Kako se mjeri atmosferski tlak? Koji se atmosferski tlak može smatrati normalnim za osobu.
Kako mjeriti Atmosferski tlak?
Iskustvo Torricellija. Godine 1643., na prijedlog talijanskog fizičara Evangeliste Torricellija (1608–1647), napravljen je sljedeći pokus. Staklena cijev duga oko 1 m, zatvorena na jednom kraju, napunjena je živom. Otvor cijevi se zatvara prstom kako se živa ne bi izlila, a cijev se spušta u okomitom položaju s rupom dolje u posudu sa živom. Ako sada odmaknemo prst od rupe, tada će stup žive pasti na visinu od oko 760 mm iznad razine žive u posudi (slika 28.6).
Zašto nije sva živa izašla iz cijevi? Budući da je IZNAD žive u cijevi takozvana Torricellijeva praznina, odnosno vakuum, tlak živinog stupca se uravnotežuje atmosferskim tlakom, koji djeluje na otvorenu površinu žive.
Čitač:... Malo me zbuni to što atmosferski "stupac" pritišće odozgo prema dolje, a živin također odozgo prema dolje. Kako se međusobno balansiraju? E sad, ako su djelovali u suprotnim smjerovima, onda je to razumljivo.
Tekućina se ulijeva u dvije susjedne cijevi, široku i usku (slika 28.7). Klip je umetnut u široku cijev, čvrsto prianjajući uz njezine zidove. Ako počnete pritiskati klip, tada će voda u uskoj cijevi početi rasti, baš kao i živa u Torricellijevom eksperimentu. U ovom slučaju, tlak vodenog stupca u uskoj cijevi će uravnotežiti tlak koji stvara sila u širokoj cijevi.
Napominjem da Torricellijev pokus izaziva određenu zbunjenost jer čvrsta tijela nemaju svojstvo tekućine da prenese pritisak koji se na njih vrši na sve točke jednako. Ako u eksperimentu prikazanom na sl. 28.7, umjesto tekućine, sipajte pijesak u cijevi, tada ništa neće raditi: pijesak se neće dizati u uskoj cijevi, koliko god pritiskali u širokoj cijevi.
Vratimo se Torricellijevom iskustvu. Dakle, tlak živinog stupca mora biti takav da uravnoteži atmosferski tlak. Stoga nam visina živinog stupa omogućuje prosuđivanje veličine atmosferskog tlaka, pa čak i izravno mjerenje u milimetrima. živin stupac(mmHg.).
Iskustvo pokazuje da je pri 0°C na razini mora atmosferski tlak oko 760 mm Hg. Umjetnost. Ovaj pritisak se zove normalan atmosferski tlak. Uređaj koji na taj način mjeri atmosferski tlak naziva se živin barometar(slika 28.8).
STOP! Odlučite sami: B11-B15, C10-C12.
Problem 28.3. Mjerenja sovjetske automatske stanice "Venera-7" pokazala su da je atmosferski tlak na površini planeta oko 10,3 MPa. Sila gravitacije na Veneri je gotovo 1,2 puta manja nego na Zemlji. Kolika bi bila visina stupa žive u Torricellijevom pokusu na Veneri?
Jedinice atmosferskog tlaka
Oznaka jedinice |
Korelacija sa SI jedinicom - pascal (Pa) i drugi |
milimetar žive (mmHg.) |
1 mm. rt. Umjetnost. = 133,322 Pa |
milimetar vodenog stupca (mm vodeni stupac) |
1 mm w.c. Umjetnost. = 9,807 Pa |
Tehnička atmosfera (na) |
1 na = 9,807 10 4 Pa |
Fizička atmosfera (atm) |
1 atm \u003d 1,033 atm \u003d 1,013 10 4 Pa |
1 torus = 1 mmHg Umjetnost. |
|
milibar (mb) |
1 mb = 0,7501 mmHg Umjetnost. = 100 Pa |
Tablica 24
Jedinični omjer barometrijskog tlaka
mmHg Umjetnost. |
mm w.c. Umjetnost. |
||||
Pascal, pa | |||||
Atmosfera je normalna, atm | |||||
milimetar žive, mmHg Umjetnost. | |||||
Millibar, mb | |||||
Milimetar vodenog stupca, mm vode. Umjetnost. |
Od mjernih jedinica navedenih u tablicama 23 i 24, u Rusiji se najviše koriste mm. rt. Umjetnost. i mb. Za praktičnost ponovnih izračuna, u potrebnim slučajevima, može se koristiti sljedeći omjer:
760 mmHg Umjetnost.= 1013mb= 101300Godišnje(36)
Lakši način:
Mb = mm. rt. čl. (37)
mmHg Umjetnost. = mb (38)
Instrumenti za mjerenje atmosferskog tlaka.
