Barometr
Barometr to przyrząd naukowy służący do pomiaru ciśnienia powietrza w określonym środowisku. Tendencja ciśnienia może prognozować krótkoterminowe zmiany pogody. Wiele pomiarów ciśnienia powietrza jest wykorzystywanych w ramach analizy pogody na powierzchni, aby pomóc w znalezieniu dolin powierzchniowych , systemów ciśnienia i granic czołowych .
Barometry i wysokościomierze ciśnieniowe (najbardziej podstawowy i powszechny typ wysokościomierzy) to zasadniczo ten sam instrument, ale używany do różnych celów. Wysokościomierz jest przeznaczony do stosowania na różnych poziomach, dopasowując odpowiednie ciśnienie atmosferyczne do wysokości , podczas gdy barometr jest utrzymywany na tym samym poziomie i mierzy subtelne zmiany ciśnienia spowodowane pogodą i elementami pogody. Średnie ciśnienie atmosferyczne na powierzchni Ziemi waha się między 940 a 1040 hPa (mbar). Średnie ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza wynosi 1013 hPa (mbar).
Etymologia
Słowo barometr pochodzi od starogreckiego βάρος ( báros ), oznaczającego „ciężar” i μέτρον ( métron ), oznaczającego „miarę”.
Historia
Chociaż Evangelista Torricelli jest powszechnie uznawany za wynalazcę barometru w 1643 r., Dokumentacja historyczna sugeruje również, że Gasparo Berti , włoski matematyk i astronom, nieumyślnie zbudował barometr wodny w latach 1640–1643. Francuski naukowiec i filozof René Descartes opisał projekt eksperymentu określić ciśnienie atmosferyczne już w 1631 roku, ale nie ma dowodów na to, że zbudował on wówczas działający barometr.
27 lipca 1630 r. Giovanni Battista Baliani napisał list do Galileo Galilei, w którym wyjaśnił eksperyment, w którym syfon prowadzony przez wzgórze o wysokości około dwudziestu jeden metrów nie zadziałał. Galileo odpowiedział wyjaśnieniem tego zjawiska: zaproponował, że to siła próżni utrzymywała wodę w górze, a na pewnej wysokości ilość wody po prostu stała się zbyt duża i siła nie mogła już dłużej utrzymać, jak sznur które udźwigną tylko określoną wagę. Było to powtórzenie teorii horror vacui („przyroda nie znosi próżni”), która pochodzi od Arystotelesa i którą Galileusz powtórzył jako „ resistenza del vacuo” .
Idee Galileusza dotarły do Rzymu w grudniu 1638 r. w jego Discorsi . Raffaele Magiotti i Gasparo Berti byli podekscytowani tymi pomysłami i postanowili poszukać lepszego sposobu na wytworzenie próżni niż za pomocą syfonu. Magiotti wymyślił taki eksperyment i gdzieś między 1639 a 1641 rokiem przeprowadził go Berti (w obecności Magiottiego, Athanasiusa Kirchera i Niccolò Zucchiego ).
Istnieją cztery relacje z eksperymentu Bertiego, ale prosty model jego eksperymentu polegał na napełnieniu wodą długiej rurki, która miała zatkane oba końce, a następnie umieszczeniu rurki w misce już pełnej wody. Dolny koniec rury został otwarty, a woda, która była w środku, wylała się do miski. Jednak tylko część wody w rurze wypłynęła, a poziom wody w rurze utrzymywał się na dokładnym poziomie, który wynosił 10,3 m (34 stopy), na tej samej wysokości, którą zaobserwowali Baliani i Galileo, która była ograniczona przy syfonie. Najważniejsze w tym eksperymencie było to, że opadająca woda pozostawiła nad sobą przestrzeń w rurze, która nie miała pośredniego kontaktu z powietrzem, aby ją wypełnić. Wydawało się to sugerować możliwość istnienia próżni w przestrzeni nad wodą.
