Этот фактор заставляет биметаллическую полосу изгибаться относительно компонента с наименьшим коэффициентом расширения. Изгибающее движение может использоваться для перемещения стрелки или для сжатия вакуумной капсулы барометра для компенсации температурных колебаний.
Кто придумал барометр и когда его изобрели – история создания прибора
Барометр — это прибор для измерения атмосферного давления. Это довольно известное устройство, созданное в семнадцатом веке. Однако не все знают, кто именно изобрел барометр. Официально считается, что прибор был разработан итальянским физиком и математиком Эванджелисто Торричелли. Вначале это были ртутная пластина и пробирка. Впоследствии дизайн несколько раз менялся.
- Первые попытки изобрести барометр
- Исследования Галилео и Берти
- Вклад Торричелли
- Последующие исследования
- Изобретение анероидного барометра
- Интересные факты
Первые попытки изобрести барометр
Считается, что барометр был изобретен Эванджелисто Торричелли в 1643 году. Однако считается, что Гаспаро Берти экспериментировал с водяным барометром еще раньше. Его работы датируются 1640-1643 годами.
Исследования Галилео и Берти
Гаспаро Берти родился в Мантуе, но большую часть своей жизни провел в Риме. Ученый прославился благодаря эксперименту, в ходе которого он создал работающий барометр. Историки спорят о том, когда это произошло, и считают наиболее вероятным период с 1640 по 1643 год.
Еще в 1630 году Джованни Батиста Бальяни написал письмо Галилею. Там он говорит, что насос его сифона не мог поднять воду более чем на 10 метров. Галилей ответил, что, вероятно, вакуум поднял воду и что его сила не может удержать больше жидкости.
Мысли Галилея вскоре стали известны в Риме. Затем Гаспаро Берти провел эксперимент вместе с Рафаэлем Маджотти. В ходе эксперимента ученые хотели проверить, существует ли вакуум. Для этого Берти сделал трубку длиной 11 метров, наполнил ее водой и запечатал с двух сторон. Затем ученый погрузил один конец в воду и открыл его. Часть жидкости вышла, но около 10 метров оставались полными.
Вклад Торричелли
Только в 1643 году ученикам Галилея Эванджелисто Торричелли и Винченцо Вивиани удалось реализовать гипотезы знаменитого ученого. Торричелли впервые удалось доказать существование атмосферного давления. Вместе со своим ассистентом Вивиани он провел эксперимент. Для этого он взял трубку, запаянную с одного конца, и наполнил ее ртутью. Затем он погрузил его в емкость с ртутью. В результате ртуть в трубке поднималась на определенную высоту, и над ней создавался вакуум.
При увеличении атмосферного давления количество вещества в трубке увеличивается, а при уменьшении атмосферного давления — уменьшается. Прибор Торричелли был первым ртутным барометром. Однако у этого устройства был один существенный недостаток. Конструкция прибора делала его практически невозможным для использования в повседневной жизни, поскольку существовал высокий риск утечки ртути, что было опасно для здоровья.
Последующие исследования
Это не было концом барометра. Многим интересно, кто именно придумал весы этого устройства. Это сделал британский ученый Роберт Гук в 1670 г. Низкое давление на шкале обещало скорое наступление бури или грозы, а высокое давление — хорошую погоду.
Следующим шагом в развитии науки стала разработка гидробарометра. Его история началась в 1657 году благодаря исследователю Отто фон Герике. Проект ученого включал в себя длинную медную трубку. Его нижняя часть погружалась в резервуар с водой, а верхняя часть оснащалась специальным краном и подключалась к воздушному насосу.
После того как из трубы был выкачан воздух, вода поднялась на высоту 19 локтей. Затем исследователь выключил кран и отсоединил барометр от насоса. Наконец, исследователь обнаружил, что существует четкая зависимость между погодными условиями и высотой воды в трубе. В 1660 году он использовал свой прибор, чтобы предсказать сильнейшую бурю в Магдебурге за 2 часа до ее начала, к большому удивлению местного населения.
Изобретение анероидного барометра
Ртутный барометр был заменен анемометром. Идея принадлежит немецкому ученому Готфриду Лейбницу. Приборы без ртути назывались «анаэроид». В переводе с греческого это означает «свободный от воды».
Первое устройство такого рода было разработано французским первооткрывателем Люсьеном Види. Его устройство выглядело как цилиндр из гофрированного металла. После того как из цилиндра был выкачан воздух, образовалось разреженное пространство. Когда давление повышается, цилиндр сжимается, а когда давление падает, он расширяется.
К крышке цилиндра была прикреплена пружина, которая соединялась со стрелкой на манометре. Он также показал параметры атмосферного давления. Информация, которую можно было получить с помощью анемометра-барометра, была менее точной, чем у ртутного и водяного приборов. Однако было установлено, что его безопаснее и удобнее использовать в домашних условиях.
В конце семнадцатого века барометры начали широко использоваться для прогнозирования погоды. Их основной целью было определение приближения ураганов. С середины восемнадцатого века барометры использовались в качестве декоративных элементов в интерьерах. В девятнадцатом веке ртутные и все другие приборы на основе жидкостей были почти полностью заменены анаэроидными приборами.
Кто изобрел?
