Атмосферное давление измеряется с помощью чего

Приборы для измерения давления атмосферы – барометры

Давление возникает в разных средах. Поэтому, различают:

В зависимости от величины параметра выделяют:

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

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.

Источник

Атмосферное давление и его измерение

п.1. Опыт Торричелли

История открытия атмосферного давления тесно связана с объяснением действия насосов.

Простейшие насосы были известны еще со времен Аристотеля, который утверждал, что вода поднимается за поршнем потому, что «природа не терпит пустоты». Однако при сооружении фонтанов во Флоренции в 1638 г. оказалось, что вода поднимается чуть выше 10 м в трубе высотой 12 м и останавливается, сколько бы её ни качали, не заполняя оставшуюся в трубе «пустоту».

Галилео Галилей, к которому обратись за помощью, предложил разобраться с этой проблемой своему ученику – Эванджелиста Торричелли. После серии опытов Торричелли пришел к выводу: вес водяного столба в трубе насоса поддерживается давлением воздуха, действующего на свободную поверхность воды в резервуаре.

Поскольку речь шла о столбе жидкости, возникла замечательная идея: плотность ртути в 13,6 раз больше плотности воды, следовательно, ртутный столб таким же весом будет в 13,6 раз короче и можно перейти от громоздких опытов на стройплощадке к лабораторным исследованиям.

Для опыта понадобились: 1) стеклянная трубка длиной 1 м, запаянная с одного конца; 2) колба с ртутью; 3) широкая чашка.

Описание опыта Торричелли:
Наливаем ртуть в трубку до уровня 85-90 см. Немного ртути наливаем в чашку (высота над дном чашки 2-3 см). Зажимаем пальцем конец трубки, опускаем конец в чашку, под ртуть. Отпускаем палец.
Немного ртути вытекает из трубки в чашку. Столб оставшейся ртути равен примерно 760 мм над уровнем ртути в чашке.

Заметим, что такое неосторожное обращение с опаснейшим веществом вызывает сегодня недоумение. Однако техника безопасности при работе с ртутью была в те времена не на высоте. Вероятно, именно из-за этих опытов Торричелли прожил всего 39 лет.

На основании полученных результатов Торричелли пришел к следующему выводу:
Давление столба ртути уравновешивает атмосферное давление на поверхность ртути в чашке: \(p_\text<ртути>=p_\text<атм>\). Поэтому, измеряя высоту ртутного столба, мы узнаем атмосферное давление.

Идеи о том, что планету окружает атмосфера, воздух имеет вес и оказывает давление на поверхность Земли, были достаточно смелыми, и понадобилось некоторое время, чтобы их приняли современники.

п.2. Эксперименты Отто фон Герике

В 1654 году Отто фон Герике провел в Магдебурге масштабный эксперимент для демонстрации силы давления воздуха и изобретенного им воздушного насоса.

Вот как сам Герике описывал этот опыт:

Когда воздух из полушарий выкачали, давление наружного воздуха прижало их друг к другу так сильно, что 16 лошадей не могли разнять их. Но стоило поворотом крана открыть доступ воздуху внутрь полушарий – и их можно было разнять руками».

Опыт с магдебургскими полушариями стал убедительным доказательством существования, как атмосферы, так и вакуума – безвоздушной «пустоты» внутри полушарий.

В 1657 году Герике построил водяной барометр, с помощью которого в 1660 году предсказал надвигающуюся бурю за 2 часа до её появления. В 1663 году изобрел электростатический генератор, изучал свойства электричества, описал отталкивание одноименно заряженных предметов. Будучи сторонником гелиоцентрической системы, занимался также астрономией.

Герике был выдающимся ученым, инженером, мыслителем и общественным деятелем своей эпохи. Как ученый, он особо подчеркивал важность эксперимента для формирования научного знания.

п.3. Как взвесить воздух в школьной лаборатории?

Опыты Торричелли и Герике являются доказательством того, что воздух имеет вес.