Torricelli, przyjaciel i uczeń Galileusza, zinterpretował wyniki eksperymentów w nowatorski sposób. Zaproponował, że ciężar atmosfery, a nie siła przyciągania próżni, utrzymuje wodę w rurze. W liście do Michelangelo Ricciego z 1644 roku dotyczącym eksperymentów napisał:
Wielu twierdziło, że próżnia nie istnieje, inni, że istnieje pomimo wstrętu natury i z trudem; Nie znam nikogo, kto powiedziałby, że istnieje bez trudności i bez oporu ze strony natury. Argumentowałem w ten sposób: Jeśli można znaleźć oczywistą przyczynę, z której można wyprowadzić opór, który jest odczuwany, gdy próbujemy zrobić próżnię, wydaje mi się niemądre próbować przypisywać próżni działania, które wynikają ewidentnie z jakiejś innej przyczyny ; tak więc, wykonując kilka bardzo prostych obliczeń, stwierdziłem, że wskazana przeze mnie przyczyna (to znaczy ciężar atmosfery) sama w sobie powinna stawiać większy opór niż wtedy, gdy próbujemy wytworzyć próżnię.
Tradycyjnie uważano (zwłaszcza przez arystotelistów), że powietrze nie ma ciężaru, to znaczy, że kilometry powietrza nad powierzchnią nie wywierają żadnego ciężaru na ciała znajdujące się pod nią. Nawet Galileusz uznał stan nieważkości powietrza za prostą prawdę. Torricelli zakwestionował to założenie i zamiast tego zaproponował, że powietrze ma ciężar i że to właśnie ono (a nie siła przyciągania próżni) utrzymuje (a raczej pcha) kolumnę wody w górę. Uważał, że poziom, na którym utrzymywała się woda (ok. 10,3 m) odzwierciedlał siłę, z jaką naciska na nią ciężar powietrza (konkretnie napierając na wodę w misce, a tym samym ograniczając, ile wody może do niej wpaść z rury ). Postrzegał barometr jako wagę, przyrząd pomiarowy (w przeciwieństwie do przyrządu służącego jedynie do wytwarzania próżni), a ponieważ jako pierwszy tak na to spojrzał, jest tradycyjnie uważany za wynalazcę barometru (w znaczeniu, w jakim obecnie używamy tego terminu).
Z powodu plotek krążących w plotkarskiej włoskiej dzielnicy Torricellego, które obejmowały, że był zaangażowany w jakąś formę czarów lub czarów, Torricelli zdał sobie sprawę, że musi zachować swój eksperyment w tajemnicy, aby uniknąć ryzyka aresztowania. Musiał użyć cieczy cięższej od wody, a na podstawie wcześniejszych skojarzeń i sugestii Galileusza wywnioskował, że przy użyciu rtęci można użyć krótszej rurki. W przypadku rtęci, która jest około 14 razy gęstsza od wody, potrzebna była rura o długości zaledwie 80 cm, a nie 10,5 m.
W 1646 roku Blaise Pascal wraz z Pierrem Petitem powtórzyli i udoskonalili eksperyment Torricellego po usłyszeniu o nim od Marina Mersenne'a , któremu samemu pokazano eksperyment pod koniec 1644 roku. to opary cieczy wypełniały przestrzeń w barometrze. W swoim eksperymencie porównywał wodę z winem, a ponieważ to drugie było uważane za bardziej „duchowe”, arystoteliści oczekiwali, że wino będzie stało niżej (ponieważ więcej oparów oznaczałoby większy nacisk na kolumnę cieczy). Pascal przeprowadził eksperyment publicznie, zapraszając arystotelistów do wcześniejszego przewidzenia wyniku. Arystoteliści przewidzieli, że wino będzie stać niżej. To nie mialo miejsca.
