стар и болен и не мог заняться экспериментами, он все-таки предположил, что решение вопроса лежит в области определения веса воздуха и его давления на водную поверхность озера. За разрешение этого вопроса взялся ученик Галилея Эванджелиста Торричелли. Для проверки гипотезы своего учителя он провел свой знаменитый опыт.

Стеклянную трубку длиной 1 м, запаянную с одного конца, заполнил полностью ртутью, и плотно закрыв открытый конец трубки, перевернул ее этим концом в чашку с ртутью. Часть ртути из трубки вылилась, часть осталась. Над ртутью образовалось безвоздушное пространство. Атмосфера давит на ртуть в чашке, ртуть в трубке тоже давит на ртуть в чашке, так как установилось равновесие, то эти давления равны. Рассчитать давление ртути в трубке означает рассчитать давление атмосферы.

Если атмосферное давление повышается или понижается, то столбик ртути в трубке соответственно повышается или понижается. Так появилась единица измерения атмосферного давления – мм. рт. ст. – миллиметр ртутного столба. Наблюдая за уровнем ртути в трубке, Торричелли заметил, что уровень меняется, значит, он не является постоянным и зависит от изменения погоды. Если давление повышается, погода будет хорошей: холодной – зимой, жаркой – летом.

Если давление резко понижается, значит, ожидается появление облачности и насыщение влагой воздуха. Трубка Торричелли с приставленной линейкой представляет собой первый прибор для измерения атмосферного давления – ртутный барометр. (Приложение 1)

Ртутный барометр

Создавали барометры и другие ученые: Роберт Гук, Роберт Бойль, Эмиль Марриот. Водяные барометры сконструировал французский ученый Блез Паскаль и немецкий бургомистр города Магдебурга Отто фон Герике. Высота такого барометра составляла более 10 метров.

Для измерения давления пользуются различными единицами: мм ртутного столба, физическими атмосферами, в системе СИ – Паскалями.

Связь между погодой и атмосферным давлением

В романе Жюль Верна «Пятнадцатилетний капитан» заинтересовало описание о том, как понимать показания барометра.

«Капитан Гуль, хороший метеоролог, научил его понимать показания барометра. Мы вкратце расскажем, как надо пользоваться этим замечательным прибором.

1. Когда после долгого периода хорошей погоды барометр начинает резко и непрерывно падать это верный признак дождя. Однако если хорошая погода стояла очень долго, то ртутный столбик может опускаться два-три дня, и лишь после этого произойдут в атмосфере сколько-нибудь заметные изменения. В таких случаях чем больше времени прошло между началом падения ртутного столба и началом дождей, тем дольше будет стоять дождливая погода.
2. Напротив, если во время долгого периода дождей барометр начнет медленно, но непрерывно подниматься, можно с уверенностью предсказать наступление хорошей погоды. И хорошая погода удержится тем дольше, чем больше времени прошло между началом подъема ртутного столба и первым ясным днем.
3. В обоих случаях изменение погоды, происшедшее сразу после подъема или падения ртутного столба, удерживается весьма непродолжительное время.
4. Если барометр медленно, но беспрерывно поднимается в течение двух-трех дней и дольше, это предвещает хорошую погоду, хотя бы все эти дни и лил, не переставая, дождь, и vice versa. Но если барометр медленно поднимается в дождливые дни, а с наступлением хорошей погоды тотчас же начинает падать, хорошая погода удержится очень недолго, и vice versa
5. Весной и осенью резкое падение барометра предвещает ветреную погоду. Летом, в сильную жару, оно предсказывает грозу. Зимой, особенно после продолжительных морозов, быстрое падение ртутного столба говорит о предстоящей перемене направления ветра, сопровождающейся оттепелью и дождем. Напротив, повышение ртутного стол ба во время продолжительных морозов предвещает снегопад.
6. Частые колебания уровня ртутного столба, то поднимающегося, то падающего, ни в коем случае не следует рассматривать как признак приближения длительного; периода сухой либо дождливой погоды. Только постепенное и медленное падение или повышение ртутного столба предвещает наступление долгого периода устойчивой погоды.
7. Когда в конце осени, после долгого периода ветров и дождей, барометр начинает подниматься, это предвещает северный ветер в наступление морозов.