U higijenskim istraživanjima koriste se dvije vrste. barometri:
tekući barometri;
metalni barometri - aneroidi.
Princip rada različitih modifikacija tekućinskih barometara temelji se na činjenici da atmosferski tlak uravnotežuje određenu visinu stupca tekućine u cijevi zatvorenoj na jednom kraju (gornjem). Što je niža specifična težina tekućine, to je veći stup potonje, uravnotežen tlakom atmosfere.
Najrašireniji živini barometri , budući da velika specifična težina tekuće žive omogućuje da uređaj bude kompaktniji, što se objašnjava uravnoteženjem tlaka atmosfere s nižim stupcem žive u cijevi.
Koriste se tri sustava živinih barometara:
kupa;
sifon;
sifon-čaša.
Ovi sustavi živinih barometara shematski su prikazani na slici 35.
Stacionarni barometri za šalice (Slika 35). U ovim barometrima, staklena cijev zatvorena na vrhu stavlja se u čašu napunjenu živom. U cijevi iznad žive nastaje takozvana praznina toricelija. Zrak, ovisno o stanju, uzrokuje jedan ili drugi pritisak na živu u šalici. Dakle, razina žive je postavljena na jednu ili drugu visinu u staklenoj cijevi. Upravo će ta visina uravnotežiti tlak zraka na živu u šalici, te stoga odražavati atmosferski tlak. Visina razine žive, koja odgovara atmosferskom tlaku, određena je takozvanom kompenziranom skalom koja je dostupna na metalnom okviru barometra. Barometri za šalice izrađuju se s skalama od 810 do 1110 mb i od 680 do 1110 mb. |
Riža. 35. šalica barometar(lijevo) A - barometarska skala; B - vijak; B - termometar; G - šalica sa živom Živin sifonski barometar(desno) A - gornje koljeno; B - donje koljeno; D - donja ljestvica; E - gornja ljestvica; H - termometar; a - rupa u cijevi |
U nekim modifikacijama postoje dvije ljestvice - u mm Hg. Umjetnost. i mb. Desetine mm Hg. Umjetnost. ili mb broje se na pomičnoj ljestvici - noniju. Da biste to učinili, potrebno je vijkom postaviti nultu podjelu noniusne ljestvice u ravnini s vrhom meniskusa živinog stupca, izbrojati broj cijelih podjela milimetara žive na barometarskoj skali i broj desetinke milimetra žive do prve oznake noniusne ljestvice, što se podudara s podjelom glavne ljestvice.
Primjer. Nulta podjela noniusne ljestvice je između 760 i 761 mm Hg. Umjetnost. glavna ljestvica. Stoga je broj cijelih podjela 760 mm Hg. Umjetnost. Ovoj brojci potrebno je dodati broj desetinki milimetra žive, računajući na nonius ljestvici. Prva podjela glavne ljestvice poklapa se s 4. podjelom noniusne ljestvice. Barometarski tlak je 760 + 0,4 = 760,4 mm Hg. Umjetnost.
U pravilu se termometar ugrađuje u šalice barometara (živa ili alkohol, ovisno o očekivanom rasponu temperature zraka tijekom istraživanja), budući da je za postizanje konačnog rezultata potrebno tlak dovesti na standardne temperaturne uvjete ( 0°C) i barometarskog tlaka (760 mm Hg) posebnim proračunima. st.).
NA šalica ekspedicijskih barometara prije promatranja, prvo, pomoću posebnog vijka koji se nalazi na dnu uređaja, postavite razinu žive u šalici na nulu.
