Категории
 
Корзина
Пока пусто
 
Информация
 
Хиты продаж
Термобелье Термо-2 (лес) Термобелье Термо-2 (лес)
1,246.00 р.  
5 из 5 баллов!
Шлем-маска "Зима" (белый лес) Шлем-маска "Зима" (белый лес)
422.00 р.  
Сапоги Тундра - зимние Сапоги Тундра - зимние
3,204.00 р.  
5 из 5 баллов!
Шлем-маска "Снегоход" (белый лес) Шлем-маска "Снегоход" (белый лес)
266.00 р.  
5 из 5 баллов!
Шлем-маска Термо-1 (лес) Шлем-маска Термо-1 (лес)
352.00 р.  
Перчатки охотника (белый лес) Перчатки охотника (белый лес)
840.00 р.  
 
Главная » Разное » Атмосферное давление измеряют с помощью

Атмосферное давление измеряют с помощью


Описание приборов измерения атмосферного давления

Давление воздуха изменяется в широких пределах. Если оно больше 760 миллиметров ртутрного столба, то считается повышенным, если меньше – то пониженным.

Наблюдения за изменением атмосферного давления позволяют предсказывать погоду. Например, при повышении давления в зимний период погода становится морозней, а летом – жаркой. Пониженное атмосферное давление способствует появлению облачности, выпадению осадков. Поэтому постоянно знать величину атмосферного давления и контролировать его изменения необходимо не только ученым, медикам, но и всем нам.

Атмосферное давление

Атмосферное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба, а также в Паскалях и гектоПаскалях. Принято считать нормальным давление, которое равно 760 мм рт. ст. (1013,25 гПа) .

Атмосферное давление, как правило, изменяется в зависимости от изменений погодных условий. Зачастую давление падает перед ненастной погодой, повышается – перед хорошей. Ведение учета изменения давления позволяет определить перемещение циклонов и направление ветров.

На самочувствие человека, проживающего долгое время в определенной местности, изменение характерного давления зачастую не влияет. В случаях, когда происходят непериодические колебания атмосферного давления, даже у здоровых людей появляется головная боль, падает работоспособность и ощущается тяжесть тела.

Изменение атмосферного давления также влияет на многие технологические процессы. Например, при переработке нефтепродуктов, где давление является одним из основных контролируемых технических параметров; хлебо-булочное производство, где показания давления сильно влияют на влажность полуфабрикатов из теста; в авиационной промышленности это очень важный параметр, оказывающий влияние на сроки и условия эксплуатации.

Приборы для измерения атмосферного давления

На сегодняшний день существует несколько видов барометров, с помощью которых осуществляют измерение давления воздуха:

Ртутные барометры являются более точными и надежными по сравнению с анероидами, по ним проверяют работу других видов барометров. Высота давления в них определяется по высоте столба ртути. Метеорологические станции оборудованы чашечными барометрами.

Измерение атмосферного давления с помощью термогигрометра

Атмосферное давление измеряется не только с помощью различных видов барометров, но и такими универсальными цифровыми приборами, как термогигрометры. Несмотря на то, что основная задача данных устройств – определение относительной влажности и температуры, они прекрасно справляются и с измерением давления воздуха, показывая максимально точные величины. Поэтому такие многофункциональные приборы приобрести намного выгоднее, чем устаревшие барометры и психрометры.

АО «ЭКСИС» предлагает Вашему вниманию огромный ассортимент электронных измерителей давления и других контрольно-измерительных приборов высокого качества и всегда по доступным ценам.  

В частности, в нашей копании Вы сможете приобрести следующие модели термогигрометров:

Все модели термогигрометров имеют интерфейс связи с ПК посредством USB, RS-232 и могут крепиться к стене.

Атмосферное давление. Урок 13

Земля путём силы гравитации притягивает к себе молекулы воздуха. Они имеют вес, а значит создают давление как внутри самой атмосферы, так и на её границе с различными телами на земной поверхности. Атмосферное давление – это сила, с которой воздух давит на земную поверхность и на все находящиеся на ней предметы.

Атмосферное давление изменяется с высотой и зависит от погодных условий: температуры воздуха и перемещения воздушных масс в вертикальном направлении (конвекции). Вблизи земной поверхности оно приблизительно равно 105 Па (в интернациональной системе (СИ) давление измеряется в Паскалях – русское Па, международное – Pa).

За нормальное атмосферное давление принято давление ртутного столба высотой 76 см сечением в 1 см2 на уровне моря на широте 45° при температуре 0°С. Оно равно 760 мм рт. ст.(101325 Па, но реально берётся 100 000 Па) – это 1 атмосфера (атм.).


<!— Реклама —>

Атмосферное давление по-традиции измеряют в миллиметрах ртутного столба, современные аналоги этой меры – миллибары и гектопаскали. Один Паскаль – это давление силой в 1 Ньютон (Н), приходящееся на площадь 1 м2.

Интересно, что среднее давление атмосферы на поверхности Марса в 160 раз меньше, чем у поверхности Земли.

Как заметить атмосферное давление?

Хотя молекулы газа не имеют запаха и цвета, они постоянно взаимодействуют с рецепторами нашей кожи, сдавливают со всех сторон все предметы, заполняют пустоты, а их быстрое перемещение в горизонтальном направлении, называемое ветром, может сбить нас с ног. Доказать, что атмосферное давление существует, можно при помощи простых опытов.

Опыт 1 – «Непроливайка»

В стакан налить воды до краёв. Прикрыть его листком плотной бумаги и, придерживая бумагу ладонью, быстро перевернуть стакан кверху дном. Убрать ладонь. Вода из стакана не выльется, так как на бумагу снизу давит атмосфера.

Объяснение: фраза «на нас давит столб атмосферного воздуха», иногда употребляемая, в том числе и в школьных учебниках, некорректна. Она произносится по ассоциации с силой давления, действующей со стороны твёрдого тела. Эта сила действует на тела, расположенные ниже, и не действует на тела сбоку или, тем более, сверху данного тела. Иное дело давление жидкости или газа.

По закону Паскаля давление передаётся не только в точки на дне сосуда, но также и в точки на стенках и крышке. Силы гидростатического и атмосферного давлений действуют перпендикулярно произвольно ориентированной поверхности тела, контактирующей со средой, и могут иметь любое направление.

Воздух, давящий на бумагу снизу наполненного стакана – это доказательство несостоятельности такой ассоциации. Интересно, что если стакан наполнить водой только наполовину, то оставшийся воздух будет давить с такой же силой, как и наружный, и бумага не удержит воду (и воздух) в стакане.

Опыт 2 – «Сухим из воды»

Положить на плоскую тарелку монету или металлическую пуговицу и налить воды. Монета окажется под водой. Наша задача – выловить монету голыми руками, не замочив их.

Зажгите внутри сухого стакана бумагу и, когда воздух нагреется, опрокиньте стакан на тарелку рядом с монетой так, чтобы монета не очутилась под стаканом. Ждать придётся недолго. Бумага в стакане сразу погаснет, и воздух начнёт остывать. По мере его остывания вода будет втягиваться стаканом и вскоре вся соберётся там, обнажив дно тарелки.

Объяснение: когда воздух в стакане нагрелся, он расширился, как и все нагретые тела, избыток его нового объёма вышел из стакана. Когда же оставшийся воздух начал остывать, его стало недостаточно, чтобы в холодном состоянии оказывать прежнее давление, уравновешивать наружное давление атмосферы. Теперь вода под стаканом испытывает на каждый сантиметр своей поверхности меньшее давление, чем в открытой части тарелки. Неудивительно, что она вгоняется под стакан, втискиваемая туда избытком давления наружного воздуха. Вода вдавливается воздухом!

По этой же теме посмотрите эксперимент программы «Галилео».

Почему мы не чувствуем атмосферное давление?

Зная, что 1 м3 воздуха при температуре 0° на уровне моря весит 1,3 кг, легко подсчитать, что на крышу дома, имеющую площадь, например 100 м², атмосфера давит с силой 107 Н, что соответствует весу тела массой 1000 т. Однако крыша дома не проваливается.

Площадь спины лежащего на пляже человека заведомо больше 0,2 м2; следовательно, атмосфера давит на спину человека с силой, большей чем 20 000 Н, что соответствует камешку массой 2 т. Однако человек вообще не ощущает никакого давления сверху.

Опыт «Сухим из воды» демонстрирует нам ещё и доказательство внутреннего давления, уравновешивающего наружное давление атмосферы.