Вот общие выводы, которые можно сделать из показаний этого ценного прибора. Дик Сэнд отлично умел разбираться в предсказаниях барометра и много раз убеждался, насколько они правильны. Каждый день он советовался со своим барометром, чтобы не быть застигнутым врасплох переменой погоды.»

Я провел наблюдения за изменением погоды и атмосферным давлением. И убедился, что существует эта зависимость.

Дата	Температура, °С	Осадки,	Атмосферное давление, мм рт.ст.	Облачность
28.01.2017	-3		765	ясно

Источник: https://rosuchebnik.ru/material/atmosfernoe-davlenie-7554/

Приборы для измерения давления. Барометр-анероид. Манометр

О длине или массе при­ня­то го­во­рить, что они боль­шие или ма­лень­кие, уве­ли­чи­ва­ют­ся или умень­ша­ют­ся. А об ат­мо­сфер­ном дав­ле­нии го­во­рят, что оно вы­со­кое или низ­кое, по­вы­ша­ет­ся или по­ни­жа­ет­ся. Эта тра­ди­ция уста­но­ви­лась еще со вре­мен Эван­дже­ли­ста Тор­ри­чел­ли в 17 веке. Тогда ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние из­ме­ря­ли с по­мо­щью жид­кост­но­го ба­ро­мет­ра, где ос­нов­ную роль играл столб ртути, ко­то­рый, со­от­вет­ствен­но, по­вы­шал­ся или по­ни­жал­ся (см. рис. 1).

Рис. 1. Ртут­ный ба­ро­метр

Се­год­ня ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние при­ня­то из­ме­рять с по­мо­щью ба­ро­мет­ров-ане­ро­и­дов – без­жид­кост­ных ба­ро­мет­ров (см. рис. 2).

Рис. 2. Ба­ро­метр-ане­ро­ид

2. Устройство барометра-анероида

Ос­но­ву ба­ро­мет­ра-ане­ро­и­да со­став­ля­ет гоф­ри­ро­ван­ная (вол­ни­стая) ме­тал­ли­че­ская ко­роб­ка А (см. рис. 3). Внут­ри ко­роб­ки воз­ду­ха нет, его от­ка­чи­ва­ют при из­го­тов­ле­нии ба­ро­мет­ра. Чтобы ко­роб­ку не рас­плю­щи­ло ат­мо­сфер­ным дав­ле­ни­ем, ее удер­жи­ва­ет упру­гая ме­тал­ли­че­ская пла­сти­на, один конец ко­то­рой со­еди­нен с ос­но­ва­ни­ем ба­ро­мет­ра. Вто­рой конец упру­гой пла­сти­ны спе­ци­аль­ным ме­ха­низ­мом со­еди­нен со стрел­кой ба­ро­мет­ра В.

Рис. 3. Устрой­ство ба­ро­мет­ра-ане­ро­и­да

Если ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние будет из­ме­нять­ся, со­от­вет­ствен­но, будет из­ме­нять­ся и сила, сдав­ли­ва­ю­щая ме­тал­ли­че­скую ко­роб­ку. Тогда через пла­сти­ну и ме­ха­низм даже неболь­шое из­ме­не­ние тол­щи­ны ко­роб­ки вы­зо­вет за­мет­ное пе­ре­ме­ще­ние конца стрел­ки на фоне шкалы С.

3. Зависимость атмосферного давления от высоты

Ба­ро­метр-ане­ро­ид – очень чув­стви­тель­ный при­бор. Его по­ка­за­ния из­ме­ня­ют­ся в за­ви­си­мо­сти от вы­со­ты над уров­нем моря.

Из­ме­ре­ния по­ка­за­ли, что если вы­со­та неболь­шая (до 1 км), то уве­ли­че­ние вы­со­ты на 12 м при­во­дит к умень­ше­нию ат­мо­сфер­но­го дав­ле­ния на 1 мм рт. ст. Чем выше мы будем под­ни­мать­ся над уров­нем моря, тем ниже будет ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние.

Даже если с ба­ро­мет­ром в руках под­нять­ся на лифте с пер­во­го этажа на по­след­ний этаж мно­го­этаж­но­го дома, ба­ро­метр-ане­ро­ид за­фик­си­ру­ет умень­ше­ние ат­мо­сфер­но­го дав­ле­ния.