В школьной лаборатории, используя несложное оборудование, можно также взвесить воздух. Для этого понадобятся:

1) прочная стеклянная колба; 2) пробка с трубкой и зажимом; 3) насос; 4) весы

Закроем колбу пробкой, уравновесим её на весах гирями

Насосом откачаем воздух из колбы

Вновь взвесим колбу. Равновесие нарушилось.

Вывод: Отклонение стрелки весов равно массе откачанного воздуха.

п.4. Измерение атмосферного давления с помощью барометров

Еще в XVII веке, измеряя атмосферное давление по высоте ртутного или водного столба, исследователи заметили, что оно не остается постоянным: перед хорошей погодой давление растет, а перед ненастьем – падает. Значит, по изменению атмосферного давления можно достаточно уверенно предсказывать погоду. В эпоху освоения новых океанов и континентов такое умение было бесценным для моряков и путешественников.

Так появились барометры – приборы для измерения атмосферного давления.

Первый барометр-анероид («анероид» означает «безводный») был сконструирован французским инженером Люсьеном Види в 1844 г. Основная часть анероида – это цилиндрическая металлическая коробка 1 с концентрически-гофрированными (для большей подвижности центра) основаниями, внутри которой создано разрежение (сильфон). При повышении атмосферного давления коробка сжимается и тянет прикреплённую к ней пружину 2 (мембрану), а при понижении давления коробка раздувается, толкая пружину. Перемещение конца пружины через систему рычагов 3 передаётся на стрелку 4, перемещающуюся по шкале. Шкала анероида обычно проградуирована в мм рт.ст. и гектопаскалях. По сравнению с жидкостными барометрами, анероиды стали существенно меньшими по размерам, удобными и безопасными.

Результаты измерений выводятся на экран прибора в мм рт.ст. или в гектопаскалях (показания красным цветом на приборе, представленном на рисунке – 1013,9 гПа).
Как правило, электронные барометры исполняются в одном корпусе с другими измерительными приборами (времени, температуры, влажности, освещенности) для создания мини-станций слежения за погодой. Показания таких мини-станций можно получать удаленно на мобильный телефон.

п.5. Атмосферное давление на различных высотах

Воздух имеет массу, следовательно, он имеет вес и оказывает давление на поверхность под ним. Плотность воздуха очень сильно зависит от его температуры и влажности, а также от высоты над уровнем моря.

Как известно, расстояние между молекулами газа в несколько раз больше размера молекул, поэтому газы хорошо сжимаются (см. §16 данного справочника). В результате слои атмосферы у поверхности Земли, сжатые всеми слоями, расположенными выше, имеют большую плотность. Чем больше плотность газа, тем чаще молекулы сталкиваются между собой и различными поверхностями, т.е. тем большее давление газ создаёт.
Получается, что давление атмосферы наибольшее у поверхности Земли и постепенно уменьшается с высотой.

Атмосферное давление на различных высотах над уровнем моря

Масса одного кубометра такого воздуха \(m=1,2250\ \text<кг>\), а его вес \(P=mg\approx 12\ \text<Н>\).

Давление столба воздуха высотой 1 м: \(p\approx 12\ \text<Па>\).

Давление столба воздуха высотой 1 км без учета изменения плотности: \(p_1\approx 12\ \text<кПа>\).

Эта величина неточная, но она может использоваться для быстрой оценки уменьшения давления с ростом высоты.

С другой стороны, зная более точную зависимость давления от высоты, можно построить прибор, который будет измерять давление, а показывать высоту. Такие приборы называют высотомерами (альтиметрами). Их используют в авиации, космонавтике и для высокогорных экспедиций.

п.6. Задачи

Задача 1. Скольким паскалям равно атмосферное давление в 730 мм рт.ст.? Выразите это давление в гектопаскалях. Какую погоду можно прогнозировать при таком давлении: ясную или пасмурную?