Мы не чувствуем давления воздуха, потому что давление атмосферы равномерно распределяется со всех сторон и потому что внутри нас есть такое же давление воздуха и жидкости, а адаптационные способности организма постоянно уравновешивают внутреннее давление, подстраивая его под изменение атмосферного. Но адаптации проходят только в небольшом интервале. 

Если люди живут длительное время на большой высоте, то их организм приспосабливается как к меньшему количеству кислорода, так и к более низкому давлению. Самые высокогорные поселения мира:

Посёлок золотоискателей Ла Ринконада-Ананея, 5100 м.
Автор: IJISCAY

А вот рыбы, живущие на глубине океана, привыкли к более высокому давлению, и быстро перестроиться их организм не способен. Их тело адаптировалось к нему, и внутреннее давление его намного выше 1 атм. Поэтому когда их достают из глубины, они взрываются из-за высокого внутреннего давления. То же произошло бы и с человеком в безвоздушном пространстве (в космосе).

Фильм по теме «Атмосферное давление и самочувствие человека».

Из истории открытия знаний о весе, давлении воздуха и изобретении барометра

О том, как измерить атмосферное давление, догадался итальянский математик и физик, выпускник иезуитского колледжа Э. Торричелли. Вместе с В. Вивиани – юным учеником Галилея – он провёл опыты по его измерению. Торричелли тоже был одним из последних учеников Галилея, и основываясь на его догадках доказал, что воздух имеет вес и оказывает давление.

Эванжелиста Торричелли и его барометр.
Автор: Saperaud~commonswiki

Торричелли впервые открыто выступил против догм Аристотеля. Рассуждая о насосе, он заявил, что

«прежде всего вода поднимается вслед за поршнем вовсе не потому, что «природа боится пустоты», просто воду гонит в насос давление, которое оказывает воздух на поверхность реки. В трубе же насоса, под поршнем, воздуха нет, поэтому вода входит в неё до тех пор, пока вес водяного столба в трубе насоса не уравновесит наружное давление воздуха».

Но доказал он это немного позже. Предложенный им опыт был осуществлён в 1643 г. В этом опыте использовалась запаянная с одного конца стеклянная трубка длиной около 1 м. Её наполняли ртутью и, закрыв пальцем (чтобы ртуть не выливалась раньше времени), перевернув, опускали в широкую чашку со ртутью.

Часть ртути из трубки выливалась, и в её верхней части образовывался вакуум (первая настоящая пустота, обнаруженная на Земле – Торричеллиева пустота). При этом высота столба ртути в трубке оказалась равной примерно 760 мм (если отсчитывать её от уровня ртути в чашке). Воздух давил на ртуть чашки и не давал вылиться из трубки.

Учёный также догадался, что давление атмосферы связано с изменением погоды. Наблюдая за высотой ртутного столба в трубке, Торричелли заметил, что атмосферное давление непостоянно и зависит от «теплоты или холода». Столбик в трубке то опускался, то поднимался, указывая на нужное деление шкалы. Вот почему в качестве одной из единиц давления взят миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.). Тяжесть по-гречески «барос», и прибор Торричелли стали называть барометром.

Принцип действия барометра Торричелли

О давлении и весе воздуха почти одновременно с Торричелли догадался и другой известный учёный того времени – Декарт. Он объяснил, почему из продырявленного на дне флакона при закрытой крышке духи не вытекают, а при открытой вытекают, именно разностью в давлении воздуха на разные площади поверхности. Когда крышка флакона закрыта, поверхностное натяжение воды на небольшом отверстии способно удерживать жидкость во флаконе. При открытой крышке оно преодолевается силой давления воздуха и духи начинают вытекать. Декарт выдвинул гипотезу, что с высотой воздух становится реже, а значит, должно уменьшаться и его давление.

Уже после опытов Торричелли Декарт поручил талантливому французскому математику и физику Блезу Паскалю проверить его догадку – верно ли, что давление с высотой убывает. Для этого он должен был подняться в горы с трубкой Торричелли. Опустившийся вниз столбик ртути на высоте горы Пюи де Дом подтвердили гипотезы Торричелли и Декарта.

Паскаль сделал вывод:

«законы давления жидкостей, известные ещё со времён славного Архимеда и развитые голландцем Симеоном Стевином, во многом справедливы и для воздуха». 

Давление воздуха не замечается человеком, потому что по законам давления в жидкостях и газах оно направлено и в стороны, и вниз.

Как измеряют атмосферное давление?

Барометр Торричелли используют до сих пор. Этот простой прибор помогает определить примерную высоту над уровнем моря. Альпинисты берут его с собой высоко в горы. Барометр – обязательный прибор кабины каждого летательного аппарата, будь то самолёт или спутник Земли. В наши дни его «братья» спускаются и на дно морей. Из высотомеров они превратились в глубиномеры.

За три с лишним века барометры изменились: стали автоматическими, самозаписывающими, научились управлять другими механизмами.

Ртутный барометр измеряет атмосферное давление с наибольшей точностью

Старые ртутные барометры.
Автор: GianniG46

На метеорологических станциях давление атмосферного воздуха измеряют всё те же ртутные барометры, так как они обладают наибольшей точностью. Они работают по тому же принципу, что и изобретение Торричелли.

При измерении величины давления вводят поправки на температуру, так как при повышении температур, ртуть и шкала барометра расширяются. На практике пользуются готовой таблицей поправок, которая сразу же даёт нужную величину.

Мембранные барометры

Для измерения атмосферного давления применяют также мембранные манометры. Простейший мембранный манометр показан схематически на рис 1.

Рис. 1. Мембранный барометр

Тонкая упругая пластинка-мембрана 1 герметически закрывает коробку 2, из которой откачана часть воздуха. С мембраной соединён указатель 3, поворачивающийся около О на угол, зависящий от степени прогиба мембраны, которая в свою очередь зависит от разности измеряемой силы давления воздуха вне коробки и внутри коробки.

Такие манометры называют барометрами-анероидами. Их градуируют и выверяют по ртутному барометру. Они менее точны, зато более удобны в обращении, поскольку не содержат ртути. При определении давления анероидом вносятся три поправки (на шкалу, на температуру и дополнительная на прибор), указанные в сертификате прибора. Анероид может давать надежные показания только в том случае, если он время от времени подвергается тщательной проверке.

Барометр-анероид.
Изображение Wolfgang Eckert с сайта Pixabay

Анероид может быть градуирован непосредственно на высоту атмосферы. Такие анероиды называют альтиметрами; или высотомерами, они используются в авиалайнерах и позволяют пилоту контролировать высоту полёта.

Высотомер Булова Б-11, с самолёта-истребителя.
Автор: Дозиметр

Для непрерывной регистрации изменения атмосферного давления применяется самопишущий прибор — барограф . Приёмной частью барографа является несколько соединённых между собой малых анероидных коробок.

Другие приборы

Гипсотермометр (гипсометр, термобарометр, баротермометр) — прибор для измерения атмосферного давления по температуре кипящей жидкости (обычно воды). Он более точен, чем анероид.

Состоит из кипятильника и термометра со шкалой, разделённой на 0°,01. Этот прибор обычно применяется в экспедиционных условиях для барометрического нивелирования.

Штормгласс – это химический или кристаллический барометр, состоящий из стеклянной колбы или ампулы, заполненных спиртовым раствором, в котором в определённых пропорциях растворены камфора, нашатырь и калийная селитра.
<!— Реклама —>

Этим химическим барометром активно пользовался во время своих морских путешествий английский гидрограф и метеоролог, вице-адмирал Роберт Фицрой, который тщательно описал поведение барометра, это описание используется до сих пор. Поэтому штормгласс также называют «Барометром Фицроя». В 1831–1836 гг. Фицрой возглавлял океанографическую экспедицию на корабле «Бигль», в которой участвовал Чарльз Дарвин.

Весной и осенью резкое падение показателей барометра предвещает ветреную погоду. Летом, в сильную жару, оно предупреждает о грозе. Зимой, особенно после продолжительных морозов, быстрое падение ртутного столба говорит о предстоящей перемене направления ветра, сопровождающейся оттепелью и дождём. Напротив, повышение ртутного столба во время продолжительных морозов предвещает снегопад.

Закономерности в изменении атмосферного давления и способ использования этих знаний

Почти вся масса атмосферы Земли сосредоточена в слое высотой примерно до 50 км. По достижении высоты 50 км ускорение свободного падения уменьшается всего лишь на 1,5% по сравнению с ускорением на уровне моря; поэтому можно принять, что в пределах всего 50-километрового слоя атмосферы ускорение свободного падения остается равным g = 9,8 м/с2.