Jednak Pascal poszedł jeszcze dalej, aby przetestować teorię mechaniczną. Gdyby, jak podejrzewali filozofowie mechaniki, tacy jak Torricelli i Pascal, powietrze miało ciężar, ciśnienie byłoby mniejsze na wyższych wysokościach. Dlatego Pascal napisał do swojego szwagra Florina Periera, który mieszkał w pobliżu góry zwanej Puy de Dôme , prosząc go o przeprowadzenie kluczowego eksperymentu. Perier miał wziąć barometr w górę Puy de Dôme i dokonać pomiarów po drodze wysokości słupa rtęci. Miał to następnie porównać z pomiarami wykonanymi u podnóża góry, aby sprawdzić, czy te pomiary wykonane wyżej były rzeczywiście mniejsze. We wrześniu 1648 roku Perier starannie i skrupulatnie przeprowadził eksperyment i stwierdził, że przewidywania Pascala były prawidłowe. Słupek rtęci obniżył się, gdy barometr został przeniesiony na większą wysokość.
typy
Barometry wodne
Koncepcja, zgodnie z którą spadek ciśnienia atmosferycznego przewiduje burzową pogodę, postulowana przez Luciena Vidiego , stanowi teoretyczną podstawę urządzenia do prognozowania pogody, zwanego „szkłem pogodowym” lub „barometrem Goethego” (nazwanym tak na cześć Johanna Wolfganga von Goethego , znanego niemieckiego pisarza i erudyty który opracował prosty, ale skuteczny barometr z kulą pogodową, korzystając z zasad opracowanych przez Torricellego ). Francuska nazwa, le baromètre Liègeois , jest używana przez niektórych anglojęzycznych. Nazwa ta odzwierciedla pochodzenie wielu szkieł na wczesną pogodę – dmuchaczy szkła z Liège w Belgii .
Barometr z kulą pogodową składa się ze szklanego pojemnika z uszczelnioną obudową, do połowy wypełnionego wodą. Wąska wylewka łączy się z korpusem poniżej poziomu wody i wznosi się ponad poziom wody. Wąska wylewka jest otwarta do atmosfery. Kiedy ciśnienie powietrza jest niższe niż w momencie uszczelnienia korpusu, poziom wody w dziobku podniesie się powyżej poziomu wody w korpusie; gdy ciśnienie powietrza jest wyższe, poziom wody w dziobku spadnie poniżej poziomu wody w korpusie. Odmianę tego typu barometru można łatwo wykonać w domu.
Barometry rtęciowe
Barometr rtęciowy jest przyrządem służącym do pomiaru ciśnienia atmosferycznego w określonym miejscu i ma pionową szklaną rurkę zamkniętą u góry, umieszczoną w otwartej misce wypełnionej rtęcią u dołu. Rtęć w rurze dostosowuje się, dopóki jej ciężar nie zrównoważy siły atmosferycznej wywieranej na zbiornik. Wysokie ciśnienie atmosferyczne wywiera większą siłę na zbiornik, wypychając rtęć wyżej w kolumnie. Niskie ciśnienie umożliwia spadek rtęci do niższego poziomu w kolumnie poprzez zmniejszenie siły działającej na zbiornik. Ponieważ wyższe poziomy temperatury wokół instrumentu zmniejszają gęstość rtęci, skala odczytu wysokości rtęci jest dostosowana w celu skompensowania tego efektu. Rurka musi być co najmniej tak długa, jak ilość zanurzenia w rtęci + przestrzeń nad głową + maksymalna długość kolumny.
Torricelli udokumentował, że wysokość słupka rtęci w barometrze zmieniała się nieznacznie każdego dnia i doszedł do wniosku, że było to spowodowane zmianami ciśnienia w atmosferze . Napisał: „Żyjemy zanurzeni na dnie oceanu elementarnego powietrza, o którym z niezaprzeczalnych eksperymentów wiadomo, że ma wagę”. Zainspirowany przez Torricellego, Otto von Guericke 5 grudnia 1660 stwierdził, że ciśnienie powietrza było niezwykle niskie i przewidział burzę, która miała miejsce następnego dnia.
Konstrukcja barometru rtęciowego umożliwia wyrażanie ciśnienia atmosferycznego w calach lub milimetrach słupa rtęci (mmHg). Torr pierwotnie zdefiniowano jako 1 mmHg . Ciśnienie podaje się jako wysokość słupka rtęci w kolumnie pionowej. Zazwyczaj ciśnienie atmosferyczne mierzy się w zakresie od 26,5 cala (670 mm) do 31,5 cala (800 mm) Hg. Jedna atmosfera (1 atm) odpowiada 29,92 cala (760 mm) słupa rtęci.
