Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Визначення атмосферного тиску по ртутному чашковому барометру та барометру-анероїду. Знайомство з барографом



Лабораторна робота 1. Атмосферна циркуляція

Ціль роботи: а) Оволодіти технікою визначення атмосферного тиску повітря;

б) визначити висоту будівлі барометром-анероїдом;

в) вивчити правила і методи роботи з анемометрами;

г) виміряти швидкості вітру анемометром та напрямок вітру за допомогою флюгера;

д) вивчити методики опрацьовування даних спостережень.

Матеріали та обладнання:барометр-анероїд, барограф, ртутний чашковий барометр; анемометр чашковий та крильчастий; годинник із секундною стрілкою або секундомір; термометр, градуйований до 100 0С; флюгер.

 

Теоретичні відомості

Атмосферний тиск – це гідростатичний тиск атмосферного повітря на всі об’єкти, що знаходяться в ньому. Атмосферний тиск визначається масою стовпу повітря з площею основи, яка дорівнює одиниці. Маса 1 м3 сухого повітря, якщо зважити його на рівні моря і при температурі 0 0С, дорівнює 1293 г, а на кожний квадратний сантиметр земної поверхні припадає 1033,3 г повітря.

Нормальним атмосферним тиском називають тиск, який дорівнює вазі ртутного стовпчика висотою 760 мм, що знаходиться при температурі 0 0С на широті 45 0 і на рівні моря. Такий стовпчик тисне із силою 76 0 см∙13,596 = 1033 г/см2, де 13,596 г/см3 – щільність ртуті при 0 0С.

Для вимірювання атмосферного тиску в метеорологічній практиці використовують мілібари (мб). Один бар дорівнює тиску в 106 дин/см2. Одна дина дорівнює силі, яка, діючи на масу в 1 г, надає їй прискорення в 1 0 см/с2. В одиницях СІ атмосферний тиск виражають в паскалях (Па = Н/м2). На практиці зручніше використовувати гектопаскалі (1 гПа = 100 Па = 10-1 кН/м2) з точністю до сотих. Наведемо співвідношення між барами, динами і паскалями: 1 мб = 103 дин/см2 = 107 дин/м2 = 102 Н/м2 = 1 гПа. 1 мм.рт.ст = 0,1 ∙ 13,596 ∙ 980,665 = 1333,3 дин/см2= 1,33 мб. Тут 980,665 см/с2 – прискорення сили тяжіння на рівні моря і на широті 45°. Звідси 1 мб = 0,75 мм.рт.ст. Нормальний атмосферний тиск в інших одиницях виражається так: 760 мм.рт.ст. = 76 ∙ 13,596 ∙ 980,665 = 1013,3 ∙ 103 дин/см2 = 1013,3 мб = 101330 Па. Для вимірювання атмосферного тиску в метеорологічній практиці використовують деформаційні й рідинні барометри. Найбільш поширені рідинні барометри, принцип дії яких оснований на врівноваженні атмосферного тиску вагою стовпу рідини. Принцип дії деформаційного барометра-анероїда заснований на пружинних деформаціях мембранної коробки.

Визначення швидкості руху повітря проводиться за допомогою анемометра. Існують анемометри крильчасті і чашкові. В крильчастих анемометрах основним робочим органом є алюмінієві крила, змонтовані у вигляді крильчатки (вентилятора) з кутом нахилу до площини 450, закріплені перпендикулярно до осі. Крильчатка обрамлена широким металевим кільцем. В чашковому анемометрі сприймаючою частиною є чотири порожнисті напівкулі (чашечки) із тонкої латуні, обернені випуклістю в одну сторону. В польових умовах швидкість вітру вимірюють ручним чашковим анемометром МС-13. Напрям вітру визначають у стаціонарних умовах за допомогою флюгерів різних марок (паралельно за допомогою їх визначають і швидкість вітру).

 

Визначення атмосферного тиску по ртутному чашковому барометру та барометру-анероїду. Знайомство з барографом

 

Опис приладів і принцип їх дії. Залежно від форми сполучених посудин ртутні барометри підрозділяють на 3 основних типа: чашкові, сифонові і сифоново-чашкові (рис. 1.1). Практично застосовують чашкові і сифоново-чашкові барометри. На метеорологічних станціях користуються станційним чашковим барометрами. (рис. 1.1, 2).

 

Рисунок 1.1 - Типи ртутних барометрів:

1 а — чашковий, 1 б —сифоновий, 1 в — сифоново-чашковий; 2 - станційний чашковий барометр; К — кільце, на якому підвішується барометр.