Sifonski i sifonski barometri za šalice (Slika 35). U tim se barometrima atmosferski tlak mjeri razlikom u visinama stupca žive u dugim (zapečaćenim) i kratkim (otvorenim) koljenima cijevi. Ovaj barometar omogućuje mjerenje tlaka s točnošću od 0,05 mmHg sv. Pomoću vijka na dnu instrumenata razina žive u kratkom (otvorenom) koljenu cijevi dovodi se na nulu, a zatim se očitaju očitanja barometra.
Barometar za pregled sifonske čašice. Ovaj uređaj ima dvije skale: na lijevoj u mb i na desnoj u mm Hg. Umjetnost. Za određivanje desetinki mm Hg. Umjetnost. nonius služi. Pronađene vrijednosti atmosferskog tlaka, kao i pri radu s drugim tekućinskim barometrima, moraju se smanjiti na 0S pomoću proračuna ili posebnih tablica.
Na meteorološkim postajama u očitanja barometara uvodi se ne samo korekcija temperature, već i tzv. stalna korekcija: instrumentalna i korekcija za gravitaciju.
Barometre treba postaviti na udaljenosti ili izolirati od izvora toplinskog zračenja (sunčevo zračenje, uređaji za grijanje), kao i na udaljenosti od vrata i prozora.
Metalni aneroidni barometar (Slika 36). Ovaj uređaj je posebno prikladan pri provođenju istraživanja u ekspedicijskim uvjetima. Međutim, ovaj se barometar prije upotrebe mora kalibrirati prema točnijem živinom barometru.
Riža. 36. Aneroidni barometar |
Riža. 37. Barograf |
Princip uređaja i rada aneroidnog barometra je vrlo jednostavan. Metalni jastučić (kutija) s valovitim (za veću elastičnost) stijenkama, iz kojih se uklanja zrak do preostalog tlaka od 50-60 mm Hg. Art., pod utjecajem tlaka zraka mijenja svoj volumen i kao rezultat toga se deformira. Deformacija se putem sustava poluga prenosi na strelicu koja označava atmosferski tlak na brojčaniku. Zakrivljeni termometar postavljen je na brojčanik aneroidnog barometra zbog potrebe, kao što je gore navedeno, da se rezultati mjerenja dovedu na 0°C. Gradacije brojčanika mogu biti u mb ili mm Hg. Umjetnost. U nekim modifikacijama aneroidnog barometra postoje dvije ljestvice - i u mb i u mm Hg. Umjetnost.
Aneroidni visinomjer (visinomjer). U mjerenju nadmorske visine razinom atmosferskog tlaka položena je pravilnost prema kojoj postoji odnos između tlaka zraka i nadmorske visine, koji je vrlo blizak linearnom. To jest, kada se podignete na visinu, atmosferski tlak se proporcionalno smanjuje.
Ovaj uređaj je dizajniran za precizno mjerenje atmosferskog tlaka na visini i ima dvije skale. Jedan od njih pokazuje tlak u mm Hg. Umjetnost. ili mb, s druge strane - visina u metrima. Na zrakoplovima se koriste visinomjeri s brojčanikom na kojima se visina leta određuje na ljestvici.
Barograf (barometarski snimač). Ovaj uređaj je dizajniran za kontinuirano snimanje atmosferskog tlaka. U higijenskoj praksi koriste se metalni (aneroidni) barografi (slika 37). Pod utjecajem promjena atmosferskog tlaka, hrpa aneroidnih kutija povezanih zajedno, kao rezultat deformacije, utječe na sustav poluga, a preko njih na posebnu olovku s posebnom tintom koja se ne suši. S povećanjem atmosferskog tlaka, aneroidne kutije se stisnu i poluga s olovkom se podiže. Kada se tlak smanji, aneroidne kutije se šire uz pomoć opruga smještenih unutar njih i olovka povlači liniju prema dolje. Rekordni pritisak u obliku neprekidne linije crta se olovkom na graduiranom u mm Hg. Umjetnost. ili mb papirna traka postavljena na cilindrični bubanj koji se rotira pomoću mehaničkog namota. Koriste se barografi s tjednim ili dnevnim namatanjem s odgovarajućim graduiranim vrpcama, ovisno o namjeni, ciljevima i prirodi istraživanja. Barografi se proizvode s električnim pogonom koji rotira bubanj. Međutim, u praksi je ova modifikacija uređaja manje prikladna, jer je njegova uporaba u ekspedicijskim uvjetima ograničena. Kako bi se eliminirali temperaturni utjecaji na očitanja barografa, u njih se ubacuju bimetalni kompenzatori koji automatski ispravljaju (ispravljaju) pomicanje poluga ovisno o temperaturi zraka. Prije početka rada, poluga olovke s posebnim vijkom postavlja se u prvobitni položaj koji odgovara vremenu naznačenom na vrpci i na razinu tlaka izmjerenu točnim živinim barometrom.