Zmiany konstrukcyjne mające na celu uczynienie instrumentu bardziej czułym, prostszym do odczytania i łatwiejszym w transporcie zaowocowały zmianami, takimi jak barometry basenowe, syfonowe, kołowe, cysterny, Fortin, wielokrotnie składane, stereometryczne i balansowe.
W 2007 roku uchwalono dyrektywę Unii Europejskiej ograniczającą stosowanie rtęci w nowych przyrządach pomiarowych przeznaczonych dla ogółu społeczeństwa, skutecznie kończąc produkcję nowych barometrów rtęciowych w Europie. Naprawa i handel antykami (wyprodukowanymi przed końcem 1957 r.) pozostawały nieograniczone.
Barometr Fitzroya
Fitzroy łączą standardowy barometr rtęciowy z termometrem, a także przewodnik, jak interpretować zmiany ciśnienia.
Barometr Fortina
Fortin wykorzystują cysternę rtęciową o zmiennej pojemności, zwykle zbudowaną ze śrubą radełkowaną dociskaną do skórzanego dna membrany (V na schemacie). Kompensuje to przemieszczanie się rtęci w kolumnie przy zmiennym ciśnieniu. Aby użyć barometru Fortina, poziom rtęci ustawia się na zero za pomocą śruby radełkowanej, tak aby wskazówka z kości słoniowej (O na schemacie) po prostu dotknęła powierzchni rtęci. Ciśnienie jest następnie odczytywane na kolumnie, regulując skalę noniusza tak, aby rtęć dotykała linii wzroku w Z. Niektóre modele wykorzystują również zawór do zamykania cysterny, umożliwiając wypchnięcie kolumny rtęci do górnej części kolumny w celu transportu . Zapobiega to uszkodzeniu kolumny przez uderzenie hydrauliczne podczas transportu.
Sympiesometr
Sympiesometr to kompaktowy i lekki barometr, który był szeroko stosowany na statkach na początku XIX wieku . Czułość tego barometru została również wykorzystana do pomiaru wysokości.
Sympiesometry składają się z dwóch części. Jednym z nich jest tradycyjny termometr rtęciowy , który jest potrzebny do obliczenia rozszerzalności lub kurczenia się płynu w barometrze. Drugi to barometr, składający się z rurki w kształcie litery J, otwartej na dolnym końcu i zamkniętej na górze, z małymi zbiornikami na obu końcach rurki.
Barometry kołowe
Barometr kołowy wykorzystuje rurkę „J” uszczelnioną na górze dłuższej kończyny. Krótsza kończyna jest otwarta do atmosfery, a na powierzchni rtęci unosi się mały szklany pływak. Cienka jedwabna nić jest przymocowana do pływaka, który przechodzi w górę nad kołem, a następnie z powrotem w dół do przeciwwagi (zwykle chronionej w innej rurze). Koło obraca punkt z przodu barometru. Wraz ze wzrostem ciśnienia atmosferycznego rtęć przesuwa się od krótkiej do długiej kończyny, pływak opada, a wskazówka się porusza. Gdy ciśnienie spada, rtęć cofa się, podnosząc pływak i obracając tarczę w drugą stronę.
Około 1810 roku barometr kołowy, który można było odczytać z dużej odległości, stał się pierwszym praktycznym i komercyjnym instrumentem preferowanym przez rolników i klasy wykształcone w Wielkiej Brytanii. Tarcza barometru była okrągła, a prosta tarcza wskazywała czytelną skalę: „Deszcz - zmiana - sucho” z napisem „zmiana” na środku górnej części tarczy. Późniejsze modele dodały skalę barometryczną z drobniejszymi podziałkami „Stormy (28 cali słupa rtęci), Much Rain (28,5), Rain (29), Change (29,5), Fair (30), Set fair (30,5), bardzo suchy (31) ".
Natalo Aiano jest uznawany za jednego z najlepszych producentów barometrów kołowych, wczesnego pioniera fali rzemieślniczych włoskich twórców instrumentów i barometrów, których zachęcano do emigracji do Wielkiej Brytanii. Wymienił jako pracujący w Holborn w Londynie ok. 1785-1805. Od 1770 r. do Anglii przybywało wielu Włochów, którzy byli znakomitymi dmuchaczami szkła lub wytwórcami przyrządów. Do 1840 roku można było śmiało powiedzieć, że Włosi zdominowali przemysł w Anglii.