Він складається з барометричної скляної трубки, опущеної вільним кінцем в чашу С. Вся барометрична трубка поміщена в латунну оправу, у верхній частині якої зроблений вертикальний проріз; на краю прорізу нанесена шкала для відліку положення меніска ртутного стовпа. Для точного наведення на вершину меніска і відліку десятих доль застосовується особливий візир n, забезпечений ноніусом і переміщуваний гвинтом b. Відлік висоти ртутного стовпа виробляє по положенню ртуть в скляній трубці, а зміна положення рівня ртуті в чашці враховується вживанням компенсованої шкали так, що відлік за шкалою виходить безпосередньо в міллібарах. При барометрі є невеликий ртутний термометр T для введення температурної поправки. Чашкові барометри випускаються з межами виміру 810—1070 мбар і 680—1070 мбар; точність відліку 0,1 мбар. Як контрольний застосовується сифоново-чашковий барометр. Він складається з двох трубок, опущених в барометричну чашу. Одна з трубок закрита, а інша сполучається з атмосферою. При вимірі тиску гвинтом піднімають дно чашки, підводячи меніск у відкритому коліні до нуля шкали, а потім відлічують положення меніска в закритому коліні. Тиск визначають по різниці рівнів ртуті в обох колінах. Межа виміру цього барометру 880—1090 мбар, точність відліку 0,05 мбар. Всі ртутні барометри — абсолютні прилади, за їх свідченнями безпосередньо вимірюють атмосферний тиск.

Принцип дії барометара – анероїда.Барометар–анероїд призначений для виміру атмосферного тиску в наземних умовах при температурі від нуля до 40 0С і відносній вологості до 80 %. Дія барометара–анероїда ґрунтується на врівноваженні атмосферного тиску пружними силами деформованої гофрованої мембрани. Він складається (рис. 1.2,а) з металевої коробки А, закритої пружною гофрованою мембраною.

 

  а б

Рисунок 1.2 – Конструкція барометра-анероїда

З коробки повітря відкачують. Мембрана відтягується пружиною, до якої прикріплено стрілку В. При зміні атмосферного тиску мембрана деформується і стрілка В переміщується по шкалі С. Металеві барометри-анероїди градуюються за ртутним барометром. Завдяки простоті і надійності в роботі анероїди знайшли широке застосування в практиці.

В останніх конструкціях замість пружин використовують більш пружні коробки. До шкали причеплено дугоподібний термометр, який служить для внесення поправки до показань анероїда на температуру. Для отримання істинного значення тиску показання анероїду потребують поправки, які визначаються порівнянням із ртутним барометром. Похибка вимірювань складає 1-2 мб.

Барограф анероїдний (рис. 1.3). Призначений для безперервного запису змін атмосферного тиску на спеціальній паперовій стрічці з сіткою і шкалою, проградуйованою в паскалях. Барограф виготовляється двох типів: добовий М-22д із тривалістю одного оберту барабана 26 годин і тижневий М-22т із тривалістю одного оберту барабана 176 годин. Принцип дії його аналогічний принципу дії анероїда. Основною частиною барографа анероїдного є система невеликих анероїдних коробок 1, з'єднаних гвинтом у стовпчик і прикріплених нижнім кінцем до корпусу барографа. Верхній кінець його тягою та двома проміжними важелями зв'язаний з легким алюмінієвим важелем, закріпленим у рамці. На кінці важеля вмонтовано перо для запису змін тиску. При змінах тиску змінюється висота стовпчика коробок, і через важелі перо піднімається вверх або опускається вниз і фіксує ці зміни, залишаючи слід на діаграмній стрічці, яка обертається з певною швидкістю.

 

 

Рисунок 1.3 - Барограф

Сумарна деформація блоку анероїдних коробок через передавальний механізм передається стрілці з пером. Перо робить запис змін атмосферного тиску на діаграмній стрічці, закріпленій на барабані, що обертається годинниковим механізмом. Вплив температури навколишнього повітря на величину деформації анероїдних коробок компенсується вигином біметалічної пластинки термокомпенсатора. Діаграмна стрічка розділена по вертикалі горизонтальними рівнобіжними лініями з ціною поділу 1 мбар, а по по горизонталі – вертикальними дугоподібними лініями з ціною поділу 15 хв для добового барографа і 2 години для тижневого. Барограф установлюють на міцній підставці вдалині від джерел теплової радіації, поруч поміщають контрольний ртутний барометр, по якому періодично роблять звірення. Прилад має пристосування, що дозволяє наносити пером на діаграмній стрічці відліки часу в потрібний момент. Відлік часу виробляється натиском на кнопку цього пристосування, виведену назовні. Установка пера на необхідну поділку стрічки, що відповідає виміряному значенню атмосферного тиску, здійснюється обертанням настановного гвинта, за допомогою якого перо переміщається по всій висоті барабана. Регулювання приладу для запису атмосферного тиску в іншому діапазоні виробляються на місці його експлуатації.