\begin p=\rho gh,\\[7pt] p=13600\cdot 9,8\cdot 0,73=97294,4\ (\text<Па>)\approx\ (\text<гПа>) \end Это – пониженное давление. Можно прогнозировать пасмурную погоду.
Ответ: 973 гПа; прогноз – пасмурная погода

Задача 2. В эксперименте Отто фон Герике использовались медные полушария диаметром 35 см. Определите, сколько лошадей могут разорвать эти полушария, если один конец закрепить неподвижно на стене, а лошади будут тянуть другой конец с силой тяги \(800\ \text<Н>\) каждая. Площадь поверхности шара радиусом \(R\) рассчитывается по формуле \(S=4\pi R^2\). Давление атмосферы примите равным 760 мм рт.ст. Давление внутри шаров примите равным двум третям атмосферного (удавалось выкачать треть воздуха).
Сколько лошадей понадобится, если лошади будут тянуть с обеих сторон?

Задача 5*. В трубке, запаянной с верхнего конца, удерживается столбик ртути высотой 20 см. Атмосферное давление – 760 мм рт.ст. Каково давление воздуха в верхней части трубки? Выразите ответ в мм рт.ст. и гектопаскалях.
Примите g=9,8 м/c 2

Источник

Измерение атмосферного давления

Давление воздуха изменяется в широких пределах. Если оно больше 760 миллиметров ртутного столба, то считается повышенным, если меньше – то пониженным.

Наблюдения за изменением атмосферного давления позволяют предсказывать погоду. Например, при повышении давления в зимний период погода становится морозной, а летом – жаркой.

Давление воздуха изменяется в широких пределах. Если оно больше 760 миллиметров ртутрного столба, то считается повышенным, если меньше – то пониженным.

Наблюдения за изменением атмосферного давления позволяют предсказывать погоду. Например, при повышении давления в зимний период погода становится морозней, а летом – жаркой. Пониженное атмосферное давление способствует появлению облачности, выпадению осадков. Поэтому постоянно знать величину атмосферного давления и контролировать его изменения необходимо не только ученым, медикам, но и всем нам.

Атмосферное давление

Атмосферное давление, как правило, изменяется в зависимости от изменений погодных условий. Зачастую давление падает перед ненастной погодой, повышается – перед хорошей. Ведение учета изменения давления позволяет определить перемещение циклонов и направление ветров.

На самочувствие человека, проживающего долгое время в определенной местности, изменение характерного давления зачастую не влияет. В случаях, когда происходят непериодические колебания атмосферного давления, даже у здоровых людей появляется головная боль, падает работоспособность и ощущается тяжесть тела.

Изменение атмосферного давления также влияет на многие технологические процессы. Например, при переработке нефтепродуктов, где давление является одним из основных контролируемых технических параметров; хлебо-булочное производство, где показания давления сильно влияют на влажность полуфабрикатов из теста; в авиационной промышленности это очень важный параметр, оказывающий влияние на сроки и условия эксплуатации.

Приборы для измерения атмосферного давления

На сегодняшний день существует несколько видов барометров, с помощью которых осуществляют измерение давления воздуха:

Ртутные барометры являются более точными и надежными по сравнению с анероидами, по ним проверяют работу других видов барометров. Высота давления в них определяется по высоте столба ртути. Метеорологические станции оборудованы чашечными барометрами.

Измерение атмосферного давления с помощью термогигрометра

Атмосферное давление измеряется не только с помощью различных видов барометров, но и такими универсальными цифровыми приборами, как термогигрометры. Несмотря на то, что основная задача данных устройств – определение относительной влажности и температуры, они прекрасно справляются и с измерением давления воздуха, показывая максимально точные величины. Поэтому такие многофункциональные приборы приобрести намного выгоднее, чем устаревшие барометры и психрометры.

АО «ЭКСИС» предлагает Вашему вниманию огромный ассортимент электронных измерителей давления и других контрольно-измерительных приборов высокого качества и всегда по доступным ценам.

В частности, в нашей копании Вы сможете приобрести следующие модели термогигрометров:

Все модели термогигрометров имеют интерфейс связи с ПК посредством USB, RS-232 и могут крепиться к стене.

Источник

Атмосферное давление

Атмосферное давление — давление атмосферы на все находящиеся в ней предметы и Земную поверхность. Атмосферное давление создаётся гравитационным притяжением воздуха к Земле. Атмосферное давление измеряется барометром. Нормальным атмосферным давлением называют давление на уровне моря при температуре 15 °C. Оно равно 760 мм рт.ст. (Международная стандартная атмосфера — МСА, 101 325 Па ).

Содержание

История

Изменчивость и влияние на погоду

Атмосферное давление уменьшается по мере увеличения высоты, поскольку оно создаётся лишь вышележащим слоем атмосферы. Зависимость давления от высоты описывается т. н. барометрической формулой.

На картах давление показывается с помощью изобар — изолиний, соединяющих точки с одинаковым приземным атмосферным давлением, обязательно приведенным к уровню моря.

Атмосферное давление — очень изменчивый метеоэлемент. Из его определения следует, что оно зависит от высоты соответствующего столба воздуха, его плотности, от ускорения силы тяжести, которая меняется от широты места и высоты над уровнем моря.

Стандартное давление

Барическая ступень

Высота, на которую надо подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1 гПа (гектопаскаль), называется барической (барометрической) ступенью. Барической ступенью удобно пользоваться при решении задач, не требующих высокой точности, например для оценки давления по известной разности высот. Из основного закона статики барическая ступень (h) равна: h=-∆z/∆p=1/gρ [м/гПа]. При температуре воздуха 0 °C и давлении 1000 гПа, барическая ступень равна 8 м/гПа. Следовательно, чтобы давление уменьшилось на 1 гПа нужно подняться на 8 метров.

С ростом температуры и увеличением высоты над уровнем моря она возрастает (в частности, на 0,4 % на каждый градус нагревания), то есть она прямо пропорциональна температуре и обратно пропорциональна давлению. Величина, обратная барической ступени, — вертикальный барический градиент, то есть изменение давления при поднятии или опускании на 100 метров. При температуре 0 °C и давлении 1000 гПа он равен 12,5 гПа.

Приведение к уровню моря

Приведение давления к уровню моря производится на всех метеостанциях, посылающих синоптические телеграммы. Чтобы давление было сравнимо на станциях, расположенных на разных высотах, на синоптические карты наносится давление, приведённое к единой эталонной отметке — уровню моря. При приведении давления к уровню моря используют сокращенную формулу Лапласа: z₂-z₁=18400(1+λt)lg(p₁/p₂). То есть, зная давление и температуру на уровне z₂ можно найти давление (p₁) на уровне моря (z₁=0).

Вычисление давления на высоте h по давлению на уровне моря P_o и температуре воздуха T:

где P_o — давление Па на уровне моря [Па]; M — молярная масса сухого воздуха 0,029 [кг/моль]; g — ускорение свободного падения 9,81 [м/с²]; R- универсальная газовая постоянная 8,31 [Дж/моль К]; T — абсолютная температура воздуха [К], T = t + 273, где t — температура в °C; h — высота [м].

Источник

Известно, что атмосферное давление при скачках влияет на самочувствие и здоровье человека. На каждого третьего жителя Земли воздействует притяжение воздуха к поверхности.

Давайте разберёмся, что это за понятие и почему оно негативно влияет на самочувствие.

Что такое атмосферное давление и как его измеряют

Определение атмосферного (барометрического) давления – давление воздуха на присутствующие в нём объекты и на поверхность. Замеряют его барометрами или термогигрометрами.

Используют следующие единицы:

При предположении, что температура воздуха неизменна, давление понижается при подъёме по экспоненте. Для высот приблизительно до 100 км оно вычисляется по формуле:

[warning]Это интересно: максимальное давление на уровне моря было зафиксировано 31.12.1968 г. в населённом пункте Агата Красноярского края и достигло 812 мм. рт. ст. Наименьшее значение имело место 24.09.1958 г. в центре тайфуна поблизости Филиппин и не превысило 654,8 мм. рт. ст.[/warning]

Нормальное давление атмосферы

Обычное давление равно 760 мм рт. ст. При этом люди ощущают комфорт или хорошо себя чувствуют.