Barometr oleju pompy próżniowej
Używanie oleju do pomp próżniowych jako płynu roboczego w barometrze doprowadziło do stworzenia w lutym 2013 r. nowego „Najwyższego barometru świata”. Barometr na Uniwersytecie Stanowym w Portland (PSU) wykorzystuje podwójnie destylowany olej do pomp próżniowych i ma nominalną wysokość około 12,4 m dla wysokości słupa ropy; oczekiwane odchylenia mieszczą się w przedziale ±0,4 mw ciągu roku. Olej do pomp próżniowych ma bardzo niską prężność par i jest dostępny w różnych gęstościach; do barometru PSU wybrano olej próżniowy o najniższej gęstości, aby zmaksymalizować wysokość słupa oleju.
Barometry aneroidowe
Barometr aneroidowy jest przyrządem służącym do pomiaru ciśnienia atmosferycznego metodą bez udziału cieczy . Barometr aneroidowy, wynaleziony w 1844 roku przez francuskiego naukowca Luciena Vidiego , wykorzystuje małe, elastyczne metalowe pudełko zwane ogniwem aneroidowym (kapsułką), które jest wykonane ze stopu berylu i miedzi . Opróżniona kapsuła (lub zwykle kilka kapsuł ułożonych w stos w celu zsumowania ich ruchów) jest chroniona przed zapadnięciem się przez mocną sprężynę. Małe zmiany zewnętrznego ciśnienia powietrza powodują rozszerzanie się lub kurczenie komórki. To rozszerzanie i kurczenie napędza mechaniczne dźwignie, dzięki czemu drobne ruchy kapsuły są wzmacniane i wyświetlane na tarczy barometru aneroidowego. Wiele modeli zawiera ręcznie ustawianą igłę, która służy do oznaczania aktualnego pomiaru, aby można było zobaczyć zmianę. Ten typ barometru jest powszechny w domach i łodziach rekreacyjnych . Znajduje również zastosowanie w meteorologii , głównie w barografach oraz jako przyrząd ciśnieniowy w radiosondach .
Barografy
Barograf to rejestrujący barometr aneroidowy, w którym zmiany ciśnienia atmosferycznego są rejestrowane na papierowym wykresie.
Zasada działania barografu jest taka sama jak barometru aneroidowego. Podczas gdy barometr wyświetla ciśnienie na tarczy, barograf wykorzystuje niewielkie ruchy pudełka do przekazywania za pomocą systemu dźwigni do ramienia rejestrującego, którego skrajny koniec ma rysik lub długopis. Skryba zapisuje na wędzonej folii, podczas gdy pióro zapisuje na papierze za pomocą atramentu, trzymanego w stalówce. Materiał rejestracyjny osadzony jest na cylindrycznym bębnie, który jest powoli obracany przez zegar. Zwykle bęben wykonuje jeden obrót dziennie, tygodniowo lub miesięcznie, a częstotliwość obrotów często może być wybrana przez użytkownika.
Barometry MEMS
systemów mikroelektromechanicznych (lub MEMS) to niezwykle małe urządzenia o wielkości od 1 do 100 mikrometrów (0,001 do 0,1 mm). Powstają one poprzez fotolitografię lub obróbkę fotochemiczną . Typowe zastosowania obejmują zminiaturyzowane stacje pogodowe, elektroniczne barometry i wysokościomierze.
Barometr znajdziemy też w takich smartfonach jak Samsung Galaxy Nexus , Samsung Galaxy S3-S6, Motorola Xoom, Apple iPhone 6 i nowsze iPhone'y oraz smartwatch Timex Expedition WS4 , oparty na technologiach MEMS i piezorezystywnych czujników ciśnienia . Włączenie barometrów na smartfony pierwotnie miało zapewnić szybszą blokadę GPS . Jednak zewnętrzni badacze nie byli w stanie potwierdzić dodatkowej dokładności GPS ani prędkości blokowania z powodu odczytów barometrycznych. Naukowcy sugerują, że włączenie barometrów do smartfonów może stanowić rozwiązanie do określania wysokości użytkownika, ale sugerują również, że należy najpierw pokonać kilka pułapek.
