Атмосферное давление в физике

1. Особенности измерения
2. Измерительные приборы
3. Принцип работы и конструкция приборов
4. Подтверждение того, что атмосферное давление существует

Людям целого множества профессий обязательно нужно знать о том, что собой представляет атмосферное давление, поскольку оно напрямую связано со спецификой их работы. Атмосферное давление является величиной, с помощью которой предсказывается и прогнозируется погода. Если давление повышается, это означает, что погода будет солнечной, в то время как при понижении давления стоит ожидать ухудшения погодных условий: будет наблюдаться облачность и выпадение различных атмосферных осадков.

Под атмосферным давлением подразумевается сила, воздействующая на поверхность. Если выражаться другими словами, в каждой точке она соответствует массе вышележащего воздушного столба с основанием, которое в свою очередь соответствует единице.

Единицей измерения рассматриваемой силы является Паскаль (Па), который приравнивается силе в 1 Ньютон (Н), оказывающей воздействие на площадь в метр квадратный. В метрологии такое давление указывают в гектопаскалях с точностью вплоть до 0,1 гПа. 1 гПа соответствует 100 Па.

Относительно недавно измерение данного давления осуществлялось в миллибарах и миллиметрах ртутного столба. Измерение давления атмосферы осуществляется абсолютно каждой метеостанцией. Для того чтобы составить приземную синоптическую карту, отражающую погодные условия в конкретный промежуток времени, давление на уровне станции корректируется согласно значениям над уровнем моря. С помощью данной процедуры могут быть выделены области с циклонами и антициклонами, а также атмосферные фронты.

Определяемое при нулевой температуре среднее атмосферное давление (широта должен быть 45 градусов) находится на отметке 1013,2 гектопаскалей. Эта величина принимается за стандарт и известна как «нормальное давление».

Особенности измерения

Многие упускают из виду тот факт, что у воздуха также имеется определенный вес. У поверхности планеты его плотность составляет 1,29 кг/м3. Об этом знал еще Галилей, а его ученику Э. Торричелли удалось доказать, что воздух влияет на все тела, находящиеся на поверхности планеты. Данное открытие было названо атмосферным давлением.

Рассчитать давление атмосферы с помощью формулы для расчета давления столба жидкости невозможно, поскольку для неё нужно знать плотность и высоту столба. При этом у атмосферы отсутствует четкая граница, а с ростом высоты плотность воздуха снижается. Исходя из этого, Торричелли предложил альтернативный способ определения и нахождения давления.

Ученый взял запаянную с одной стороны стеклянную трубку примерно метр в длину, заполнил её ртутью и опустил открытой частью в чашу, в которую налита ртуть. Ртуть в небольшом количестве вылилась в чашу, при этом основная масса переходного металла осталась в трубке. Каждые сутки его количество в трубке незначительно колебалось. Давление данного металла на определенном уровне создается с помощью веса столба, так как в верхней части трубки нет воздуха. Там полный вакуум, получивший наименование «торричеллиева пустота».

Отталкиваясь от вышеизложенной информации, можно подчеркнуть, что давление атмосферы приравнивается давлению ртутного столбца. Измерив его высоту, можно узнать, какое в месте измерения атмосферное давление. Если оно увеличивается, то и ртутный столбец в трубке будет демонстрировать рост, и наоборот.

(!!!!)

(!!!!)

Измерительные приборы

Применяются следующие приборы:

• ртутные чашечные барометры СР-А (для измерения показаний на территории равнин) и СР-Б (применяется в высоких горах);
• барометры-анероиды БАММ-1;
• метеорологический барограф М-22А.

Ртутные барометры получили самое широкое распространение, поскольку они способны предоставлять наиболее точные результаты. Такие устройства необходимы для замеров давления на метеостанциях. Их размещают в специальных шкафах. Доступ к ним строго ограничивается для обеспечения безопасности, а потому с ними могут работать исключительно наблюдатели и специально обученные специалисты.

Довольно широкое распространение получили барометры-анероиды, применяемые для измерения давления атмосферы на географических стационарах для исследований маршрута и на метеостанциях. В основном их применяют с целью нивелирования.

Барографы М-22А преимущественно применяется для непрерывного процесса регистрации и фиксации различных изменений давления атмосферы. Они могут быть следующих типов:

• М-22АС, необходимые для фиксации суточных изменений;
• М-22АН, необходимые для фиксации изменений за неделю.

Принцип работы и конструкция приборов

Первым делом стоит рассмотреть чашечный ртутный барометр. Прибор состоит из заполненной ртутью стеклянной калиброванной трубки. Ее конец сверху закрыт, в то время как нижний погружен в чашу с ртутью. Чашка состоит из трех соединенных резьбой частей. Чаша включает в себя диафрагму с несколькими отверстиями, благодаря которой затрудняется колебание ртути и тем самым предотвращается попадание воздуха. В верхней части барометра такого типа предусмотрено отверстие, через которое осуществляется доступ к воздуху. В некоторых случаях отверстие может быть закрыто винтом. Поскольку в верхней части трубки прибора нет воздуха, столбик ртути будет подниматься в колбе до конкретной высоты на поверхность ртути в чаше под воздействием давления. Масса столбца соответствует величине давления атмосферы.

Внутри барометра размещается стеклянная трубка, защищенная металлической оправой, а на неё наносят шкалу измерения в миллибарах или паскалях. В верхней части оправы присутствует выполненный продольно прорез для наблюдения за положением столба ртути. Чтобы отчет был максимально точным, в конструкцию было включено кольцо с нониусом, перемещаемое по шкале посредством специального винтика.

Для определения десятых долей используют компенсированную шкалу.

Для её защиты от загрязнений в конструкции предусмотрен специальный кожух. В среднюю часть устройства был вмонтирован термометр для учета влияние температуры окружения. Отталкиваясь от его показаний вводят температурную поправку. Чтобы исключить искажения показаний, необходимо ввести такие поправки:

• температурную;
• инструментальную;
• на ускорение силы тяжести с учетом широты местности и её высоты над уровнем моря.

Для замеров рассматриваемой силы в приземных условиях прибегают к барометру-анероиду БАММ-1. В качестве чувствительного элемента был задействован блок из трех соединенных друг с другом коробок анероидного типа, соединенных друг с другом. Принцип работы барометра такого типа базируется на деформации мембранных коробок из-за воздействия давления воздуха и изменения перемещений мембран посредством механизма для передачи движения в перемещение стрелы по углам. Приемником служит анероидная коробка из металла, оснащенная крышкой и гофрированным дном, откуда полностью выкачивается воздух. Пружина оттягивает крышку коробки, защищая ее от сплющивания давлением, которое на неё оказывает воздух.

Подтверждение того, что атмосферное давление существует

Есть несколько опытов, которые могли бы подтвердить существование давления. В качестве примера можно привести опыт со стеклянной трубкой, внутри которой располагается поршень, плотно прилегающий к её стенкам. Конец трубки опускается в воду. При поднятии поршня будет подниматься и жидкость, поскольку между ними образуется безвоздушное пространство. Вода поднимается из-за оказываемого наружным воздухом давления.