Рис. 4. Опре­де­ле­ние вы­со­ты по ат­мо­сфер­но­му дав­ле­нию

В ясную по­го­ду на уровне моря ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние со­став­ля­ет 760 мм рт. ст. или 760∙133,3 Па = 101,3 кПа. Это так на­зы­ва­е­мое нор­маль­ное ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние.

4. Манометры

Часто бы­ва­ет необ­хо­ди­мо знать не ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние, а так на­зы­ва­е­мое от­но­си­тель­ное дав­ле­ние. Это раз­ни­ца между ат­мо­сфер­ным дав­ле­ни­ем и дав­ле­ни­ем в ка­ком-ли­бо со­су­де. Для этого при­ме­ня­ют при­бо­ры, ко­то­рые на­зы­ва­ют­ся ма­но­мет­ра­ми.

Рас­смот­рим устрой­ство жид­кост­но­го ма­но­мет­ра. Его ос­но­ву со­став­ля­ет стек­лян­ная U-об­раз­ная труб­ка, за­пол­нен­ная жид­ко­стью (обыч­но водой). Пра­вое ко­ле­но со­об­ща­ет­ся с ат­мо­сфе­рой. При по­мо­щи шлан­га к ма­но­мет­ру при­со­еди­нен сосуд, ко­то­рый в на­ча­ле опыта тоже со­об­ща­ет­ся с ат­мо­сфе­рой. При этом уров­ни воды в ма­но­мет­ре на­хо­дят­ся у от­мет­ки 0 см.

Затем, от­ка­чи­вая на­со­сом воз­дух, мы умень­ша­ем его дав­ле­ние в со­су­де. При этом вода в ма­но­мет­ре сме­ща­ет­ся влево, и по раз­ни­це уров­ней воды в ко­ле­нах ма­но­мет­ра можно су­дить о том, на­сколь­ко дав­ле­ние в левом ко­лене (дав­ле­ние воз­ду­ха в со­су­де) мень­ше, чем ат­мо­сфер­ное. На­при­мер, на рис. 5 раз­ни­ца уров­ней воды в ко­ле­нах со­став­ля­ет 40 см.

Рис. 5. Жид­кост­ный ма­но­метр

Пе­ре­ве­дем 40 см вод. ст. в пас­ка­ли с по­мо­щью из­вест­ной фор­му­лы для рас­че­та дав­ле­ния на дно и стен­ки со­су­да:

При­ме­не­ние жид­кост­ных ма­но­мет­ров не все­гда удоб­но. Для по­лу­че­ния дав­ле­ния необ­хо­ди­мо пе­ре­во­дить сан­ти­мет­ры вод­но­го стол­ба в пас­ка­ли, жид­кост­ные ма­но­мет­ры не могут ра­бо­тать в усло­ви­ях тряс­ки (на­при­мер, на транс­пор­те).

По­это­му на прак­ти­ке ши­ро­кое при­ме­не­ние по­лу­чи­ли так на­зы­ва­е­мые де­фор­ма­ци­он­ные ме­тал­ли­че­ские ма­но­мет­ры, на шкале ко­то­рых сразу по­ка­за­ны зна­че­ния дав­ле­ния в пас­ка­лях (точ­нее, стро­го го­во­ря, пре­вы­ше­ние дав­ле­ния над ат­мо­сфер­ным).

При уве­ли­че­нии дав­ле­ния газа внут­ри труб­ки она немно­го рас­прям­ля­ет­ся, ее концы уда­ля­ют­ся друг от друга, и это дви­же­ние тя­га­ми пе­ре­да­ет­ся стрел­ке, конец ко­то­рой сме­ща­ет­ся впра­во по шкале. При умень­ше­нии дав­ле­ния стрел­ка сме­стит­ся в об­рат­ном на­прав­ле­нии под дей­стви­ем сил упру­го­сти в труб­ке.

Рис. 6. Ме­тал­ли­че­ский ма­но­метр

5. Заключение

В за­клю­че­ние необ­хо­ди­мо еще раз об­ра­тить вни­ма­ние на то, что ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние из­ме­ря­ют с по­мо­щью ба­ро­мет­ров-ане­ро­и­дов. А дав­ле­ние, ко­то­рое боль­ше или мень­ше ат­мо­сфер­но­го, из­ме­ря­ют с по­мо­щью ма­но­мет­ров той или иной кон­струк­ции.

Источник: https://100ballov.kz/mod/page/view.php?id=955