История изобретения барометра

Впервые идею создания барометра предложил Галилей (1564-1642), а осуществили ее его знаменитые ученики в 1643 г. — Эванджелисто Торричелли и Вивиани («Трубка Торричелли»).

Имя Торричелли (1608-1647) навсегда вошло в историю естественных наук как имя человека впервые доказавшего существование атмосферного давления и получившего «торричеллеву пустоту».

Весьма поучительна история атмосферного давления. В 1595 г. к Галилею обратились с просьбой объяснить, почему насосы не поднимают воду с глубины, превышающей 10 м. Галилей привлек к объяснению гипотезу, которая утвердилась со времен Аристотеля: природа боится пустоты.

Боязнью пустоты объясняли множество физических явлений. Прежде всего сам факт механического движения. Согласно Аристотелю, Вселенная заполнена материей, и если какое-либо тело перемещается, в то место, где оно только что было, устремится материя. Стрела, выпущенная из лука, летит потому, что ее толкает воздух, устремляющийся в образующуюся сзади пустоту.

Боязнью пустоты объясняли всасывание, прилипание двух гладко отшлифованных пластинок, явление сцепления, поднятие воды в насосах.

Галилей не нашел ответа на вопрос и отделался шуткой: очевидно, природа боится пустоты до высоты 10 м. Фактом, установленным практикой, была поставлена проблема. Галилей искал решение сам и привлек к ней своих учеников Эванжелиста Торричелли (1608 — 1647) и Винченцо Вивиани (1622 — 1703). Торричелли пришла мысль исследовать, до какой высоты будет «бояться пустоты» ртуть. В 1644 г. он предложил Вивиани выполнить тот классический опыт, который около 300 лет повторяется в школах всего мира. Стеклянная трубка длиной около метра была наполнена ртутью. Открытый конец был закрыт пальцем, трубку опустили в сосуд с ртутью и предоставили ей, возможность опускаться. Столб остановился на высоте 760 мм. С этого момента ведет свое начало понятие нормального атмосферного давления. День, когда Торричелли и Вивиани проводили опыт, был ясный, солнечный, давление было точно равно 760 мм рт. ст.

Что такое барометр?

Барометр (рис. 1) - (от греч. baros — тяжесть, вес и metreo — измеряю), прибор для измерения атмосферного давления. Наиболее распространены: жидкостные барометры, основанные на уравновешивании атмосферного давления весом столба жидкости; деформационные барометры, принцип действия которых основан на упругих деформациях мембранной коробки; гипсотермометры, основанные на использовании зависимости точки кипения некоторых жидкостей, например воды, от внешнего давления.

Наиболее точными стандартными приборами являются ртутные барометры: ртуть благодаря большой плотности позволяет получить в барометры сравнительно небольшой столб жидкости, удобный для измерения. Ртутные барометры представляют собой два сообщающихся сосуда, наполненных ртутью; одним из них служит запаянная сверху стеклянная трубка длиной около 90 см, не содержащая воздуха. За меру атмосферного давления принимается давление столба ртути, выраженное в мм рт. ст. или в мб.

Для определения атмосферного давления в показания ртутного барометра вводят поправки: 1) инструментальную, исключающую погрешности изготовления; 2) поправку для приведения показания барометра к 0°С, т.к. показания барометра зависят от температуры (с изменением температуры меняется плотность ртути и линейные размеры деталей барометра); 3) поправку для приведения показаний барометра к нормальному ускорению свободного падения (gn = 9,80665 м/сек²), она обусловлена тем, что показания ртутных барометров зависят от географической широты и высоты над уровнем моря места наблюдений.