Представляя атмосферный воздух в виде сплошной среды, мы, конечно, не должны забывать, что в действительности это газ. Давление — статистическая величина, выражаемая через усреднённый по многим молекулам квадрат скорости их хаотического движения. Сила давления на любую реальную или мысленно выделенную площадку в газе обусловлена хаотической бомбардировкой этой площадки множеством молекул.

Давление понижается с высотой и повышается при спуске в глубокие шахты. Причина – в разрежении  воздуха (уменьшении плотности) с подъёмом и уплотнении со спуском, ведь он притягивается землёй и около неё сосредоточена основная его масса. В нижней тропосфере давление с высотой уменьшается примерно на 1 мм на каждые 10,5 м. Это позволяет с помощью барометра-высотомера определять высоту места.

Как изменяется атмосферное давление с высотой?

На самом деле эта закономерность соблюдается только до высоты  в 1 км. Расстояние в метрах, на которое надо подняться или опуститься, чтобы атмосферное давление изменилось на 1 мб, называется барической ступенью. Барическая ступень на высоте от 0 до 1 км составляет 10,5 м, от 1 до 2 км – 11,9 м, на высоте 2-3 км барическая ступень равна 13,5 км. Величина барической ступени зависит от температуры. В тёплом воздухе она больше. Более точно барометрическая формула описана тут: https://ru.wikipedia.org/wiki/

На практике же часто пользуются особыми таблицами, которые позволяют более или менее приблизительно получать данные о высотах. Но для решения задач, не требующих высокой точности, можно пользоваться и средним значением. Можно оценить давление по разности высот, высчитать высоту по разности давления.

Задача 1

Альпинисты поднимаются на гору, высота которой 5100 м. У подножия горы давление составляет 720 мм рт. ст. Какое давление будет на вершине?

Решение:

При подъёме на 10,5 м давление снижается на 1 мм рт. ст.

1) Узнаем, на сколько мм. рт. ст. снизится давление при подъёме на эту гору. 5100:10,5=486 (на 486 мм рт. ст.)

2) Узнаем, каким будет давление на вершине. 720-486=234 (мм рт. ст.)

Ответ: На вершине будет давление в 234 мм рт. ст.

Задача 2

Определите, на какой высоте летит самолёт, если за бортом давление 450 мм рт. ст., а у поверхности Земли 750 мм рт. ст.

1) Определяем разность в давлении. 750-450=300 мм рт. ст. – столько раз по 10,5 метров поднялся самолёт.

2) Узнаем, на сколько метров поднялся самолёт. 10,5  Х  300 = 3150 (м)

Ответ: самолёт на высоте 3150 м.

Задача 3

У подножия холма барометр показывает давление – 761 мм рт. ст., а на вершине – 761 мм рт. ст. Чему равна высота холма?

Задача решается по тому же принципу, что и предыдущая.

1) 761-750=11 (мм рт. ст.)

2) 11 Х 10,5 = 115,5 (м)

Ответ: высота холма равна 115,5 м.

Атмосферное давление постоянно изменяется

Плотность воздуха зависит от температуры, температура же и является главной причиной изменения давления воздуха. Давление тёплого воздуха меньше, чем холодного. Это объясняется тем, что при нагревании воздух, как и все предметы, расширяется, его объём увеличивается и он перетекает в верхние слои на место менее нагретого воздуха, что приводит к уменьшению давления около земной поверхности.

На климатических и синоптических картах точки с одинаковыми показателями давления, приведённые к уровню моря, соединяют изолиниями, называемыми изобарами. Изобары бывают замкнутыми и незамкнутыми. Система замкнутых изобар с пониженным давлением в центре (Н) называется барическим минимумом, или циклоном. Система замкнутых изобар с повышенным давлением в центре (В) называется барическим максимумом, или антициклоном. Незамкнутые системы изобар – барический гребень, ложбина и седловина.

Все барические области делят на две группы: постоянные и сезонные (сохраняют характерные особенности давлений в течение определенного периода года).

Пояса давления на Земле

Давление на Земле распределяется зонально. В обобщённом виде эту зональность представляют в виде поясов:

Пояса атмосферного давления на Земле

На самом деле реальная картина распределения давления на поверхности земли гораздо сложнее.

Постоянные барические области

Постоянным остаётся экваториальный пояс пониженного давления, только смещая ось вслед за Солнцем. В июле она перемещается в Северное полушарие на 15-20° с. ш., в декабре – в Южное, на 5° ю. ш. Зимой над океаном и над сушей возникает сплошной пояс повышенного давления. Летом повышенное давление сохраняется над океанами, а над сушей образуется термическая депрессия и понижение давления. Постоянны и барические максимумы Антарктиды и Гренландии.

Над незамерзающими океанами и тёплыми течениями умеренной зоны и зимой и летом ярко выражены барические минимумы:

Сезонные барические области

30-40° широты

Только зимой тут действительно наблюдается пояс высокого давления. Летом над материком оно становится низким, а над океанами, прогревающимися медленно, давление остаётся высоким и даже повышается. Другими словами барические максимумы в течение всего года здесь сохраняются только над океанами:

Умеренные и субполярные

В умеренных и субполярных широтах северного полушария, где чередуются океаны и материки, давление над сушей и водой различное, особенно зимой. Над сушей летом – минимум, а зимой – максимум. Летом же во всём поясе давление пониженное. Зимой над охлаждёнными материками давление высокое, здесь возникают сезонные барические максимумы:

Суточное колебание давления атмосферы

Наблюдается и суточное колебание давления. Ночью наблюдается один максимум, а днём – один минимум. Дважды за сутки, утром и вечером, оно повышается и столько же раз понижается, после полуночи и после полудня.

Изменение давления в течение суток связано с температурой воздуха и зависит от её изменений. Годовые изменения зависят от нагревания материков и океанов в летний период и их охлаждения в зимнее время. Летом область пониженного давления создается на суше, а область повышенного давления над океаном.

Минимальная величина атмосферного давления – 641,3 мм рт.ст или 854 мб  – была зарегистрирована над Тихим океаном в урагане «Ненси», а максимальная – 815,85 мм рт.ст. или 1087 мб – в Туруханске зимой. Максимальное давление в России зарегистрировано в Красноярском крае в 1968 г – 870 мм рт. ст.

Все барические системы оказывают большое влияние на воздушные течения, погоду и климат на значительных территориях. О вызываемых ими ветрах мы поговорим в следующий раз.

Тест для закрепления изученного материала

Источники:

  1. Томилин А. Н., Теребинская Н. В. Для чего ничего? Очерки. /Л., «Дет. лит.», 1975.
  2. Я. И. Перельман. Занимательные задачи и опыты. — М.: «Детская литература», 1972.
  3. Физическая география: Справ. пособие для подгот. отд. вузов/Г. В. Володина, И. В. Душина, С. Г. Любушкина и др.; Под ред. К. В. Пашканга — М.: Высш. шк., 1991.
  4. Тарасов Л. В. Атмосфера нашей планеты. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2012.
  5. Савцов Т. М. Общее землеведение: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений — М.: Издательский центр «Академия», 2003
  6. Дронов В. П. Землеведение. 5-6 кл.: Учебник/В. П. Дронов, Л. Е. Савельева. 5-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2015.
  7. География 5-6 классы: учеб. для общеобразоват. учреждений / А. И. Алексеев, Е. К. Липкина, В. В. Николина и др.; Под ред А. И. Алексеева. — М.: Просвещение, 2012.

Вам будет интересно

Как измеряют атмосферное давление?

 Приборы для измерения атмосферного давления называются барометрами. Давление определяется весом столба атмосферного воздуха, давящего на данный участок поверхности Земли. Поскольку на больших высотах над уровнем моря, например, на вершине горы, слой вышележащего воздуха тоньше, атмосферное давление уменьшается с высотой. Атмосферное давление также изменяется при перемещении воздушных масс, образующих холодные и теплые атмосферные фронты. Поэтому можно предсказывать погоду по показаниям барометра.