Tinta za snimanje barograma može se pripremiti prema sljedećem receptu:
Dovođenje volumena zraka u normalne uvjete (760 mm Hg, 0 S). Ovaj aspekt mjerenja barometarskog tlaka vrlo je važan pri mjerenju koncentracija onečišćujućih tvari u zraku. Zanemarivanje ovog aspekta može uzrokovati značajne pogreške u izračunima koncentracije. štetne tvari koji može doseći 30 posto ili više.
Dovođenje volumena zraka u normalne uvjete provodi se prema formuli:
Primjer. Za mjerenje koncentracije prašine u zraku, 200 litara zraka je propušteno kroz papirnati filter pomoću električnog aspiratora. Temperatura zraka tijekom njegove aspiracije bila je +26 C, barometarski tlak - 752 mm Hg. Umjetnost. Potrebno je dovesti volumen zraka u normalne uvjete, odnosno na 0S i 760 mm Hg. Umjetnost.
Vrijednosti odgovarajućih parametara primjera zamjenjujemo u X formulu i izračunavamo potrebni volumen zraka u normalnim uvjetima:
Dakle, pri izračunu koncentracije prašine u zraku potrebno je uzeti u obzir volumen zraka točno 180,69 l, ne 200 l.
Da biste pojednostavili izračun volumena zraka u normalnim uvjetima, možete koristiti korekcijske faktore za temperaturu i tlak (tablica 25) ili izračunate gotove vrijednosti formule 39 i (tablica 26).
Tablica 25
Korekcioni faktori za temperaturu i tlak za dovođenje volumena zraka u normalne uvjete
(temperatura 0 oko
tlak zraka, mm rt. Umjetnost. |
||||||||
Kraj tabele 25
tlak zraka, mm rt. Umjetnost. |
||||||||
Tablica 26
Koeficijenti za normalizaciju volumena zraka
(temperatura 0 oko C, barometarski tlak 760 mm Hg. Umjetnost.)
mm rt. Umjetnost. |
mm rt. Umjetnost. | ||||||
Svaki plin vrši pritisak na zidove koji ga ograničava. Tlak - rezultirajuća sila udara molekula na granične stijenke, usmjerena normalno (okomito) na te stijenke.
Jer Tlak plina nastaje zbog kretanja molekula, što je veća brzina kretanja molekula, to je veći tlak. Ova izjava je točna ako se volumen koji zauzima plin ne mijenja. Atmosferski tlak je u bilo kojoj točki u njemu. U međunarodnom sustavu jedinica tlak se mjeri u paskalima. 1 Pa je tlak od 1 N podijeljen s 1 m2.
Prije paskala koristio se milibar - mbar. 1 mbar = 100 Pa. Tlak u 1 mm Hg. je težina 1 mm visokog stupa žive na razini mora na geografskoj širini od 45°. 1 mmHg = 4/3 hPa. Norma je 760 mm Hg. = 1013,3 hPa na razini mora. Što je iznad razine mora, to je niži tlak.
Instrumenti za mjerenje tlaka :
Dijele se u 3 glavne vrste: živini barometri, živini aneroidi i hipsotermometri.
Živini barometri su najtočniji, pa se koriste u meteorologiji. Ali oni su vrlo glomazni. Živi barometri mogu biti: šalica, sifon-čaša (prema obliku posude u kojoj se nalazi živa) Živin barometar je izumio Tatchelli.
šalica barometar. Uređaj.