 

Порядок роботи

1 Визначення атмосферного тиску ртутним барометром.

1.1 Для збільшення точності вимірювання атмосферного тиску ртутними барометрами вводять поправки:

- на присутність газу над ртуттю в барометричній трубці, капілярні явища;

- на зміну температури;

- на зміну сили тяжіння.

Перші дві поправки приладу визначають при його виготовленні і зазначають у перевірному свідоцтві.

Оскільки ртутні барометри використовують при різних температурах, при яких густина ртуті і довжина шкал барометрів змінюються, то для однозначного порівняння тисків покази барометрів зводять до однієї температури 0 0С.

Висота стовпчика ртуті Нt при довільній температурі

 

Ht = H0 (1 + βt) (1.1)

 

де Н0 — висота стовпчика ртуті при 0 0С;

β - коефіцієнт об'ємного розширення ртуті (β = 0,000181 К-1).

 

Одночасно довжина шкали збільшується на αH0t, де α - коефіцієнт лінійного розширення матеріалу шкали (для латуні α = 0,000018 К-1).

Внаслідок видовження шкали покази рівня ртуті по ній будуть меншими, тому справжня висота ртуті при температурі t:

Нt = H0 (1 + βt) × αH0t (1.2)

або

Ht = H0× [1 + (βt - α)t] (1.3)

 

Домноживши (1.1) на спряжений множник і нехтуючи малими величинами β2 і αβ дістанемо:

 

H0 = Ht× [1 + (β - α)t]. (1.4)

 

Підставивши значення α і β, матимемо:

 

H0 = Ht × (1 – 0,000163 t), (1.5)

 

тобто для всіх t > 0 0С поправка Δ Ht = - 0,000163 Ht t (а для t <0 °С ця поправка більша від 0).

1.2 Для врахування впливу сили тяжіння на покази барометра вводять поправку на зведення до нормальної сили тяжіння (географічна широта φ = 450, висота h0 на рівні моря).

Показ барометра H φ на широті φ зводиться до показу на широті φ = 450 за формулою:

H45 = Hφ (1 - 0,00265 cos2φ) (1.6)

 

1.3 Показ барометра на висоті Н над рівнем моря Hh коригується до показів на висоті h = 0 (рівень моря) за формулою:

 

H0 = Hh × (1 - 0,000000196 h) (1.7)

 

1.4 З урахуванням всіх поправок атмосферний тиск H0 визначається за формулою:

 

H0 = H + Δ Ht + Δ Hφ + Δ Hh + Δ Hn, (1.8)

 

де H - виміряне значення тиску;

ΔHn - поправка приладу за паспортом.


2 Визначення атмосферного тиску барометром-анероїдом

2.1 Барометр-анероїд встановлюють у горизонтальному положенні вдалині від впливу прямого сонячного випромінювання і різких коливань температури.

2.2 Перед відліком варто злегка постукати пальцем по корпусу чи склу барометра, щоб перебороти тертя в механізмі приладу. Відлік по барометру виробляється з точністю до 0,005 кПа, а по термометру до десятих часток градуса.

2.3 Для визначення атмосферного тиску до показань ртутного барометру вводять поправки:

1) інструментальну, що враховує похибки виготовлення;

2) температурну, що визначається за формулою:

 

Рt = а – у·t – c·t2 + d·t3 + K·( t –20 )·(Pk – Ps) , (1.9)

 

де а = 24; у =1,2; d = 0,00026;

K = 0,000312; с = 0,00186;

Рк = 97592 Па;

t - температура середовища під час узяття відліку;

Рs - значення тиску, визначене по барометру після встановлення стрілки, Па.

 

Введення поправок у покази барометра-анероїда метеорологічного.

Приклад розрахунку. Припустимо, по барометру визначений тиск

96,5 кПа, температура при відліку 5 0С. У перевірочному посвідченні приладу маються поправки шкали, припустимо, що: при 96 кПа +0,15 кПа, а при 97 кПа +0,1 кПа. Звідси випливає, що при тиску 96,5 кПа виправлення шкали може бути прийняте рівним +0,125 кПа. Температурне виправлення в даному випадку дорівнює:

24 – 1,2 · 5 – 0,00186·52 + 0,00026 · 53 + 0,000312 · (5 – 20) · (97592 – 96500) = 13 Па = 0,01 кПа

Уводячи усі поправки, одержуємо виправлений показ по барометру:

 

96,5 + 0,125 + 0,01 + 96,635 кПа

 

2.4 Порівняти значення атмосферного тиску за певний період часу, виявити залежність атмосферного тиску від температури повітря.

 

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.