В настоящее время применяются два основных типа барометров: ртутные и анероиды. В ртутном барометре, изобретенном в 1643 году итальянским ученым Эванжелиста Торричелли (Evangelista Torricelli), основным элементом является стеклянная трубка, заполненная ртутью, столбик которой поднимается и опускается по мере того, как атмосферное давление увеличивается или уменьшается. Барометр-анероид, похожий на тот, что показан на рисунке справа, был изобретен в 1843 году французским ученым Люсьеном Види (Lucien Vidie). Основной частью анероида является небольшая гофрированная металлическая мембранная коробка, из которой практически полностью выкачан воздух (схема внизу). При изменении атмосферного давления мембранная коробка расширяется или сжимается. Чувствительный механизм преобразует перемещение мембран в круговое движение стрелки, показывающей величину давления на шкале прибора.

Внутреннее устройство барометра-анероида

Серия рычагов внутри барометра усиливает небольшие перемещения при расширении и сжатии мембранной коробки. Большинство барометров-анероидов имеет менее 20 см в поперечнике.

Анероидный барограф

(Рисунок вверху статьи)

Тонкое пишущее перо барографа осуществляет непрерывную запись атмосферного давления на вращающемся барабане.

Барометр Торричелли

Изменение атмосферного давления заставляет ртуть в трубках подниматься или опускаться. Высота столбиков ртути зависит только от атмосферного давления, диаметр и форма трубок значения не имеют. На уровне моря столбик ртути поднимается на 760 миллиметров.

Магдебургские полушария

Два простых металлических полушария демонстрируют существование атмосферного давления. После того как из полушарий выкачан весь воздух и в них образовался вакуум, атмосферное давление делает невозможным их разъединение.

Приборы для измерения давления атмосферы – барометры

 

Давление возникает в разных средах. Поэтому, различают:

В зависимости от величины параметра выделяют:

Но, независимо от того, как измеряется данный параметр и в какой среде, применяют для этого измерительные изделия (приборы), называющиеся манометрами. А те, которые измеряют непосредственно давление атмосферы – являются барометрами. Но, в зависимости от конструктивных особенностей и принципов работы, они могут быть самыми разнообразными.

Измерение давления воздуха

 

Чтобы измерить давление воздушного столба используют барометры. Они могут быть по своим конструктивным особенностям самыми разнообразными, от простых изделий, до высокотехнологичных приборов http://www.asu-kip.ru/products/ .


Ртутные

Данный вид относится к жидкостным. В трубке шкалы используется ртуть, которая поднимаясь под воздействием внешнего давления воздуха, указывает его значение (в мм рт. ст., барах или Па) на градуированной шкале. Несмотря на свою простоту, являются достаточно точными, поэтому используются на метеорологических станциях. По ним сверяются остальные приборы. Кстати, при их эксплуатации всегда вводят поправку на силу тяжести, создаваемую земной поверхностью и на инструментальную неточность.

В зависимости от устройства ртутного барометра выделяют:

— Чашечный тип. Чаще всего в него встраивают дополнительно термометр, который также может быть ртутным или спиртовым. Точность такого прибора достигает 0,1 мм ртутного столба.
— Сифонно-чашечный и сифонный. Их принципы работы схожи. В конструкции имеется коленная трубка с перетекаемой жидкостью. Один конец ее запаян, а другой остается открытым. Благодаря специфики ртути, как металла, достигается высокий показатель точности – 0,05 мм рт.ст.

Основанные на работе жидкости

Здесь используется принцип уравновешивания жидкости в двух переливающихся сосудах. Но в качестве жидкого вещества не используется ртуть, а применяется, например, подкрашенная спиртовая жидкость.

Благодаря большой погрешности, их использование на сегодняшний день практически сведено к минимуму.

Анероиды

Более сложная конструкция, включающая в себя металлическую коробку с полостью, внутри которой создается вакуум. В зависимости от изменения положения пластины, регулируется направление стрелки, указывающее на шкале значение давления воздуха.

Их используют в походных условиях, но перед этим сверяют и выставляют по более точному ртутному барометру.

Альтиметр

Это так называемый анероидный высотометр. Он измеряет атмосферное давление в зависимости от высоты над поверхностью уровня моря. Ведь, в смысл 1 атмосферы вкладывается понятие давление воздушного столба ровно на уровне моря. Чем выше человек поднимается в горы, тем меньшее давление оказывается атмосферой. Ведь в этом случае слой воздуха становится тоньше ровно на ту величину, на которую поднялся человек над поверхностью водной глади.

Альтиметры имеют одновременно 2 шкалы – на одной отображается давление, тогда как вторая указывает высоту. Устанавливают альтиметр на летательных аппаратах, где шкала преобразована в циферблат. Именно по такому прибору определяется высота полета.

Барограф

Также такой аппарат называют барометром самописцем. Его основная особенность заключается в том, что он непрерывно регистрирует атмосферное давление, то есть по нему можно сориентироваться в степени его изменения с течением времени.
Электронный

Прибор наиболее точный и современный. В нем применяется принцип анероида. Но полученные с гибкой пластины и гофра данные передаются не на стрелку, а отображаются с помощью цифровой кодификации сигнала на жидкокристаллическом табло.

Важно понимать, что и этот точный прибор изначальной выставляется и градуируется по ртутному барометру.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Поделиться ссылкой:

Похожее

Атмосферное давление – внеурочная деятельность (конкурсная работа) – Корпорация Российский учебник (издательство Дрофа – Вентана)

         Тема : "Атмосферное давление"
  

Введение

Сегодня за окном идёт дождь. После дождя уменьшилась температура воздуха, увеличилась влажность и уменьшилось атмосферное давление. Атмосферное давление является одним из основных факторов, определяющих состояние погоды и климата, поэтому знания об атмосферном давлении необходимы в прогнозировании погоды. Большое практическое значение имеет умение измерять атмосферное давление. И его можно измерить специальными приборами-барометрами. В жидкостных барометрах при изменении погоды столбик жидкости понижается или повышается.

Знания об атмосферном давлении необходимы в медицине, в технологических процессах, жизнедеятельности человека и всех живых организмов. Существует прямая связь между изменениями атмосферного давления и изменениями погоды. Рост или понижение атмосферного давления может служить признаком изменения погоды и влияет на самочувствие человека. 

Описание трёх взаимосвязанных физических явлений из повседневной жизни:

Актуальность работы

Актуальность выбранной темы состоит в том, что во все времена люди, благодаря своим наблюдениям за поведением животных могли предугадать изменения погоды, стихийные бедствия, избежать людских жертв.

Влияние атмосферного давления на наш организм неизбежно, резкие изменения атмосферного давления влияют на самочувствие человека, особенно страдают метеозависимые люди. Конечно, уменьшить влияние атмосферного давления на здоровье человека мы не в силах, но помочь собственному организму можем. Правильно организовать свой день, распределить время между трудом и отдыхом может помочь умение измерять атмосферное давление, знание народных примет, использование самодельных приборов.

Цель работы: выяснить, какую роль в повседневной жизни человека играет атмосферное давление.

Задачи:

Методы исследования

Область исследования: атмосферное давление

Гипотеза: атмосферное давления имеет важное значение для человека.

Значимость работы: материал данной работы может быть использован на уроках и во внеурочной деятельности, в жизни моих одноклассников, учеников нашей школы, всеми любителями исследований природы.

План работы

I. Теоретическая часть (сбор информации):

  1. Обзор и анализ литературы.
  2. Интернет-ресурсы.

II. Практическая часть:

III. Заключительная часть:

  1. Выводы.
  2. Презентация работы.

История измерения атмосферного давления

Мы живем на дне огромного воздушного океана, называемого атмосферой. Все изменения, которые происходят в атмосфере, непременно оказывают влияние на человека, на его здоровье, способы жизнедеятельности, т.к. человек является неотъемлемой частью природы. Каждый из факторов, определяющих погоду: атмосферное давление, температура, влажность, содержание в воздухе озона и кислорода, радиоактивность, магнитные бури и др. оказывает прямое или косвенное воздействие на самочувствие и здоровье человека. Остановимся на атмосферном давлении.

Атмосферное давление — это давление атмосферы на все находящиеся в ней предметы и Земную поверхность.