В зависимости от формы сообщающихся сосудов ртутные барометры подразделяют на 3 основных типа: чашечные, сифонные и сифонно-чашечные. Практически применяют чашечные и сифонно-чашечные барометры. На метеорологических станциях пользуются станционным чашеч‑­

ным барометром. Он состоит из барометрической стеклянной трубки, опущенной свободным концом в чашу С. Вся барометрическая трубка заключена в латунную оправу, в верхней части которой сделана вертикальная прорезь; на краю прорези нанесена шкала для отсчёта положения мениска ртутного столба. Для точной наводки на вершину мениска и отсчёта десятых долей применяется особый визир n, снабженный нониусом и перемещаемый винтом b. Отсчёт высоты ртутного столба производят по положению ртути в стеклянной трубке, а изменение положения уровня ртути в чашке учитывается применением компенсированной шкалы так, что отсчёт по шкале получается непосредственно в миллибарах. При каждом барометре имеется небольшой ртутный термометр T для введения температурной поправки. Чашечные барометры выпускаются с пределами измерения 810—1070 мб и 680—1070 мб; точность отсчёта 0,1 мб.

В качестве контрольного применяется сифонно-чашечный барометр. Он состоит из двух трубок, опущенных в барометрическую чашу. Одна из трубок закрыта, а другая сообщается с атмосферой. При измерении давления винтом поднимают дно чашки, подводя мениск в открытом колене к нулю шкалы, а затем отсчитывают положение мениска в закрытом колене. Давление определяют по разности уровней ртути в обоих коленах. Предел измерения этого барометра 880—1090 мб, точность отсчёта 0,05 мб.

Все ртутные барометры — абсолютные приборы, т.к. по их показаниям непосредственно измеряют атмосферное давление.

Анероид (рис. 2) - (от греч. а — отрицательная частица, nerys — вода, т. е. действующий без помощи жидкости), барометр-анероид, прибор для измерения атмосферного давления. Приёмной частью анероида служит круглая металлическая коробка А с гофрированными основаниями, внутри которой создано сильное разрежение. При повышении атмосферного давления коробка сжимается и тянет прикрепленную к ней пружину; при понижении давления пружина разгибается и верхнее основание коробки поднимается. Перемещение конца пружины передаётся стрелке В, перемещающейся по шкале С. (В последних конструкциях вместо пружины применяют более упругие коробки.) К шкале анероида прикреплен дугообразный термометр, который служит для внесения поправки в показания анероида на температуру. Для получения истинного значения давления, показания анероида нуждаются в поправках, которые определяются сравнением с ртутным барометром. Поправок к анероиду три: на шкалу — зависит от того, что анероид неодинаково реагирует на изменение давления в различных участках шкалы; на температуру — обусловлена зависимостью упругих свойств анероидной коробки и пружины от температуры; добавочная, обусловленная изменением упругих свойств коробки и пружины со временем. Погрешность измерений анероида составляет 1-2 мб. Вследствие своей портативности анероиды широко применяются в экспедициях, а также как высотомеры. В последнем случае шкалу анероида градуируют в метрах.

Его назначение.

Давление есть сила, действующая на единицу площади поверхности. Земная атмосфера, простирающаяся на сотни километров вверх, оказывает давление на поверхность Земли; барометр и служит для измерения этого давления. Атмосферное, или барометрическое, давление измеряется в миллиметрах ртутного столба и в паскалях (см. ниже).

Изменения атмосферного давления, как правило, бывают связаны с изменениями погодных условий. Давление обычно падает перед ненастьем, а его повышение предвещает хорошую погоду. Отмечая на карте изменения давления, можно определять направление ветров и перемещение циклонов. Линии равного давления называются изобарами от греч. isos (равный) и baros (тяжесть). Барометры были приспособлены для измерения высоты, так как давление атмосферного воздуха уменьшается с увеличением высоты над уровнем моря. Такими приборами (альтиметрами) оборудуются самолеты, их берут с собой альпинисты.
Существуют два основных типа барометров — ртутный и анероид. Ртутный барометр более точен и надежен, чем анероид. Анероид же более компактен и удобен, его можно сделать карманным.