Давление не устойчивое и колеблется ежесуточно. Однако организм способен спокойно выдерживать широчайший диапазон значений. Так, в г. Мехико средняя величина не больше 570 мм рт. ст. (за счёт нахождения на значительной высоте).

Изменения не ощущаются людьми. Допустим, ночью столб ртути повышается на 1-2 единицы. Скачки в 5-10 и более пунктов способны вызвать болезненные ощущения, а внезапные сильные колебания способны даже приводить к смерти. Например, потеря сознания случается при снижении давления на 30 пунктов, т. е. на высоте 1000 метров.

Материк или определённую страну можно разделить на зоны с различной нормой показателя. Оптимальная величина определяется зоной постоянного местожительства. Организм человека способен делать подстройку под непривычные условия природы.

Банальная акклиматизация на курортах служит примером этому. Бывает, перестроиться человек не в силах. Так, проживающие в горах испытывают плохое самочувствие в низинных территориях, как бы долго не проживали там.

Тем самым величина стандартного давления чётко установлена. А комфортное значение имеет широкий спектр. Оно индивидуально и определяется привычной средой. При продолжительной акклиматизации отрицательное воздействие минимизируется.

Высокое и низкое атмосферное давление

Низкие значения служат причиной возникновения симптоматики, аналогичной с поднятием в гору. Недостаток объёма кислорода вызывает одышку, пульс становится чаще, в висках возникают болевые ощущения и сдавливает голову.

Все это представляет угрозу для болеющих гипертонией и атеросклерозом, так как вызывает сгущение крови, недостаток кислорода и увеличение числа кровяных тел. Сердце и сосуды функционируют в усиленном режиме, что способствует подъёму давления крови, тахикардии и аритмии. Очень опасно для пожилых лиц.

Также часто наблюдаются головокружения и мигрени, больше риск приступов у страдающих аллергией и астмой. Маловосприимчивые, здоровые и лица молодого возраста чувствуют желание спать и упадок сил.

В зонах повышенных значений погода имеют спокойный характер, в небе почти нет облаков, а ветровые порывы несильные. Наблюдается засушливая и жаркая погода.

В зонах низкого давления много облаков, дождливо и ветрено. За счёт таких областей летом приходит прохлада с дождями, в небе масса облаков, а зимой идут снегопады.

Большое различие в двух зонах служит фактором, вызывающем ураганы и штормы.

Повышенные значения пагубно действуют на страдающих от пониженного давления крови, негативно влияют на пищеварение, сердце и сосуды.

Атмосферное давление – норма для человека

Люди могут привыкать к переменам. Не надо огорчаться, если выяснилось, что живёте в регионе пониженного давления. Допустим, обитатели небоскрёбов снижения не чувствуют, хотя быстрый подъём на 100 м — это сильный стресс.

В среднеазиатской зоне норма немного снижена (715-730 мм рт. ст.). Для средней полосы РФ нормой будет 730-770 мм рт. ст.

Организм может приспосабливаться к разной высоте. По мнению медиков, если давление не имеет крайне опасного действия на людей, то это вариант нормы. Всё зависит от адаптации. Часто врачи относят к норме величины от 750 до 765 мм рт. ст.

В Москве норма 747-749 мм рт. ст.

Так как Новосибирск располагается на высоте 120-130 м., то нормой считается 750 мм рт. ст.

Норма в Нижнем Новгороде в заречной зоне — 754 мм рт. ст., в нагорной — 747.

[advice]Стоит отметить: нет общего наилучшего показателя. Есть территориальные нормы. Люди способны безболезненно переносить скачки значений, если это проходит постепенно.[/advice]

Чем здоровее образ жизни и чем чаще удаётся соблюсти распорядок дня (подъём, долгий сон ночью, соблюдение обычной диеты), тем слабее подвергается человек метеорологической зависимости.

Источник