Bardziej niezwykłe barometry
Istnieje wiele innych, bardziej niezwykłych typów barometrów. Od odmian barometru burzowego, takich jak Barometr Stołowy Patentu Collinsa, po bardziej tradycyjne projekty, takie jak Otheometr Hooke'a i Sympiesometr Rossa. Niektóre, takie jak barometr Shark Oil, działają tylko w określonym zakresie temperatur, osiąganym w cieplejszym klimacie.
Aplikacje
Ciśnienie barometryczne i tendencja ciśnienia (zmiana ciśnienia w czasie) są wykorzystywane w prognozowaniu pogody od końca XIX wieku. W połączeniu z obserwacjami wiatru można sporządzić dość dokładne prognozy krótkoterminowe. Jednoczesne odczyty barometryczne z całej sieci stacji pogodowych umożliwiają tworzenie map ciśnienia powietrza, które były pierwszą formą współczesnej mapy pogodowej , gdy powstawały w XIX wieku. Izobary , linie równego ciśnienia, po narysowaniu na takiej mapie dają mapę warstwicową przedstawiającą obszary wysokiego i niskiego ciśnienia. Zlokalizowane wysokie ciśnienie atmosferyczne działa jako bariera dla zbliżających się systemów pogodowych, zmieniając ich kurs. Winda atmosferyczna spowodowana konwergencją wiatru o niskim poziomie na powierzchnię przynosi chmury, a czasem opady . Im większa zmiana ciśnienia, zwłaszcza jeśli przekracza 3,5 hPa (0,1 inHg), tym większej zmiany pogody można się spodziewać. Jeśli spadek ciśnienia jest gwałtowny, system niskiego ciśnienia i istnieje większe prawdopodobieństwo opadów. Gwałtowne wzrosty ciśnienia , takie jak w następstwie zimnego frontu , są związane z poprawą warunków pogodowych, takich jak oczyszczanie nieba.
Przy spadającym ciśnieniu powietrza gazy uwięzione w węglu w głębokich kopalniach mogą swobodniej uchodzić. Tak więc niskie ciśnienie zwiększa ryzyko gazu palnego . Dlatego kopalnie śledzą ciśnienie. W przypadku katastrofy w kopalni Trimdon Grange w 1882 r. inspektor górniczy zwrócił uwagę na zapisy iw raporcie stwierdził, że „można przyjąć, że warunki atmosferyczne i temperatura osiągnęły niebezpieczny punkt”.
Barometry aneroidowe są używane w nurkowaniu . Zatapialny manometr służy do śledzenia zawartości zbiornika powietrza nurka. Inny miernik służy do pomiaru ciśnienia hydrostatycznego, zwykle wyrażanego jako głębokość wody morskiej. Jeden lub oba wskaźniki można zastąpić wariantami elektronicznymi lub komputerem nurkowym.
Odszkodowania
Temperatura
Gęstość rtęci zmienia się wraz ze wzrostem lub spadkiem temperatury, dlatego odczyt należy dostosować do temperatury instrumentu. W tym celu termometr rtęciowy jest zwykle montowany na przyrządzie. Kompensacja temperatury barometru aneroidowego jest realizowana poprzez włączenie elementu bimetalicznego do połączeń mechanicznych. Barometry aneroidowe sprzedawane do użytku domowego zazwyczaj nie mają kompensacji przy założeniu, że będą używane w kontrolowanym zakresie temperatur pokojowych.
Wysokość
Ponieważ ciśnienie powietrza spada na wysokości nad poziomem morza (i wzrasta poniżej poziomu morza), nieskorygowany odczyt barometru będzie zależał od jego lokalizacji. Odczyt jest następnie dostosowywany do równoważnego ciśnienia na poziomie morza do celów raportowania. Na przykład, jeśli barometr znajdujący się na poziomie morza i przy dobrych warunkach pogodowych zostanie przeniesiony na wysokość 1000 stóp (305 m), do odczytu należy dodać około 1 cala słupa rtęci (~ 35 hPa). Odczyty barometru w obu miejscach powinny być takie same, jeśli występują nieistotne zmiany w czasie, odległości poziomej i temperaturze. Gdyby tego nie zrobiono, na wyższych wysokościach pojawiłaby się fałszywa informacja o zbliżającej się burzy.
