Hogyan mérik a légköri nyomást? Milyen légköri nyomás tekinthető normálisnak egy személy számára.
Hogy kell mérni Légköri nyomás?
A Torricelli élmény. 1643-ban Evangelista Torricelli (1608–1647) olasz fizikus javaslatára a következő kísérletet végezték el. Egy körülbelül 1 m hosszú, egyik végén lezárt üvegcső tele van higannyal. A cső nyílását ujjal lezárjuk, hogy a higany ne folyjon ki, és a csövet függőleges helyzetben, lyukkal lefelé engedjük le a higanyos edénybe. Ha most elvesszük az ujjunkat a lyuktól, akkor a higanyoszlop körülbelül 760 mm-rel az edény higanyszintje fölé esik (28.6. ábra).
Miért nem jött ki az összes higany a csőből? Mivel a csőben a higany FELÜTT található az úgynevezett Torricelli-üreg, azaz vákuum, ezért a higanyoszlop nyomását a légköri nyomás egyensúlyozza ki, amely a higany nyitott felületére hat.
Olvasó:... Kicsit zavar, hogy a légköri "oszlop" fentről lefelé nyomódik, és a higanyoszlop is fentről lefelé. Hogyan egyensúlyozzák ki egymást? Nos, ha ellentétes irányban cselekedtek, akkor az érthető.
A folyadékot két szomszédos, széles és keskeny csőbe öntik (28.7. ábra). Egy széles csőbe dugattyút helyeznek be, amely szorosan illeszkedik a falaihoz. Ha elkezdi lenyomni a dugattyút, akkor a keskeny csőben lévő víz emelkedni kezd, akárcsak a higany Torricelli kísérletében. Ebben az esetben a keskeny csőben lévő vízoszlop nyomása kiegyenlíti a széles csőben lévő erő által létrehozott nyomást.
Megjegyzem, Torricelli kísérlete némi zavart okoz, mert a szilárd testeknek nincs olyan tulajdonságuk, hogy a folyadék egyformán átviszi a rájuk kifejtett nyomást minden pontra. Ha az ábrán látható kísérletben. 28,7, folyadék helyett öntsünk homokot a csövekbe, akkor semmi sem megy: keskeny csőben nem emelkedik fel a homok, hiába nyomunk egy széles csőben.
Térjünk vissza Torricelli tapasztalataihoz. Tehát a higanyoszlop nyomásának olyannak kell lennie, hogy egyensúlyba hozza a légköri nyomást. Ezért a higanyoszlop magassága lehetővé teszi a légköri nyomás nagyságának megítélését, sőt milliméterben való közvetlen mérését is. higanyoszlop(Hgmm).
A tapasztalat azt mutatja, hogy 0 °C-on a tengerszinten a légköri nyomás körülbelül 760 Hgmm. Művészet. Ezt a nyomást ún normál légköri nyomás. A légköri nyomást ily módon mérő készüléket ún higany barométer(28.8. ábra).
ÁLLJ MEG! Döntse el Ön: B11-B15, C10-C12.
28.3. probléma. A "Venera-7" szovjet automata állomás által végzett mérések azt mutatták, hogy a bolygó felszínén a légköri nyomás körülbelül 10,3 MPa. A Vénusz gravitációs ereje csaknem 1,2-szer kisebb, mint a Földön. Mekkora lenne a higanyoszlop magassága Torricelli Vénuszon végzett kísérletében?
Légköri nyomás mértékegységei
Az egység megjelölése |
Összefüggés az SI mértékegységgel pascal (Pa) és mások |
higanymilliméter (Hgmm.) |
1 mm. rt. Művészet. = 133,322 Pa |
milliméter vízoszlop (mm vízoszlop) |
1 mm w.c. Művészet. = 9,807 Pa |
Atmoszféra technikai (at) |
1 at = 9,807 10 4 Pa |
Fizikai légkör (atm) |
1 atm \u003d 1,033 atm \u003d 1,013 10 4 Pa |
1 tórusz = 1 Hgmm Művészet. |
|
Millibár (mb) |
1 mb = 0,7501 Hgmm Művészet. = 100 Pa |
24. táblázat
Légköri nyomás mértékegység aránya
Hgmm Művészet. |
mm w.c. Művészet. |
||||
Pascal, Pa | |||||
A légkör normális, atm | |||||
higanymilliméter, Hgmm Művészet. | |||||
Millibár, mb | |||||
Vízoszlop milliméter, víz mm. Művészet. |
A 23. és 24. táblázatban megadott mértékegységek közül Oroszországban a legszélesebb körben használtak mm. rt. Művészet.És mb. Az újraszámítások megkönnyítése érdekében szükség esetén a következő arány használható:
760 Hgmm Művészet.= 1013mb= 101300Pa(36)
Egy egyszerűbb módszer:
Mb = mm. rt. cikk (37)
Hgmm Művészet. = mb(38)
Légköri nyomás mérésére szolgáló műszerek.
A higiéniai kutatásban két típust alkalmaznak. barométerek:
folyadék barométerek;
fém barométerek - aneroid.
A folyadékbarométerek különféle módosításainak működési elve azon a tényen alapul, hogy az egyik végén (felső) lezárt csőben a légköri nyomás egy bizonyos magasságú folyadékoszlopot egyensúlyoz. Minél kisebb a folyadék fajsúlya, annál magasabb az utóbbi oszlopa, kiegyensúlyozva a légkör nyomásával.
A legelterjedtebb higany barométerek , mivel a folyékony higany nagy fajsúlya lehetővé teszi a készülék kompaktabbá tételét, ami azzal magyarázható, hogy a légkör nyomását kiegyenlítik a csőben lévő alacsonyabb higanyoszloppal.