В 1640 году великий герцог Тосканский решил устроить фонтан на террасе своего дворца и приказал для этого подвести воду из ближайшего озера с использованием всасывающего насоса. Приглашенные флорентийские мастера сказали, что это невозможно, потому что воду нужно было всасывать на высоту более 32 футов (более 10 метров). А почему вода не всасывается на такую высоту, объяснить не могли. Герцог попросил разобраться великого ученого Италии Галилео Галилея. Хотя ученый уже был стар и болен и не мог заняться экспериментами, он все-таки предположил, что решение вопроса лежит в области определения веса воздуха и его давления на водную поверхность озера. За разрешение этого вопроса взялся ученик Галилея Эванджелиста Торричелли. Для проверки гипотезы своего учителя он провел свой знаменитый опыт. Стеклянную трубку длиной 1 м, запаянную с одного конца, заполнил полностью ртутью, и плотно закрыв открытый конец трубки, перевернул ее этим концом в чашку с ртутью. Часть ртути из трубки вылилась, часть осталась. Над ртутью образовалось безвоздушное пространство. Атмосфера давит на ртуть в чашке, ртуть в трубке тоже давит на ртуть в чашке, так как установилось равновесие, то эти давления равны. Рассчитать давление ртути в трубке означает рассчитать давление атмосферы. Если атмосферное давление повышается или понижается, то столбик ртути в трубке соответственно повышается или понижается. Так появилась единица измерения атмосферного давления – мм. рт. ст. – миллиметр ртутного столба. Наблюдая за уровнем ртути в трубке, Торричелли заметил, что уровень меняется, значит, он не является постоянным и зависит от изменения погоды. Если давление повышается, погода будет хорошей: холодной – зимой, жаркой – летом. Если давление резко понижается, значит, ожидается появление облачности и насыщение влагой воздуха. Трубка Торричелли с приставленной линейкой представляет собой первый прибор для измерения атмосферного давления – ртутный барометр. (Приложение 1)


Ртутный барометр

Создавали барометры и другие ученые: Роберт Гук, Роберт Бойль, Эмиль Марриот. Водяные барометры сконструировал французский ученый Блез Паскаль и немецкий бургомистр города Магдебурга Отто фон Герике. Высота такого барометра составляла более 10 метров.

Для измерения давления пользуются различными единицами: мм ртутного столба, физическими атмосферами, в системе СИ – Паскалями.

Связь между погодой и атмосферным давлением

В романе Жюль Верна «Пятнадцатилетний капитан» заинтересовало описание о том, как понимать показания барометра.

«Капитан Гуль, хороший метеоролог, научил его понимать показания барометра. Мы вкратце расскажем, как надо пользоваться этим замечательным прибором.

  1. Когда после долгого периода хорошей погоды барометр начинает резко и непрерывно падать это верный признак дождя. Однако если хорошая погода стояла очень долго, то ртутный столбик может опускаться два-три дня, и лишь после этого произойдут в атмосфере сколько-нибудь заметные изменения. В таких случаях чем больше времени прошло между началом падения ртутного столба и началом дождей, тем дольше будет стоять дождливая погода.
  2. Напротив, если во время долгого периода дождей барометр начнет медленно, но непрерывно подниматься, можно с уверенностью предсказать наступление хорошей погоды. И хорошая погода удержится тем дольше, чем больше времени прошло между началом подъема ртутного столба и первым ясным днем.
  3. В обоих случаях изменение погоды, происшедшее сразу после подъема или падения ртутного столба, удерживается весьма непродолжительное время.
  4. Если барометр медленно, но беспрерывно поднимается в течение двух-трех дней и дольше, это предвещает хорошую погоду, хотя бы все эти дни и лил, не переставая, дождь, и vice versa. Но если барометр медленно поднимается в дождливые дни, а с наступлением хорошей погоды тотчас же начинает падать, хорошая погода удержится очень недолго, и vice versa
  5. Весной и осенью резкое падение барометра предвещает ветреную погоду. Летом, в сильную жару, оно предсказывает грозу. Зимой, особенно после продолжительных морозов, быстрое падение ртутного столба говорит о предстоящей перемене направления ветра, сопровождающейся оттепелью и дождем. Напротив, повышение ртутного стол ба во время продолжительных морозов предвещает снегопад.
  6. Частые колебания уровня ртутного столба, то поднимающегося, то падающего, ни в коем случае не следует рассматривать как признак приближения длительного; периода сухой либо дождливой погоды. Только постепенное и медленное падение или повышение ртутного столба предвещает наступление долгого периода устойчивой погоды.
  7. Когда в конце осени, после долгого периода ветров и дождей, барометр начинает подниматься, это предвещает северный ветер в наступление морозов.

Вот общие выводы, которые можно сделать из показаний этого ценного прибора. Дик Сэнд отлично умел разбираться в предсказаниях барометра и много раз убеждался, насколько они правильны. Каждый день он советовался со своим барометром, чтобы не быть застигнутым врасплох переменой погоды.»

Я провел наблюдения за изменением погоды и атмосферным давлением. И убедился, что существует эта зависимость.

Дата

Температура, °С

Осадки,

Атмосферное давление, мм рт.ст.

Облачность

28.01.2017

-3


765

ясно

29.01.2017

-6


761

пасмурно

30.01.2017

-4


767

ясно

31.01.2017

-5

 

763,5

пасмурно

01.02.2017

-6

 

751

пасмурно

02.02.2017

-12


758

пасмурно

03.02.2017

-12


753

пасмурно

04.02.2017

-5


754

ясно

05.02.2017

-16

 

755

ясно

06.02.2017

-23

 

764

ясно

07.02.2017

-21

 

769

ясно

08.02.2017

-15

 

765

пасмурно

09.02.2017

0

 

768

ясно

10.02.2017

0

 

764

пасмурно

Приборы для измерения атмосферного давления

Для научных и житейских целей нужно уметь измерять атмосферное давление. Для этого существуют специальные приборы – барометры. Нормальным атмосферным давлением называют давление на уровне моря при температуре 15 °C. Оно равно 760 мм рт. ст. Нам известно, что при изменении высоты на 12 метров атмосферное давление изменяется на 1 мм рт. ст. Причём, при увеличении высоты атмосферное давление понижается, а при уменьшении – повышается.

Современный барометр сделан безжидкостным. Он называется барометр-анероид. Металлические барометры менее точны, но не столь громоздки и хрупки.

Барометр-анероид – очень чувствительный прибор. Например, поднимаясь на последний этаж девятиэтажного дома, из-за различия атмосферного давления на различной высоте мы обнаружим уменьшение атмосферного давления на 2-3 мм рт. ст.


Барометр может служить для определения высоты полета самолета. Такой барометр называется барометрический высотомер или альтиметр. Идея опыта Паскаля легла в основу конструкции альтиметра. Он определяет высоту подъема над уровнем моря по изменению атмосферного давления.

При наблюдении погоды в метеорологии, если необходимо зарегистрировать колебания атмосферного давления в течение некоторого промежутка времени, пользуются самопишущим прибором – барографом.


Штормгласс (Storm Glass) (штормглас, нидерл. storm — «буря» и glass — «стекло»)— это химический или кристаллический барометр, состоящий из стеклянной колбы или ампулы, заполненных спиртовым раствором, в котором в определённых пропорциях растворены камфора, нашатырь и калийная селитра.


Этим химическим барометром активно пользовался во время своих морских путешествий английский гидрограф и метеоролог, вице-адмирал Роберт Фицрой, который тщательно описал поведение барометра, это описание используется до сих пор. Поэтому, штормгласс также называют "Барометром Фицроя". В 1831–36 Фицрой возглавлял океанографическую экспедицию на корабле "Бигл", в которой участвовал Чарльз Дарвин.

Барометр работает следующим образом. Колба герметически запаяна, но, тем не менее, в ней постоянно происходит рождение и исчезновение кристаллов. В зависимости от грядущих изменений погоды, в жидкости образуются кристаллы различной формы. Штормгласс настолько чувствителен, что может предсказывать резкое изменение погоды за 10 минут до такового. Принцип работы так и не получил полного научного объяснения. Барометр лучше работает находясь у окна, особенно в железобетонных домах, вероятно в этом случае барометр не так сильно экранируется.


Бароскоп – прибор для наблюдения за изменением атмосферного давления. Можно сделать бароскоп своими руками. Для изготовления бароскопа требуется следующее оборудование: Стеклянная банка объемом 0,5 литра.


  1. Кусок пленки от воздушного шарика.
  2. Резиновое кольцо.
  3. Легкая стрелка из соломы.
  4. Проволока для крепления стрелки.
  5. Вертикальная шкала.
  6. Корпус прибора.

Зависимость давления жидкости от высоты столба жидкости в жидкостных барометрах

При изменении атмосферного давления в жидкостных барометрах изменяется высота столба жидкости (воды или ртути): при уменьшении давления – уменьшается, при увеличении увеличивается. Значит, существует зависимость высоты столба жидкости от атмосферного давления. Но и сама жидкость давит на дно и стенки сосуда.

Французский ученый Б. Паскаль в середине XVII века эмпирически установил закон, названный законом Паскаля:

Давление в жидкости или газе передается во всех направлениях одинаково и не зависит от ориентации площадки, на которую оно действует.

Для иллюстрации закона Паскаля на рисунке изображена небольшая прямоугольная призма, погруженная в жидкость. Если предположить, что плотность материала призмы равна плотности жидкости, то призма должна находиться в жидкости в состоянии безразличного равновесия. Это означает, что силы давления, действующие на грани призмы, должны быть уравновешены. Это произойдет только в том случае, если давления, т. е. силы, действующие на единицу площади поверхности каждой грани, одинаковы: p1 = p2 = p3 = p.


Давление жидкости на дно или боковые стенки сосуда зависит от высоты столба жидкости. Сила давления на дно цилиндрического сосуда высоты h и площади основания S равна весу столба жидкости mg, где m = ρghS – масса жидкости в сосуде, ρ – плотность жидкости. Следовательно p = ρghS / S

Такое же давление на глубине h в соответствии с законом Паскаля жидкость оказывает и на боковые стенки сосуда. Давление столба жидкости ρgh называют гидростатическим давлением.

Во многих устройствах, встречающихся нам в жизни, используются законы давления жидкости и газов: сообщающиеся сосуды, водопровод, гидравлический пресс, шлюзы, фонтаны, артезианский колодец и т.д.

Заключение

Измеряют атмосферное давление для того, чтобы с большей вероятностью предсказать возможное изменение погоды. Существует прямая связь между изменениями давления и изменениями погоды. Рост или понижение атмосферного давления с некоторой вероятностью может служить признаком изменения погоды. Надо знать: если давление падает, то ожидается пасмурная, дождливая погода, если же повышается — сухая погода, с похолоданием зимой. Если давление падает очень резко – возможна серьёзная непогода: шторм, сильная гроза или буря.

Еще в древности врачи писали о влиянии погоды на организм человека. В тибетской медицине есть упоминание: «боли в суставах усиливаются в дождливое время и в период больших ветров». Знаменитый алхимик, врач Парацельс отмечал: «Тому, кто изучил ветры, молнию и погоду, известно происхождение болезней».

Для того, чтобы человеку было комфортно, атмосферное давление должно быть равно 760 мм. рт. ст. Если атмосферное давление отклоняется, хоть на 10 мм, в ту или иную сторону, человек чувствует себя не комфортно и это может сказаться на его состоянии здоровья. Неблагоприятные явления наблюдаются в период изменения атмосферного давления — повышения (компрессии) и особенно его снижения (декомпрессии) до нормального. Чем медленнее происходит изменение давления, тем лучше и без неблагоприятных последствий приспосабливается к нему организм человека.

Что такое атмосферное давление и как его измеряют? — Природа Мира

Атмосферное давление – это то давление, которое оказывает воздух атмосферы на любой предмет, находящийся в ней. Как и любое другое давление, оно измеряется в паскалях (используется сокращение Па).

Численно давление атмосферы равно отношению веса столба воздуха, находящегося на некоторой поверхностью, к площади этой поверхности. Считается что давление атмосферы у поверхности планеты примерно равно 101 325 Па, хотя эта величина и зависит от ряда факторов. Используется специальная внесистемная единица измерения давления, называемая атмосферой (1 атм):

1 атм = 101 325 Па

Исторически первые опыты по определению давления проводились в XVII в., причем давление атмосферы измерялось через высоту подъема столбика ртути, вызванного давлением. Тот же принцип долгое время использовался во многих барометрах – приборах для измерения давления. Отсюда возникла ещё одна величина для измерения давление – миллиметры ртутного столба. Справедлива следующая пропорция:

760 мм рт. ст = 1 атм = 101 325 Па

Стоит отметить, что на высоте давление падает. Это связано с тем, что уменьшается высота столба воздуха, находящегося над поверхностью, а значит и его масса. Более того, так как давление на высоте меньше, то и воздух находится в более разряженном, то есть менее плотном состоянии. Это приводит к тому, что давление не просто падает с высотой, а падает очень быстро. В свою очередь это влияет на человеческий организм.

Уже на высоте 2 км у неподготовленных людей начинается высотная болезнь. Дело в том, что из-за снижения давления человек с каждым вдохом вдыхает меньше кислорода, чем у поверхности, и у него может начаться кислородное голодание. До определенной степени можно натренировать организм и справляться с нехваткой кислорода, профессиональные спортсмены даже специально тренируются в горах, чтобы развивать выносливость при стайерском беге. Самые высокогорные постоянные поселения людей располагаются на высоте около 5100 метров, где давление вдвое меньше, чем на нулевой высоте.

Однако ещё выше дышать невероятно тяжело. На вершине Эвереста (высота 8848 м) давление в 4 раза ниже, чем на уровне моря. Даже несколько часов, проведенные так высоко без кислородных масок, могут привести неподготовленного человека к смерти, хотя отдельным альпинистам удавалось покорять Эверест и без использования кислородного оборудования.

На высоте около 20 км давление падает до 47 мм рт. ст. При таком давлении вода закипает не при 100°С, а уже при 36,6°С, то есть прямо в человеческом организме. Поэтому все пилоты, летающие на таких высотах (да и ниже тоже), используют специальные герметические костюмы. Если человек окажется на такой высоте без защитного оборудования, то он почти мгновенно погибнет.

Список использованных источников

• https://ru.wikipedia.org/wiki/Атмосферное_давление • https://nauka.club/geografiya/atmosfernoe-davlenie-v-chem-izmeryaetsya-i-ot-chego-zavisit.html

Не нашли, то что искали? Используйте форму поиска по сайту

Понравилась статья? Оставь комментарий и поделись с друзьями

Какой тип прибора используется для измерения атмосферного давления?

Химия
Наука
Математика
.

Как мы измеряем атмосферное давление

Точное измерение атмосферного давления имеет фундаментальное значение в метеорологии и имеет особое значение для безопасности посадки самолетов в аэропортах. Чтобы свести любые ошибки к абсолютному минимуму, прибор содержит три отдельных датчика давления, а внутреннее программное обеспечение прибора проверяет любые различия между тремя независимыми измерениями.

Установка датчика давления в полевых условиях должна производиться с большой осторожностью.Любое движение воздуха через вентиляционное отверстие, которое соединяет датчик с окружающей средой, вызовет падение давления, вызванное простым динамическим эффектом, описываемым принципом Бернулли. Точно так же на давление в неподвижном воздухе в здании будет влиять поток воздуха вокруг здания или даже система кондиционирования воздуха.

Чтобы избежать ошибочных измерений, датчик давления обнажается через головку статического давления ( см. Изображение выше ), устройство, сконструированное таким образом, чтобы минимизировать динамическое воздействие ветра.

Как используются наблюдения за давлением?

Атмосферное давление сильно меняется с высотой, падая у поверхности примерно на 1 гПа ( o r 1 миллибар ) на каждые 10 м по вертикали. Чтобы получить представление о показаниях давления сети барометров по всей Великобритании, каждый из которых выставлен на разной высоте над уровнем моря, все значения давления на уровне станции преобразуются в оценку давления на среднем уровне моря с использованием формулы, которая учитывает учитывать температуру воздуха.Среднее давление на уровне моря, давление на уровне станции и тенденция давления в течение предыдущих трех часов сообщаются со всех синоптических станций каждый час. Тенденция определяется одной из десяти категорий: устойчивая, восходящая, нисходящая, восходящая, затем нисходящая и т.д.

.

ГЛАВА 2. АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ

Ответ. Тропосфера содержит всю массу атмосферы, за исключением части P (тропопауза) / P (поверхность), которая находится выше тропопаузы. Из Рисунок 2-2 мы читаем P (тропопауза) = 100 гПа, P (поверхность) = 1000 гПа. Таким образом, доля Ftrop от общей массы атмосферы в тропосфере составляет

. Тропосфера составляет 90% общей массы атмосферы на 30 ° с.ш. (85% в мире).

Доля Fstrat от общей массы атмосферы в стратосфере выражается долей над тропопаузой, P (тропопауза) / P (поверхность), минус доля над стратопаузой, P (стратопауза) / P (поверхность).Из Рисунок 2-2 мы читаем P (стратопауза) = 0,9 гПа, так что

Таким образом, стратосфера содержит почти всю массу атмосферы над тропосферой. Мезосфера содержит лишь около 0,1% общей массы атмосферы.

2,4 БАРОМЕТРИЧЕСКИЙ ЗАКОН

Мы рассмотрим факторы, контролирующие вертикальный профиль температуры атмосферы в главах 4 и 7. Здесь мы сосредоточимся на объяснении вертикального профиля давления. Рассмотрим элементарный слой атмосферы (толщина dz, горизонтальная область A) на высоте z:

.

Рисунок 2-3 Вертикальные силы, действующие на элементарный слой атмосферы

Атмосфера оказывает восходящую силу давления P (z) A на нижнюю часть плиты и силу давления, направленную вниз P (z + dz) A, на верхнюю часть плиты; чистая сила, (P (z) -P (z + dz)) A, называется сила градиента давления.Поскольку P (z)> P (z + dz), сила градиента давления направлена ​​вверх. Чтобы плита находилась в равновесии, ее вес должен уравновешивать силу градиента давления:

(2.3)

Переставляем урожайность

(2,4)

Левая часть по определению равна dP / dz. Следовательно,

(2,5)

Итак, из закона идеального газа,

(2.6)

где Ma - молекулярная масса воздуха, T - температура. Подстановка (2,6) в (2,5) урожайность:

(2,7)

Сделаем упрощающее предположение, что T постоянна с высотой; как показано в Рисунок 2-2 , T изменяется только на 20% ниже 80 км. Затем мы интегрируем (2,7) чтобы получить

(2,8)

что эквивалентно

(2.9)

Уравнение (2,9) называется барометрический закон. Удобно определить шкала высоты H для атмосферы:

(2.10)

приводя к компактной форме Барометрического закона:

(2.11)

Для средней температуры атмосферы T = 250 K масштаб высоты H = 7,4 км. Барометрический закон объясняет наблюдаемую экспоненциальную зависимость P от z в Рисунок 2-2 ; из уравнения (2.11) , график зависимости z от ln P дает прямую линию с наклоном -H (проверьте, что наклон в Рисунок 2-2 действительно близко к -7,4 км). Небольшие колебания наклона Рисунок 2-2 вызваны колебаниями температуры с высотой, которые мы не учли в нашем выводе.

Аналогично можно сформулировать вертикальную зависимость плотности воздуха. Из (2,6) , ra и P связаны линейно, если T предполагается постоянным, так что

(2.12)

Аналогичное уравнение применяется к плотности воздуха na. Для каждого подъема высоты H давление и плотность воздуха падают в е = 2,7 раза; таким образом, H обеспечивает удобную меру толщины атмосферы.

При расчете высоты шкалы от (2.10) мы предположили, что воздух ведет себя как однородный газ с молекулярной массой Ma = 29 г / моль. Закон Дальтона гласит, что каждый компонент воздушной смеси должен вести себя так, как если бы он был один в атмосфере.Тогда можно было бы ожидать, что разные компоненты будут иметь разные шкала высоты определяется их молекулярной массой. В частности, учитывая разницу в молекулярной массе между N2 и O2, можно было ожидать, что соотношение смешивания O2 будет уменьшаться с высотой. Тем не мение, гравитационное разделение воздушной смеси происходит за счет молекулярная диффузия, которая значительно медленнее турбулентного вертикального перемешивания воздуха на высотах ниже 100 км ( проблема 4. 9 ). Таким образом, турбулентное перемешивание поддерживает однородную нижнюю атмосферу.Только на высоте более 100 км начинает происходить значительное гравитационное разделение газов, причем более легкие газы обогащаются на больших высотах. Во время дебатов о вредном воздействии хлорфторуглеродов (ХФУ) на стратосферный озон некоторые не очень уважаемые ученые утверждали, что ХФУ не могут достичь стратосферы из-за их высокой молекулярной массы и, следовательно, малой высоты. В действительности турбулентное перемешивание воздуха гарантирует, что соотношения смешивания CFC в воздухе, поступающем в стратосферу, по существу такие же, как и в приземном воздухе.

.

Атмосферное давление: определение и факты

Книги по метеорологии часто описывают атмосферу Земли как огромный океан воздуха, в котором мы все живем. На диаграммах наша родная планета изображена как окруженная огромным атмосферным морем высотой в несколько сотен миль, разделенным на несколько различных слоев. И все же та часть нашей атмосферы, которая поддерживает всю жизнь, о которой мы знаем, в действительности чрезвычайно тонкая и простирается вверх только до 18000 футов - чуть более 3 миль. И та часть нашей атмосферы, которую можно измерить с некоторой степенью точности, достигает примерно 25 миль (40 километров).Кроме того, дать точный ответ относительно того, где в конечном итоге заканчивается атмосфера, практически невозможно; где-то между 200 и 300 милями появляется неопределенная область, где воздух постепенно разрежается и в конечном итоге растворяется в космическом вакууме.

Так что слой воздуха, окружающий нашу атмосферу, в конце концов не такой уж и большой. Как красноречиво выразился покойный Эрик Слоан, популярный специалист в области погоды: «Земля не висит в воздушном море - она ​​висит в космическом море, и на ее поверхности есть чрезвычайно тонкий слой газа.

И этот газ - наша атмосфера.

Воздух имеет вес

Если человек поднимется на высокую гору, например Мауна-Кеа на Большом острове Гавайи, где вершина достигает 13 796 футов (4206 метров), высока вероятность заражения высотной болезнью (гипоксией). Перед восхождением на вершину посетители должны остановиться в Информационном центре, расположенном на высоте 9 200 футов (2 804 м), где им говорят акклиматизироваться к высоте, прежде чем идти дальше на гору.«Ну, конечно, - скажете вы, - в конце концов, количество доступного кислорода на такой большой высоте значительно меньше, чем на уровне моря».

Но, делая такое заявление, вы ошиблись бы !

Фактически, 21 процент атмосферы Земли состоит из живительного кислорода (78 процентов состоит из азота, а оставшийся 1 процент - из ряда других газов). И доля этого 21 процента практически одинакова как на уровне моря, так и на высокогорье.

Большая разница не в количестве присутствующего кислорода, а скорее в плотности и давлении .

Эта часто используемая аналогия сравнения воздуха с водой («океан воздуха») хороша, поскольку все мы буквально плывем по воздуху. А теперь представьте себе это: высокое пластиковое ведро до краев заполнено водой. Теперь возьмите ледоруб и проделайте отверстие в верхней части ведра. Вода будет медленно стекать. Теперь возьмите кирку и проделайте еще одну дырочку около дна ведра.Что просходит? Там вода будет стремительно брызгать резким потоком. Причина в разнице давления. Давление, которое оказывает вес воды внизу у дна ведра, больше, чем вверх у вершины, поэтому вода «выжимается» из отверстия внизу.

Точно так же давление всего воздуха над нашими головами - это сила, которая выталкивает воздух в наши легкие и выжимает из него кислород в кровоток. Как только это давление падает (например, когда мы поднимаемся на высокую гору), в легкие поступает меньше воздуха, следовательно, меньше кислорода достигает нашего кровотока, что приводит к гипоксии; опять же, не из-за уменьшения количества доступного кислорода, а из-за уменьшения атмосферного давления.

Максимумы и минимумы

Итак, как атмосферное давление соотносится с суточными погодными условиями? Несомненно, вы видели прогнозы погоды, представленные по телевидению; встроенный в камеру метеоролог, ссылающийся на системы высокого и низкого давления. Что это вообще такое?

Короче говоря, каждый день солнечное тепло меняется по всей Земле. Из-за неравномерного солнечного нагрева температура меняется по всему земному шару; воздух на экваторе намного теплее, чем на полюсах.Таким образом, теплый легкий воздух поднимается и распространяется к полюсам, а более холодный и тяжелый воздух опускается к экватору.

Но мы живем на планете, которая вращается, поэтому эта простая картина ветра искажена до такой степени, что воздух искажен вправо от своего направления движения в Северном полушарии и влево в Южном полушарии. Сегодня мы знаем этот эффект как силу Кориолиса, и как прямое следствие этого возникают сильные спирали ветра, которые мы знаем как системы высокого и низкого давления.

В Северном полушарии воздух в областях с низким давлением движется по спирали против часовой стрелки и внутрь - например, ураганы - это механизмы Кориолиса, циркулирующие воздух против часовой стрелки. Напротив, в системах высокого давления воздух движется по спирали по часовой стрелке и наружу от центра. В Южном полушарии направление спирали воздуха меняется на противоположное.