Barometry aneroidowe mają mechaniczną regulację, która umożliwia bezpośredni odczyt równoważnego ciśnienia na poziomie morza i bez dalszej regulacji, jeśli instrument nie zostanie przeniesiony na inną wysokość. Ustawianie barometru aneroidowego jest podobne do resetowania zegara analogowego , który nie wskazuje właściwego czasu. Jego tarcza jest obracana, aby wyświetlić aktualne ciśnienie atmosferyczne ze znanego dokładnego i pobliskiego barometru (takiego jak lokalna stacja pogodowa ). Nie są potrzebne żadne obliczenia, ponieważ źródłowy odczyt barometru został już przekonwertowany na równoważne ciśnienie na poziomie morza i jest ono przekazywane do ustawianego barometru — niezależnie od jego wysokości. Choć dość rzadkie, kilka barometrów aneroidowych przeznaczonych do monitorowania pogody jest skalibrowanych w celu ręcznego dostosowania wysokości. W takim przypadku znajomość wysokości lub aktualnego ciśnienia atmosferycznego wystarczyłaby do przyszłych dokładnych odczytów.
Poniższa tabela przedstawia przykłady dla trzech lokalizacji w mieście San Francisco w Kalifornii . Zwróć uwagę, że skorygowane odczyty barometru są identyczne i oparte na równoważnym ciśnieniu na poziomie morza. (Przyjmij temperaturę 15 °C.)
| Lokalizacja |
Wysokość (w stopach) |
Nieskorygowana P atm (cale Hg) |
Skorygowany P atm (cale Hg) |
Wysokość (metry) |
Nieskorygowana P atm (hPa) |
Skorygowany P atm (hPa) |
|
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Przystań Miejska | Poziom morza (0) | 29,92 | 29,92 | 0m | 1013 hPa | 1013 hPa | |
| Nob Hill | 348 | 29.55 | 29,92 | 106m | 1001 hPa | 1013 hPa | |
| Góra Davidson | 928 | 28,94 | 29,92 | 283 m | 980 hPa | 1013 hPa |
W 1787 roku, podczas ekspedycji naukowej na Mont Blanc , De Saussure podjął badania i przeprowadził eksperymenty fizyczne dotyczące temperatury wrzenia wody na różnych wysokościach. Obliczał wysokość w każdym ze swoich eksperymentów, mierząc, ile czasu zajęło palnikowi alkoholowemu zagotowanie określonej ilości wody, i w ten sposób ustalił wysokość góry na 4775 metrów. (Okazało się to później o 32 metry mniejsze niż rzeczywista wysokość 4807 metrów). Do tych eksperymentów De Saussure przyniósł specjalny sprzęt naukowy, taki jak barometr i termometr . Jego obliczona temperatura wrzenia wody na szczycie góry była dość dokładna, różniła się tylko o 0,1 kelwina.
Na podstawie jego ustaleń wysokościomierz można opracować jako specyficzne zastosowanie barometru. W połowie XIX wieku metoda ta była stosowana przez odkrywców.
Równanie
Gdy ciśnienie atmosferyczne jest mierzone za pomocą barometru, ciśnienie jest również określane jako „ciśnienie barometryczne”. Załóżmy, że barometr o polu przekroju A i wysokości h jest wypełniony rtęcią od dołu w punkcie B do góry w punkcie C. Ciśnienie na dole barometru, w punkcie B, jest równe ciśnieniu atmosferycznemu. Ciśnienie na samej górze, w punkcie C, można przyjąć jako zerowe, ponieważ powyżej tego punktu znajdują się tylko pary rtęci, a jej ciśnienie jest bardzo niskie w stosunku do ciśnienia atmosferycznego. Dlatego ciśnienie atmosferyczne można znaleźć za pomocą barometru i tego równania: [ potrzebne wyjaśnienie ]
- P atm = ρgh
gdzie ρ to gęstość rtęci, g to przyspieszenie grawitacyjne, a h to wysokość słupa rtęci nad powierzchnią swobodną. Fizyczne wymiary (długość rurki i pole przekroju rurki) samego barometru nie mają wpływu na wysokość słupa płynu w rurce.
W obliczeniach termodynamicznych powszechnie stosowaną jednostką ciśnienia jest „atmosfera wzorcowa”. Jest to ciśnienie powstające w kolumnie rtęci o wysokości 760 mm w temperaturze 0°C. Dla gęstości rtęci przyjmij ρ Hg = 13,595 kg/m 3 , a dla przyspieszenia ziemskiego przyjmij g = 9,807 m/s 2 .
Gdyby do osiągnięcia standardowego ciśnienia atmosferycznego użyto wody (zamiast rtęci), potrzebny byłby słup wody o wysokości około 10,3 m (33,8 stopy).
Standardowe ciśnienie atmosferyczne jako funkcja wysokości:
Uwaga: 1 torr = 133,3 Pa = 0,03937 inHg
| atm / kPa | Wysokość | atm / inHg | Wysokość | |
|---|---|---|---|---|
| 101.325 | Poziom morza (0m) | 29,92 | Poziom morza (0 stóp) | |
| 97,71 | 305 m | 28.86 | 1000 stóp | |
| 94.21 | 610m | 27.82 | 2000 stóp | |
| 89,88 | 1000m | 26.55 | 3281 stóp | |
| 84.31 | 1524 m | 24.90 | 5000 stóp | |
| 79,50 | 2000m | 23.48 | 6562 stóp | |
| 69,68 | 3048 m | 20.58 | 10 000 stóp | |
| 54.05 | 5000m | 15.96 | 16 404 stóp | |
| 46,56 | 6096 m | 13.75 | 20 000 stóp | |
| 37,65 | 7620 m | 11.12 | 25 000 stóp | |
| 32,77 | 8848 m* | 9.68 | 29 029 stóp* | |
| 26.44 | 10 000 metrów kwadratowych | 7.81 | 32808 stóp | |
| 11.65 | 15240 m | 3.44 | 50 000 stóp | |
| 5.53 | 20 000 metrów kwadratowych | 1,63 | 65617 stóp |
* Wysokość Mount Everest , najwyższego punktu na ziemi
Patenty
- US 2194624 , GA Titterington, Jr, „Ciśnieniomierz membranowy ze środkami kompensacji temperatury”, wydany 1940-03-26, przypisany do Bendix Aviat Corp
- Patent US 2,472,735 : CJ Ulrich: „ Instrument barometryczny ”
- Patent US 2,691,305 : HJ Frank: „ Wysokościomierz barometryczny ”
- Patent USA 3 273 398 : DCWT Sharp: „ Barometr aneroidowy ”
- Patent USA 3 397 578 : HA Klumb: „ Mechanizm wzmacniający ruch dla ruchu instrumentu reagującego na nacisk ”
- Patent USA 3,643,510 : F. Lissau: „ Mierniki ciśnienia przemieszczenia płynu ”
- Patent US 4,106,342 : OS Sormunen: „ Przyrząd do pomiaru ciśnienia ”
- Patent US 4 238 958 : H. Dostmann: „ Barometr ”
- US Patent 4,327,583 : T. Fijimoto: „ Urządzenie do prognozowania pogody ”
Zobacz też
Dalsza lektura
- . Encyklopedia Britannica . Tom. 3 (wyd. 11). 1911.
- Burch, David F. Podręcznik barometru: nowoczesne spojrzenie na barometry i zastosowania ciśnienia barometrycznego . Seattle: Starpath Publications (2009), ISBN 978-0-914025-12-2 .
- Middleton, WE Knowles. (1964). Historia barometru . Baltimore: Johns Hopkins Press. Nowe wydanie (2002), ISBN 0-8018-7154-9 .
Linki zewnętrzne
-
Prace związane z Obserwacjami barometru morskiego… w Wikiźródłach
| Kontrola władz : Biblioteki narodowe |
|---|
