Из школьных уроков физики мы знаем, что давление воздуха непостоянно — оно меняется в зависимости от погодных и климатических условий. Изменения давления в верхних и нижних слоях атмосферы связаны с изменениями погоды.
Барометр — прибор для измерения атмосферного давления
Барометр, прибор для измерения давления воздуха на окружающие предметы, был изобретен в XVII веке выдающимся итальянским ученым Э. Торричелли. Первоначально он выглядел как маркированная стеклянная трубка с ртутью внутри. Ртутный столбик в момент измерения составлял 760 мм и сейчас считается нормальным давлением, по которому судят о повышении или понижении давления. Этот тип приборов и сегодня используется на различных метеостанциях и в научных лабораториях благодаря своей высокой точности.
Два века спустя, после многочисленных испытаний и с учетом работ выдающегося немецкого ученого Якоба Лейбница, французский инженер и изобретатель Люсьен Види запустил свое «детище» — усовершенствованный барометр-анероид (от греческого слова «aneuros», означающего «без влаги»), который был гораздо безопаснее в использовании и легче по весу.
Такие сорта существуют и сегодня:
Принцип работы барометра
Внешне жидкостный барометр выглядит как стеклянные трубки, которые взаимодействуют друг с другом как сообщающиеся сосуды в соответствии с гидростатическими законами. Они заполнены ртутью или другими легкими жидкостями (глицерин, масло).
Чашка — стеклянная трубка с закрытым концом и чашкой; показания давления определяются путем измерения высоты столба жидкости, который начинается на уровне чашки и заканчивается на верхнем конце мениска.
Сифонный барометр
Сифон — трубка с закрытым длинным концом, сифонная чашка — две трубки, одна открытая, другая закрытая + чашка, в которой измерение давления воздуха определяется путем определения разницы в высоте столба жидкости в первой и второй трубках.
Классификация и виды
На практике используются три типа барометров, принцип действия которых различается при определении атмосферного давления:
- Ртутный барометр. Он состоит из вертикальной стеклянной трубки, выполненной в виде откалиброванной шкалы. Верхний конец этой трубки запаян, а другой конец находится в маленькой чашке с ртутью. Ртутные барометры часто используются на уроках физики в школах. По аналогичному принципу действует и менее точный водный барометр, только объём трубки заполняется не опасной для человека ртутью, а подкрашенной водой.
- Барометр-анероид. Он не содержит жидкости и состоит из небольшой гибкой металлической коробки, называемой анероидной капсулой, которая изготовлена из сплава бериллия с медью. Металлическая коробка плотно закрыта, поэтому изменения атмосферного давления за пределами коробки вызывают расширение или сжатие пружин внутри коробки.
- Электронный барометр цифрового типа, который широко используется в современных домашних и профессиональных метеостанциях, а также в различных современных приборах. Он состоит из чувствительного узла обнаружения, который реагирует на изменение давления воздуха.
Кроме того, существуют импровизированные барометры, которые дают результаты, достаточные для практического наблюдения за погодой.
Как работает барометр?
Ртутный барометр показывает изменение положения ртутного столба для заданного положения (барометрическое давление на уровне моря принимается за 0). Во время циклонической физической активности давление снижается, что приводит к соответствующему уменьшению высоты ртутного столба. Когда циклон уступает место контрциклону, низкое атмосферное давление сменяется более высоким атмосферным давлением, что приводит к повышению уровня ртути в стеклянной трубке.
В анемометре одним из показателей изменения давления является линейное расширение материала диска. Существует целый класс сплавов, которые отличаются определенными значениями коэффициента линейного расширения. Наиболее часто используются немагнитный, коррозионностойкий сплав на основе никеля 36НХТЮ (ЭИ702) или бериллиевая бронза БрБ2.
Те же марки сплавов используются в регистрирующих датчиках электронных барометров, а результат изменения их размеров отображается на экране. Эти приборы также учитывают изменения температуры воздуха. Это, в свою очередь, влияет на электропроводность материала. Изменение емкости влияет на интенсивность электрического тока, проходящего через датчик, который регистрирует изменения давления воздуха.
Таким образом, ртутные барометры, анемометры и цифровые барометры работают на одном и том же физическом принципе расширения и сжатия в зависимости от температуры окружающей среды, хотя и по-разному.
Как пользоваться барометром?
Точность показаний зависит не только от прибора, но и от того, где вы его размещаете и в каких условиях храните. При установке барометра учитывайте следующее:
- Всегда размещайте барометр в затенённой зоне, вдали от источников тепла.
- Избегайте областей, которые подвергаются воздействию ветра или сквозняков.