Итак, почему мы обычно ассоциируем высокое давление с хорошей погодой, а низкое - с неустойчивой погодой?

Системы высокого давления - это «купола плотности», которые давят вниз, а системы низкого давления похожи на «атмосферные долины», где плотность воздуха меньше.Поскольку холодный воздух имеет меньшую способность удерживать водяной пар, чем теплый воздух, облака и осадки вызываются охлаждением воздуха.

Итак, при увеличении давления воздуха температура повышается; под этими куполами высокого давления воздух имеет тенденцию опускаться (так называемое «проседание») на более низкие уровни атмосферы, где температуры выше и могут удерживать больше водяного пара. Любые капли, которые могут привести к образованию облаков, будут испаряться. Конечным результатом обычно становится более чистая и сухая среда.

И наоборот, если мы уменьшаем давление воздуха, воздух имеет тенденцию подниматься на более высокие уровни атмосферы, где температуры ниже. По мере того, как способность удерживать водяной пар уменьшается, пар быстро конденсируется, и облака (которые состоят из бесчисленных миллиардов крошечных капель воды или, на очень больших высотах, кристаллов льда) будут развиваться, и в конечном итоге выпадут осадки. Конечно, мы не могли прогнозировать зоны высокого и низкого давления без использования какого-либо устройства для измерения атмосферного давления.

Введите барометр

Атмосферное давление - это сила, действующая на единицу площади под действием веса атмосферы. Чтобы измерить этот вес, метеорологи используют барометр. Именно Евангелиста Торричелли, итальянский физик и математик, доказал в 1643 году, что он может сопоставить атмосферу со столбом ртути. Он фактически измерил давление, переведя его непосредственно в вес. Прибор, сконструированный Торричелли, был самым первым барометром. Открытый конец стеклянной трубки помещают в открытую емкость с ртутью.Атмосферное давление заставляет ртуть подниматься по трубке. На уровне моря столб ртути поднимется (в среднем) на высоту 29,92 дюйма или 760 миллиметров.

Почему бы не использовать воду вместо ртути? Причина в том, что на уровне моря высота водяного столба составляет около 34 футов! С другой стороны, ртуть в 14 раз плотнее воды и является самым тяжелым существующим веществом, которое остается жидкостью при обычных температурах. Это позволяет прибору иметь более удобный размер.

Как НЕ использовать барометр

Прямо сейчас у вас может быть барометр, висящий на стене вашего дома или офиса, но, скорее всего, это не трубка с ртутью, а циферблат со стрелкой, указывающей на текущий барометрический показатель. чтение давления. Такой прибор называется барометром-анероидом, который состоит из частично откачанной металлической ячейки, которая расширяется и сжимается при изменении давления, и прикреплен к механизму сцепления, который приводит в движение индикатор (стрелка) по шкале, градуированной в единицах давления, либо в дюймах. или миллибары.

Обычно на шкале индикатора вы также видите такие слова, как «Солнечный», «Сухой», «Неустойчивый» и «Бурный». Предположительно, когда стрелка указывает на эти слова, это означает, что впереди ожидаемая погода. «Солнечный», например, обычно встречается в диапазоне высокого барометрического давления - 30,2 или 30,3 дюйма. «Бурный», с другой стороны, можно найти в диапазоне низкого барометрического давления - 29,2 или ниже, а иногда даже ниже 29 дюймов.

Все это могло бы показаться логичным, но все это довольно упрощенно.Например, могут быть моменты, когда стрелка будет указывать на «Солнечно», а небо вместо этого будет полностью затянуто облаками. А в других случаях стрелка будет указывать на «бурно», но вы можете увидеть солнечный свет, смешанный с голубым небом и быстро движущимися пухлыми облаками.

Как правильно пользоваться барометром

Поэтому наряду с черной стрелкой индикатора стоит обратить внимание на еще одну стрелку (обычно золотую), которую можно вручную настроить на любую часть циферблата.Когда вы проверяете свой барометр, сначала слегка постучите по передней части барометра, чтобы устранить любое внутреннее трение, а затем совместите золотую стрелку с черной. Затем проверьте несколько часов спустя, чтобы увидеть, как черная стрелка изменилась относительно золотой. Давление растет или падает? Если он падает, происходит ли это быстро (возможно, падает на несколько десятых дюйма)? Если так, то, возможно, приближается шторм. Если шторм только что прошел и небо прояснилось, барометр все еще может показывать «бурную» погоду, но если бы вы установили золотую стрелку несколько часов назад, вы почти наверняка увидели бы, что давление сейчас быстро растет, что предполагает что - несмотря на признаки шторма - приближается ясная погода.

И ваш прогноз можно еще больше улучшить, объединив ваши записи об изменении атмосферного давления с изменением направления ветра. Как мы уже узнали, воздух циркулирует по часовой стрелке вокруг систем высокого давления и против часовой стрелки вокруг систем низкого давления. Поэтому, если вы видите тенденцию к повышению давления и северо-западному ветру, вы можете ожидать, что в целом наступит хорошая погода, в отличие от падающего барометра и восточного или северо-восточного ветра, которые в конечном итоге могут привести к облакам и осадкам.

.

Атмосферное давление - Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Эта пластиковая бутылка была запечатана на высоте примерно 14000 футов и была раздавлена ​​увеличением атмосферного давления (на 9000 футов и 1000 футов), когда она опустилась до уровня моря.

Атмосферное давление - это сила в области, прижимаемая к поверхности весом атмосферы Земли, слоя воздуха. Воздух распределен по земному шару неравномерно. Он движется, и в разное время слой воздуха в одних местах толще, чем в других.Там, где слой воздуха толще, воздуха больше. Поскольку воздуха больше, давление в этом месте выше. Чем тоньше слой воздуха, тем ниже атмосферное давление.

На большей высоте плотность и давление атмосферы ниже. Это потому, что над возвышенностями не так много воздуха, который давит вниз.

Барометры могут использоваться для измерения атмосферного давления. [1] Атмосферное давление одинаково со всех сторон.Единица измерения давления в системе СИ - гПа. Другие единицы измерения, такие как Бар (единица измерения) и торр, используются для различных целей.

.

Что такое атмосферное давление - Вселенная сегодня

[/ caption]

Одного ответа на вопрос «что такое атмосферное давление?» Недостаточно, чтобы полностью понять его важность. По определению атмосферное давление - это «сила на единицу площади, действующая на поверхность за счет веса воздуха над этой поверхностью». Атмосферное давление тесно связано с гидростатическим давлением, вызванным весом воздуха над точкой измерения. Термин стандартная атмосфера используется для выражения давления в системе (гидравлической и пневматической) и равен 101.325 кПа. Другие эквивалентные единицы: 760 мм рт. Ст. И 1013,25 мбар.

Среднее давление на уровне моря (MSLP) - это давление на уровне моря. Это давление, обычно указываемое в сводках погоды. Когда домашние барометры настроены на соответствие местным сводкам погоды, они будут измерять давление, приведенное к уровню моря, а не ваше местное атмосферное давление. Снижение до уровня моря означает, что нормальный диапазон колебаний давления одинаков для всех.

Атмосферное давление играет важную роль в настройках высотомера во время полета.Высотомер можно установить для QNH или QFE. Оба являются методом понижения атмосферного давления до уровня моря, но они немного отличаются. QNH получит высотомер, чтобы показывать высоту над аэродромом и высоту над ним. QFE установит показание высотомера на ноль для справки при нахождении на конкретном аэродроме. QNH передается по всему миру в миллибарах, за исключением США и Канады. Эти две страны используют дюймы (или сотые доли дюйма) ртутного столба.

Атмосферное давление часто измеряется ртутным барометром; однако, поскольку ртуть не является веществом, с которым люди обычно контактируют, вода часто обеспечивает более интуитивный способ визуализировать давление одной атмосферы.Одна атмосфера - это давление, которое может поднять воду примерно на 10,3 м. Дайвер, находящийся под водой на глубине 10,3 м, испытывает давление около 2 атмосфер (1 воздуха плюс 1 вода). Низкое давление, такое как трубопроводы природного газа, можно выразить в дюймах водяного столба (вод. Типичный бытовой газовый прибор рассчитан максимум на 14 Вт (около 0,034 атмосферы).

Как видите, понимание того, «что такое атмосферное давление», - это лишь верхушка айсберга. Если у вас есть определение, оно действительно становится единым, когда вы видите большое разнообразие приложений.

Мы написали много статей об atmos

.

Смотрите также