Ртутный барометр. Ртутный барометр показывает атмосферное давление как высоту ртутного столба, которую можно измерить по прикрепленной рядом шкале. В простейшем виде он представляет собой наполненную ртутью стеклянную трубку длиной около 80 см, запаянную на одном конце и открытую с другого, погруженную открытым концом в чашку (иногда называемую цистерной) со ртутью. В барометрической трубке нет воздуха, и пространство в ее верхней части называется торричеллиевой пустотой.
Чтобы сделать ртутный барометр, нужно сначала наполнить трубку ртутью. Затем, закрыв открытый конец трубки, погрузить его в ртуть, находящуюся в чашке. Стоит отнять преграду с погруженного конца трубки, как ртуть в трубке опустится настолько, что давление ее столба уравновесится атмосферным давлением, действующим на поверхность ртути в чашке. После этого атмосферное давление можно измерить как высоту h столба ртути, который оно уравновешивает. При изменении атмосферного давления высота столба будет изменяться. Среднее атмосферное давление равно 760 мм рт.ст. (1 мм рт.ст. равно 133,3 Па).

Анероид. В анероиде жидкости нет (греч. "анероид" — "безводный"). Он показывает атмосферное давление, действующее на гофрированную тонкостенную металлическую коробку, в которой создано разрежение. При понижении атмосферного давления коробка слегка расширяется, а при повышении — сжимается и воздействует на прикрепленную к ней пружину. На практике часто используется несколько (до десяти) анероидных коробок, соединенных последовательно, и имеется рычажная передаточная система, которая поворачивает стрелку, движущуюся по круговой шкале, проградуированной по ртутному барометру. Как и у сифонного ртутного барометра, на шкале анероида могут быть сделаны надписи ("дождь", "переменно", "ясно", "очень сухо"), указывающие на погодные условия. Анероид меньше ртутного барометра, и его показания легче снимать. Им можно пользоваться в экспедиционных условиях, на морских судах, самолетах и пр. Если к его стрелке прикрепить перо, то он будет записывать показания. Такие барографы, т. е. анероиды, регистрирующие барометрическое давление, имеются на всех метеостанциях.

……………………………………………………………………………………….

Барометр является ключевым инструментом в практике прогноза погоды на море. Барометр измеряет атмосферное давление, которое определяется весом воздуха над нами (от верхней границы атмосферы до поверхности моря). Если давление высокое, то это означает, что имеется большое количество воздуха над нами, если низкое, то воздуха меньше, чем где-либо вокруг, дальше от нас. Это невозможно заметить на глаз, так как воздух невидим. Физическая сущность атмосферного давления подробно описана нами в статье «Откуда берется ветер».
Мы заинтересованы в атмосферном давлении потому, что оно информирует нас о распределении воздушных масс вокруг нас и об ожидаемых ветрах, которые возникают, когда воздух перетекает из областей с высоким атмосферным давлением в регионы с низким давлением. Чем больше разность давлений над соседними территориями, тем сильнее будет ветер.
В прогнозах погоды на море и на метеокартах принято отражать атмосферное давление в миллибарах (mb). Нам нужно знать является ли переданное официальным прогнозом или снятое с яхтенного барометра давление высоким или низким, а его изменение большим или малым. Для этого необходимо помнить, что «стандартное» атмосферное давление составляет 1013 mb, но для каждой местности и времени года оно может немного отличаться от этой цифры.
На метео картах давление указано только двумя последними цифрами (предыдущие опущены). 1024 будет показано как «24», или 996 как «96». В большинстве случаев действительное давление в центрах циклонов и антициклонов пишется полностью и подчеркивается, но индивидуальные изобары (линии одинакового давления) имеют только две цифры. Обычно изобары прочерчены с интервалом в 4 mb на картах USA, хотя карты других стран могут иметь интервал от 2 mb (Австралия) и до 5mb на Европейских картах.

Типы барометров:

Поиск по сайту: