Меню

Физик измерение атмосферного давления



Атмосферное давление в физике

Понятие атмосферного давления применяется во многих сферах науки и жизнедеятельности человека, к примеру, в медицине, в авиации, в метеорологии, в сельском хозяйстве и прочих сферах. Давление атмосферы является значительной характеристикой, влияющей на работу специалистов. Например, с помощью атмосферного давления определяют прогноз погоды. Рост давления свидетельствует о том, что ожидается хорошая погода, солнышко, ясное небо, падение давления означает, что погода ухудшится: могут появиться тучи, выпасть снег, дождь или даже град.

Основные понятия об атмосферном давлении

Атмосферным давлением есть сила, воздействующая на поверхность. Оно определяется массой вышестоящего столба воздуха на поверхность с площадью, которая равняется единице. Измеряется в Паскалях (обозначается Па). Один Паскаль равняется силе в один Ньютон, которая воздействует на поверхность площадью 1 квадратный метр, то есть 1 Па = 1 Н / 1 м2. Метеорологи для обозначения давления атмосферы используют гектопаскаль (обозначается гПа). 1 гПа = 100 Па.

Раньше для фиксирования атмосферного давления использовали миллибар (мбар) или миллиметр ртутного столба (мм. рт. ст.), эти единицы измерения и до сих пор используются в некоторых сферах. Атмосферное давление определяется на всех метеостанциях. Значение давления на уровне метеостанции преобразуют соответственно уровню моря с целью составления приземных синоптических карт, отражающих условия погоды в определенный промежуток времени. С помощью этого легко определить атмосферные фронты, а также участки с высокими и низкими давлениями – антициклоны и циклоны.

Метеорологи используют понятие среднего атмосферного давления на уровне моря. Оно определяется при температуре 0 градусов Цельсия на широте 45 градусов на уровне моря, и равно 1013,2 гПа. Эта величина называется «нормальным давлением» и считается стандартной.

Не нашли что искали?

Просто напиши и мы поможем

Как определяют атмосферное давление

Известно, что у воздуха есть свой вес. Еще в свое время Галилей доказал этот факт. Плотность воздуха на поверхности Земли равняется 1,29 кг/м3. Ученик Галилея Эванджелиста Торричелли утверждал, что воздух воздействует на всё, что находится на поверхности Земли. Это воздействие назвали атмосферным давлением.

Атмосферное давление невозможно рассчитать по аналогии расчета давления столба жидкости, так как для этого нужно знать высоту столба и его плотность. Но для атмосферы практически невозможно определить точный размер высоты, а ее плотность отличается на разной высоте. По этой причине Эванджелиста Торричелли разработал подходящий метод измерения атмосферного давления.

В стеклянную трубку, закрытую с одной стороны, длиной примерно один метр, он поместил ртуть и погрузил ее открытым краем в емкость со ртутью. Часть ртути попала в емкость, но большинство ее массы осталось в трубке. Ежедневно он замерял уровень ртути в трубке, он менялся, становясь то выше, то ниже. Давление ртути на разном уровне создавалось благодаря весу ее столба, так как сверху воздуха над нею не было. Там был вакуум, который впоследствии назвали «торричеллиевой пустотой».

Опираясь на вышеизложенную информацию, напрашивается заключение, что атмосферное давление равняется давлению ртутного столба в трубке. Измеряя высоту ртутного столба, рассчитывают давление, которое производит ртуть. При повышении давления со стороны атмосферы ртутный столб в трубке Торричелли растет, а при понижении — опускается.

Приборы, измеряющие атмосферное давление

Используют следующие приборы, измеряющих давление атмосферы:

  • стационарные чашечные ртутные барометры. Их типы немного отличаются для равнинной и горной местности. Бывают типа СР-А и СР-Б;
  • барометры-анероиды типа БАММ-1;
  • барографы метеорологические М-22А.

Самыми четкими в измерениях считаются ртутные барометры, на метеостанциях они применяются чаще остальных. Их размещают в специально предназначенных местах с ограниченным доступом для соблюдения безопасности. С такими барометрами допускаются к работе только специализированные работники.

Также широко используют барометры-анероиды. Обычно их используют в географических стационарах для исследования маршрутов, но также они используются и на метеостанциях. Часто их применяют для барометрического нивелирования.

Сложно разобраться самому?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Барографы применяют для беспрерывного фиксирования различных изменений давления атмосферы. Они бывают нескольких типов:

  • М-22АС – для фиксации перемены атмосферного давления за сутки;
  • М-22АН – для фиксации перемены атмосферного давления за неделю.

Принцип действия приборов и их устройство

Нижний ее край открытый и погруженный в чашу со ртутью, а верхний закрытый. Чаша имеет три части, которые соединяются через резьбу. Средняя часть оснащена диафрагмой, имеющей специально предназначенные отверстия. С помощью этой диафрагмы происходит процесс затруднения движения ртути в чаше, тем самым предотвращается процесс проникновения воздуха.

Вверху ртутного барометра расположено отверстие для сообщения с воздухом атмосферы. Бывают исполнения, в которых это отверстие закрывается специальным винтом. В верхней части трубки воздух отсутствует, здесь создается вакуум, благодаря чему столб ртути растет до какого-то значения из-за воздействия давления атмосферы на ртутную поверхность чаши. Таким образом, размер атмосферного давления определяется массой ртутного столба.

В верхней части корпуса сделан вырез для доступа к обзору размера ртутного столба. С целью наиболее точного определения мениска ртути есть кольцо с нониусом, которое можно перемещать по шкале. При этом шкала, имеющая деления на десятые доли, именуется компенсированной шкалой. Для предотвращения попадания грязи и пыли шкала покрывается специальной защитой. В средней части барометра имеется термометр для определения размера температуры окружающей атмосферы. По величине показаний термометра определяют температурную поправку.

Читайте также:  Если измерить базальную температуру после того как встал

Существует несколько поправок, что исключают искажения показаний ртутного барометра:

  • температурная;
  • инструментальная;
  • поправка, учитывающая ускорение силы тяжести на разной высоте над уровнем моря и в различной широте местности.

Барометр-анероид применяют для учета атмосферного давления в приземной местности. Блок, что вмещает три анероидных коробки, которые соединены между собой, является основной чувствительной частью барометра-анероида. Основным принципом работы этого прибора является деформация мембранной коробки под воздействием давления атмосферы. Также принцип его работы определяется по трансформации линейного перемещения мембраны.

Роль приемника выполняет металлическая анероидная коробка с дном и крышкой в виде гофры, из нее полностью удаляется воздух. Чтобы не сплюснуться под воздействием давления атмосферы, она оснащена специальной пружиной, оттягивающей крышку коробки.

Источник

Атмосферное давление

  • Участник: Вертушкин Иван Александрович
  • Руководитель: Виноградова Елена Анатольевна

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:

  • Связь между погодой и атмосферным давлением.
  • Явления, лежащие в основе работы приборов для измерения атмосферного давления.
  • Зависимость давления жидкости от высоты столба жидкости в жидкостных барометрах.

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:

  • Изучить историю измерения атмосферного давления.
  • Установить, есть ли связь между погодой и атмосферным давлением.
  • Изучить виды приборов, предназначенных для измерения атмосферного давления, изготовленных человеком.
  • Изучить физические явления, лежащие в основе работы приборов для измерения атмосферного давления.
  • Зависимость давления жидкости от высоты столба жидкости в жидкостных барометрах.

Методы исследования

  • Анализ литературы.
  • Обобщение полученной информации.
  • Наблюдения.

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:

  • наблюдения;
  • сбор информации о погоде.

III. Заключительная часть:

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)

Читайте также:  Как измерит содержание спирта

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.

Источник

Физик измерение атмосферного давления

Вы будете перенаправлены на Автор24

Люди различных профессий должны знать о понятии атмосферного давления: медики, летчики, ученые, полярники и другие. Оно напрямую воздействует на специфику их работы. Атмосферное давление – это величина, что помогает предсказать и спрогнозировать погоду. Если оно повышается, то это говорит о том, что погода будет солнечная, а если давление понижается, то это предвещает ухудшение погодных условий: появляется облачность и идут атмосферные осадки в виде дождя, снега, града.

Понятие и сущность атмосферного давления

Атмосферное давление – это сила, которая действует на поверхность. Иными словами, в каждой точке атмосферы давление равно массе вышележащего столба воздуха с основанием, которое равно единице.

Готовые работы на аналогичную тему

Единицей измерения атмосферного давления является Паскаль (Па), который приравнивается силе в 1 Ньютон (Н), что действует на площадь в 1 м2 (1 Па = 1 Н/м2). Атмосферное давление в метрологии выражается в гектопаскалях (гПа) с точностью до 0,1 гПа. А 1 гПа, в свою очередь, равен 100 Па.

В качестве единицы измерения атмосферного давления до недавнего времени использовался миллибар (мбар) и миллиметр ртутного столба (мм. рт. ст.). Давление измеряется абсолютно на всех метеорологических станциях. Для того чтобы составить приземные синоптические карты, которые отражают погодные условия в данный период времени, давление на уровне станции приводят в соответствие со значениями уровня моря. Благодаря этому можно выделить области с высоким и низким атмосферным давлением (антициклоны и циклоны), а также атмосферные фронты.

Читайте также:  Как измерить атмосферное давление ртутным столбом

Среднее атмосферное давление на уровне моря, которое определяется на широте 45 градусов, при температуре воздуха 0 градусов, составляет 1013,2 гПа. Данная величина принимается за стандартную, она получила название «нормальное давление».

Измерение атмосферного давления

Мы часто забываем о том, что воздух имеет вес. У поверхности Земли плотность воздуха составляет 1,29 кг/м3. Еще Галилей доказал, что воздух имеет вес. А его ученик, Эванджелиста Торричелли, смог доказать, что воздух оказывает влияние на все тела, которые расположены на земной поверхности. Это давление стали называть атмосферным.

По формуле расчета давления столба жидкости рассчитать атмосферное давление нельзя. Ведь для этого необходимо знать высоту столба жидкости и плотность. Однако у атмосферы не существует четкой границы, а с ростом высоты уменьшается плотность атмосферного воздуха. Поэтому Эванджелиста Торричелли предложил иной метод для определения и нахождения атмосферного давления.

Он взял стеклянную трубку длиной около метра, которая с одного конца была запаяна, налил в нее ртуть и опустил открытой частью в чашу с ртутью. Немного ртути вылилось в чашу, но основная часть осталась в трубке. Каждый день количество ртути в трубе незначительно колебалось. Давление ртути на определенном уровне создается при помощи веса столба ртути, поскольку в верхней части трубки воздуха над ртутью нет. Там расположен вакуум, который получил название «торричеллиева пустота».

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что атмосферное давление приравнивается давлению ртутного столбца в трубке. Измерив высоту ртутного столбца, можно рассчитать давление, что производит ртуть. Оно приравнивается атмосферному. Если атмосферное давление повышается, то ртутный столбец в трубке Торричелли увеличивается, и наоборот.

Рисунок 1. Измерение атмосферного давления. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Приборы для измерения атмосферного давления

Для измерения атмосферного давления используются такие виды приборов:

  • станционный барометр чашечный ртутный СР-А (для диапазона 810-1070 гПа, что характерен для равнин) или СР-Б (для диапазона 680-1070 гПа, который наблюдается на высокогорных станциях);
  • барометр-анероид БАММ-1;
  • барограф метеорологический М-22А.

Наиболее точными и часто используемыми являются ртутные барометры, которые применяются для измерения атмосферного давления на метеорологических станциях. Они располагаются в помещениях в специально оборудованных шкафах. Доступ к ним строго ограничен в целях техники безопасности: с ними могут работать только специально подготовленные специалисты и наблюдатели.

Более распространенными являются барометры-анероиды, которые применяются для измерения атмосферного давления на метеорологических станциях и на географических стационарах для маршрутных исследований. Зачастую они применяются для барометрического нивелирования.

Барограф М-22А чаще всего используется для фиксации и непрерывной регистрации каких-либо изменений атмосферного давления. Они могут быть двух типов:

  • для того чтобы зарегистрировать суточное изменение давления, применяется М-22АС;
  • для того чтобы зарегистрировать изменение давления в течение 7 дней, применяется М-22АН.

Устройство и принцип действия приборов

Рассмотрим для начала чашечный ртутный барометр. Данный прибор состоит из стеклянной калиброванной трубки, которая заполнена ртутью. Ее верхний конец запаян, а нижний погружается в чашу с ртутью. Чашка ртутного барометра состоит из трех частей, которые соединены резьбой. Средняя чаша внутри имеет диафрагму со специальными отверстиями. Благодаря диафрагме затрудняется колебание ртути в чаше, предотвращая тем самым попадание воздуха.

В верхней части чашечного ртутного барометра есть отверстие, сквозь которое чаша сообщается с воздухом. В некоторых случая отверстие закрывается винтом. В верхней части трубки воздуха нет, поэтому под влиянием атмосферного давления столбик ртути поднимается в колбе до определенной высоты на поверхность ртути в чаше.

Масса столба ртути приравнивается к величине атмосферного давления.

Следующим прибором является барометр. Принцип его устройства заключается в следующем: стеклянная трубка защищается металлической оправой, на которую наносится шкала измерения в паскалях или миллибарах. Верхняя часть оправы имеет продольный прорез для того, чтобы наблюдать за положением ртутного столбика. Для максимально точного отчета мениска ртути располагается кольцо с нониусом, которое перемещается вдоль шкалы при помощи винтика.

Шкала, которая предназначена для определения десятых долей, называется компенсированная шкала.

От загрязнения она предохраняется защитным кожухом. В средней части барометра вмонтирован термометр для того, чтобы учитывать влияние температуры окружающей среды. По его показаниям вводится температурная поправка.

С целью исключения искажений показаний ртутного барометра вводится ряд поправок:

  • температурная;
  • инструментальная;
  • поправки на ускорение силы тяжести в зависимости от высоты над уровнем моря и широты места.

Барометр-анероид БАММ-1 используется для замеров атмосферного давления в приземных условиях. Его чувствительным элементом является блок, который состоит из трех соединенных анероидных коробок. Принцип устройства барометра-анероида основывается на деформации мембранных коробок под действием атмосферного давления и трансформацией линейных перемещений мембран при помощи передаточного механизма в угловые перемещения стрелы.

В качестве приемника выступает металлическая анероидная коробка, которая оснащена гофрированным дном и крышкой, воздух из них полностью выкачивается. Пружина оттягивает крышку коробки и предохраняет ее от сплющивания воздушным давлением.

Рисунок 2. Подтверждение существования атмосферного давления. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Источник