Staklena cijev punjena živom, zatvorena. Uronjena je u metalnu posudu sa živom. U gornjem dijelu cijevi nema zraka, pa se pod djelovanjem vanjskog pritiska na površinu čašice stupac žive u cijevi diže do određene visine. Težina stupca žive bit će jednaka atmosferskom tlaku. Cijev je postavljena u metalni okvir, na čijem je vrhu napravljen rez kojim se može promatrati položaj žive u cijevi. Na ovom mjestu se na njega nanosi skala u mm Hg. U središnjem dijelu okvira postavljen je termometar. Korekcije: 1) temperatura, 2) ubrzanje, 3) instrumentalna
- standardna temperatura 0C. Ako su očitanja veća, pokazatelji će biti precijenjeni. Korekcija temperature sa znakom "-".
- gravitacija ovisi o geografskoj širini. Standardna zemljopisna širina je 45. Ako je postaja bliža, očitanja će biti previsoka. Ovisi o nadmorskoj visini. Što je veći, to su niži rezultati.
- potrebno za ispravljanje netočnosti. Ova ispravka je navedena u putovnici za barometar.
Aneroidni barometar Uređaj bez tekućine. Princip rada: temelji se na elastičnoj deformaciji prijemnika pod utjecajem promjena atmosferskog tlaka. Metalna kutija s valovitim dnom i poklopcem uzima se kao prijemnik. Zrak je izbačen. Tu je opruga koja povlači poklopac kutije i sprječava da se spljošti. S povećanjem pritiska, poklopac će biti više pritisnut u kutiju, a smanjenjem će stršiti. Ispravci: 1) mjerilo. Za instrumentalne netočnosti.2) temperatura. Za kompenzaciju elastičnih sv-in kutija i opruga kod promjene temperature okoline 3) dodatno. Za kompenzaciju postupnih promjena unutarnja struktura metal, opruge i kutije.
Hipsotermometar Mjerenje atmosferskog tlaka temelji se na ovisnosti vrelišta tekućine o atmosferskom tlaku. Sastoji se od posebnog kotla i termometra. Kotao je metalna posuda napunjena destiliranom vodom. Na vrhu je metalna cijev s dvostrukim stijenkama, unutar ove cijevi se stavlja termometar i ispere parom kipuće vode. Voda u kotlu zagrijava se špiritnom lampom.
Instrumenti za mjerenje atmosferskog tlaka nazivaju se barometri. Tlak je određen težinom stupca atmosferski zrak pritiskom na određeno područje Zemljine površine. Budući da je na većim nadmorskim visinama, kao što je vrh planine, sloj zraka iznad njega tanji, atmosferski tlak opada s visinom. Atmosferski tlak se također mijenja dok se krećete zračne mase formirajući hladno i toplo atmosferske fronte. Stoga je moguće predvidjeti vrijeme iz očitanja barometra.
Postoje dvije glavne vrste barometara koje se trenutno koriste: živa i aneroidna. Živin barometar, koji je 1643. izumio talijanski znanstvenik Evangelista Torricelli, koristi staklenu cijev napunjenu živom koja se diže i spušta kako se atmosferski tlak povećava ili smanjuje. Aneroidni barometar, sličan onom prikazanom desno, izumio je 1843. francuski znanstvenik Lucien Vidie. Glavni dio aneroida je mala valovita metalna membranska kutija iz koje je zrak gotovo potpuno evakuiran (dijagram ispod). Kada se atmosferski tlak promijeni, membranska kutija se širi ili skuplja. Osjetljivi mehanizam pretvara kretanje membrana u kružno kretanje strelice koja pokazuje pritisak na ljestvici uređaja.
Unutarnji raspored aneroidnog barometra
Niz poluga unutar barometra pojačava male pokrete dok se membranska kutija širi i skuplja. Većina aneroidnih barometara je manja od 20 cm u prečniku.
(Slika na vrhu članka)
Tanka olovka barografa kontinuirano bilježi atmosferski tlak na rotirajućem bubnju.
Promjena atmosferskog tlaka uzrokuje porast ili pad žive u cijevima. Visina živinih stupova ovisi samo o atmosferskom tlaku, promjer i oblik cijevi nisu bitni. Na razini mora, živin stup se diže za 760 milimetara.
Dvije jednostavne metalne hemisfere pokazuju postojanje atmosferskog tlaka. Nakon što se sav zrak ispumpa iz hemisfera i u njima se stvori vakuum, atmosferski tlak onemogućuje njihovo razdvajanje.