Принято считать, что ртутный барометр был разработан в 1644 году молодым итальянским физиком и математиком Эванджелистой Торричелли. Он был учеником великого ученого Галилео Галилея и внес важный вклад в такие науки, как математика, механика, гидравлика и оптика. Однако в истории физики его помнят как человека, который впервые продемонстрировал атмосферное давление и собрал первый в мире барометр.
До середины XVII века греческий философ и ученый Аристотель считал, что жидкость в насосе движется за поршнем, потому что «природа не терпит вакуума». Но когда во Флоренции были построены фонтаны, оказалось, что вода в насосах не может подниматься выше 33 или 34 футов. Архитекторы обратились за помощью к старику Галилею, который поручил решение проблемы ученику Вивиани Торричелли, который обнаружил, что чем больше плотность жидкого вещества, поднимающегося за цилиндрической частью, тем меньше ее высота.
В 1643 году в результате экспериментов Эванджелиста Торричелли пришел к выводу, что пространство над ртутью в трубке пустое и что жидкая ртуть не возвращается в сосуд, потому что атмосферный воздух оказывает давление на ее поверхность, и поэтому она имеет вес.
Ртутный барометр, изобретенный итальянским ученым, был описан (наряду с другими его открытиями) в «Opera geometrica».
Устройство
Простой ртутный барометр представляет собой стеклянную трубку длиной около 80 см и диаметром 3 мм, закрытую с одного конца и открытую с другого. В нем содержится ртуть. Открытый конец вертикально установленной трубки погружен в ртутный резервуар, поэтому прибор часто называют мензурным барометром. В этом стеклянном сосуде нет воздуха, а пространство, насыщенное водяным паром в верхней части, называется вакуумом Торричелли (по фамилии изобретателя, конечно). К стеклянной трубке прикреплена шкала для измерения высоты столба ртути.
Принцип работы
Высота столбика ртути в стеклянной трубке указывает на атмосферное давление. Ртуть в стеклянном контейнере поднимается или опускается под действием атмосферного давления, маленький поплавок указывает на движение ртутной массы. Он замерзает в точке, которая показывает уровень жидкости в миллиметрах. Нормальным считается давление в 760 миллиметров ртутного столба (мм рт. ст.).
Если показания выше этого значения, это означает повышение атмосферного давления, а результат ниже нормы означает снижение давления.
Под давлением
Торричелли и Вивиани провели серию экспериментов и пришли к выводу, что вода заполняет вакуум не «из страха перед вакуумом», а из-за эффекта атмосферного давления. Атмосфера давит на поверхность источника и заставляет воду течь туда, где есть свободное пространство — в трубку насоса, куда поршень выкачал воздух, создав вакуум, зону низкого давления. Однако вода тяжелее воздуха, и давление столба воздуха длиной в несколько километров равно давлению столба воды длиной в 10 метров. Поэтому атмосферное давление может «сжать» воду только на 10 метров, затем атмосферное давление и давление воды уравновешивают друг друга.
Под воздействием атмосферного давления (P1) вода поднимается из источника в вакуум, пока ее толщина (P2) не сравняется с давлением атмосферы, т.е. примерно до 10 метров. Давление всей атмосферы (1000 км) уравнивается давлением 10-метрового столба воды или 760 мм ртутного столба.
Вакуум (от лат. vacuus — пустой) — пространство без вещества. Невозможно создать полный вакуум. На практике вакуум — это среда, в которой небольшое количество газа создает давление значительно ниже атмосферного.
Проверка ртутью
Торричелли проверил свои результаты, заменив воду более плотной и тяжелой жидкостью — ртутью. Он наполнил стеклянную трубку длиной 1 м, запаянную с одного конца, ртутью и погрузил открытый конец трубки в ртуть в открытом сосуде. Часть ртути попала в контейнер и создала в трубке вакуум — «вакуум Торричелли». Но столбик ртути оставался в трубке на высоте 760 мм — его вес компенсировал давление атмосферы. Так, в 1643 году Торричелли первым измерил атмосферное давление и изобрел ртутный барометр. Как наиболее точный прибор для измерения атмосферного давления, ртутный барометр используется и сегодня, а в прогнозах погоды говорится: «Атмосферное давление в норме и составляет 760 мм ртутного столба».
Давление и погода
Люди и животные не ощущают тяжести атмосферного давления, поскольку оно уравновешивается нашим кровяным давлением. Но когда кровяное давление повышается или понижается, люди чувствуют себя плохо — они начинают ощущать либо силу собственного кровяного давления, либо силу давления атмосферы.
Атмосферное давление также не является постоянным. В атмосфере существуют циклоны — атмосферные вихри, где давление ниже (до 560 мм рт. ст.), и области высокого давления (до 816 мм рт. ст.) — антициклоны. Вихри и антициклоны медленно перемещаются над поверхностью Земли, влияют на ощущения людей и определяют погодные условия. Циклон низкого давления «притягивает» влагу и вызывает облака, дождь и снегопад. Высокое антициклоническое давление, напротив, вызывает скопление водяного пара вне зоны своего влияния, что приводит к ясной, сухой погоде. Измеряя давление, можно предсказывать погоду. Давление измеряется с помощью барометра.