- Прибор следует располагать на устойчивой ровной поверхности (это особенно важно для ртутных и водных барометров)
Некоторые типы домашних барометров (например, Utyos BTK-CH) отличаются не только высокой точностью, но и привлекательным внешним видом, поэтому их часто используют в качестве декоративного элемента в интерьере. В конструкции предусмотрена стрелка, движение которой позволяет судить об интенсивности изменения давления.
Барометр БАММ-1 имеет более простую конструкцию и предназначен для использования на метеорологических станциях. Он не имеет пружин и поэтому менее требователен к условиям эксплуатации. Точность находится на одном уровне с электронными барометрами.
Контрольный барометр М-67 оснащен дисплеем и отличается высокой точностью показаний, но имеет только горизонтальное рабочее положение, что не всегда практично.
Типы барометров
Все барометры делятся на 2 основные группы: механические и электронные барометры. Поскольку мы знаем, кто изобрел самый простой барометр, важно рассмотреть различия между имеющимися вариантами. Даже в 21 веке производители продолжают выпускать усовершенствованные модели, которые отличаются высоким уровнем функциональности.
Механический барометр
Эти устройства основаны на ртути. Использование механических барометров в домашних условиях считается опасным, поскольку ртуть токсична. В домашних условиях используются только безжидкостные механические барометры (анаэроидные), но они менее дорогие.
На задней стороне каждого механического барометра имеется регулировочный винт. Рекомендуется регулярно регулировать его, чтобы сделать его более точным.
На передней панели есть еще один указатель, но он не связан с механизмом. Его можно активировать только вручную.
С помощью переднего дисплея можно следить за изменениями атмосферного давления в течение нескольких дней.
Для записи текущего показания индикатор должен быть совмещен с текущим показанием (которое определяется тыльной стороной руки). Регулярно проверяя положение этих двух индикаторов, вы сможете следить за изменениями погоды.
Механические барометры выпускаются в настольном и настенном исполнении. Они часто используются в учебных заведениях и офисах.
Электронный барометр
Современные устройства являются электронными и работают с анемометром, сигнал которого преобразуется в электрический потенциал. Затем сигнал обрабатывается микропроцессором.
Дисплей легко читается: вы можете настроить необходимую вам информацию.
Существуют современные электронные барометры с другими полезными функциями:
- актуальный прогноз погоды на ближайшее время;
- история изменения атмосферного давления и воздуха за последний день;
- термометр;
- дата и текущее время;
- подсветка, которая облегчает использование прибора в темное время суток;
- защита от механических факторов и попадания влаги.
Некоторые модели электронных барометров легкие и компактные, поэтому их можно превратить в портативную метеостанцию. Такие устройства полезны для рыболовов и охотников.
Электронные барометры показывают атмосферное давление в миллибарах (оптимальное значение — 1013) или в сантипаскалях (1013 гПа). В СНГ стандартом является ртутный миллибар со значением по умолчанию 760 мм рт. ст.
Советы по настройке барометра
Очень важно установить барометр, вот советы:
- Рекомендуется узнать точный показатель атмосферного давления .
- Затем используют регулировочный винт, расположенный сзади прибора.
- Отверткой устанавливают основную стрелку на величину атмосферного давления. Иногда регулировочный винт не позволяет отрегулировать стрелку. В этом случае осторожно двигают шкалу .
- В показания барометра вносят поправки при необходимости. Для этого ориентируются на инструкцию к прибору.
Эта настройка является обязательной перед использованием устройства. Измерения проводятся дважды в день в одно и то же время. При нестабильных погодных условиях следует измерять значение чаще (примерно каждые 2 часа). Перед измерением рекомендуется постучать пальцем по стеклу и уменьшить трение на приводе стрелки, чтобы обеспечить правильную фиксацию.
Особенности трактовки данных
Барометр показывает атмосферное давление. Понижение барометра указывает на ухудшение погоды, а повышение барометра — на улучшение. Также следует учитывать изменения погоды:
- Атмосферное давление может постепенно снижаться. В этом случае через 6-12 часов погода будет ненастной и ветряной.
- Давление может упасть резко. В этом случае через пару часов начнется гроза, шторм.
- Стабилизация атмосферного давления предвещает прекращение дождей, ослабление ветров и улучшение погодных условий.
Зимой высокое барометрическое давление указывает на холодную погоду, а низкое барометрическое давление указывает на более теплую температуру и дождь. Летом повышение барометрического давления указывает на приближающуюся жару, а понижение барометрического давления свидетельствует о прохладной погоде и плохой погоде. При стабильной погоде максимумы приходятся на 10 утра и 10 вечера, а минимумы — на 16.00 и 16.00.
Использование барометров по-прежнему важно для людей. С помощью современных барометров можно быстро и легко определить погодные условия.