Három higanybarométer rendszert használnak:
csésze;
szifon;
szifon-csésze.
Ezeket a higanybarométer-rendszereket vázlatosan mutatja be a 35. ábra.
Állomás csésze barométerek (35. ábra). Ezekben a barométerekben egy felül lezárt üvegcsövet helyeznek egy higannyal töltött csészébe. A higany feletti csőben úgynevezett toricelli üreg keletkezik. A levegő állapotától függően ilyen vagy olyan nyomást gyakorol a csészében lévő higanyra. Így a higanyszintet az üvegcső egyik vagy másik magasságára állítják be. Ez a magasság egyensúlyozza ki a légnyomást a csészében lévő higanyra, és így tükrözi a légköri nyomást. A légköri nyomásnak megfelelő higanyszint magasságát az úgynevezett kompenzált skála határozza meg, amely a barométer fémkeretén található. A csésze barométerek 810-1110 mb és 680-1110 mb skálákkal készülnek. |
|
Rizs. 35. csésze barométer(bal) A - barométer skála; B - csavar; B - hőmérő; G - csésze higannyal Higanyszifon barométer(jobb oldalon) A - felső térd; B - alsó térd; D - alsó skála; E - felső skála; H - hőmérő; a - egy lyuk a csőben |
Egyes módosításokban két skála van - Hgmm-ben. Művészet. és mb. tized Hgmm. Művészet. vagy mb-t mozgatható mérlegen – nóniuszon – számolják. Ehhez be kell állítani a nóniuszskála nulla osztását egy csavarral a higanyoszlop meniszkuszának tetejével egy vonalba, meg kell számolni a barométer skálán a higanymilliméter egész osztásait és a tizedmilliméter higanyszálat a nóniuszskála első jeléig, ami egybeesik a főskála felosztásával.
Példa. A nóniuszskála nulla osztása 760 és 761 Hgmm között van. Művészet. főmérleg. Ezért az egész osztások száma 760 Hgmm. Művészet. Ehhez a számhoz hozzá kell adni a nóniusz-skálán számolt higanymilliméter tizedrészét. A főskála első osztása egybeesik a nóniuszskála 4. osztásával. A légköri nyomás 760 + 0,4 = 760,4 Hgmm. Művészet.
Általában a hőmérőt csészebarométerekbe építik (higany vagy alkohol, a kutatás során várható levegőhőmérséklet-tartománytól függően), mivel a végeredmény eléréséhez a nyomást szabványos hőmérsékleti feltételekre kell hozni ( 0°C) és légnyomás (760 Hgmm) speciális számításokkal. st.).
BAN BEN csésze expedíciós barométerek a megfigyelés előtt először a készülék alján található speciális csavar segítségével állítsa nullára a higanyszintet a csészében.
Szifon és szifoncsésze barométerek (35. ábra). Ezekben a barométerekben a légköri nyomást a cső hosszú (zárt) és rövid (nyitott) könyökében lévő higanyoszlop magasságkülönbségével mérik. Ez a barométer lehetővé teszi a nyomás mérését 0,05 pontossággal Hgmm utca. A műszerek alján található csavar segítségével a cső rövid (nyitott) könyökében a higanyszintet nullára állítjuk, majd leolvassuk a barométer leolvasását.
Szifoncsésze ellenőrző barométer. Ennek a készüléknek két skálája van: a bal oldalon mb-ban és a jobb oldalon Hgmm-ben. Művészet. Hgmm tizedeinek meghatározásához. Művészet. nonius szolgál. A légköri nyomás talált értékeit, valamint más folyadékbarométerekkel végzett munka során számítások vagy speciális táblázatok segítségével 0С-ra kell csökkenteni.
A meteorológiai állomásokon nem csak a hőmérsékleti korrekciót vezetik be a barométerek leolvasásába, hanem az úgynevezett állandó korrekciót is: a műszeres korrekciót és a gravitációs korrekciót.
A légnyomásmérőket távol kell elhelyezni a hősugárzás forrásaitól (napsugárzás, fűtőberendezések), valamint az ajtóktól és ablakoktól távol.
Fém aneroid barométer (36. ábra). Ez az eszköz különösen kényelmes expedíciós körülmények között végzett kutatások során. Használat előtt azonban ezt a barométert a pontosabb higanybarométerhez kell kalibrálni.
Rizs. 36. Fémbarométer |
Rizs. 37. Barográf |
Az aneroid barométer készülékének és működésének elve nagyon egyszerű. Fém alátét (doboz) hullámos (a nagyobb rugalmasság érdekében) falakkal, amelyből a levegőt 50-60 Hgmm maradék nyomásig távolítják el. Art., a légnyomás hatására megváltozik a térfogata, és ennek eredményeként deformálódik. A deformáció a karok rendszerén keresztül továbbítódik a nyílra, amely a tárcsán lévő légköri nyomást jelzi. Az aneroid barométer tárcsájára egy ívelt hőmérő van felszerelve, mivel a fent említettek szerint a mérési eredményeket 0 °C-ra kell hozni. A tárcsa beosztása mb-ban vagy Hgmm-ben lehet. Művészet. Az aneroid barométer egyes módosításaiban két skála található - mind mb-ban, mind Hgmm-ben. Művészet.
Aneroid magasságmérő (magasságmérő). A magasságnak a légköri nyomás szintjével történő mérésénél egy szabályszerűséget állapítanak meg, amely szerint a légnyomás és a tengerszint feletti magasság között a lineárishoz nagyon közeli kapcsolat van. Vagyis amikor egy magasságba emelkedik, a légköri nyomás arányosan csökken.
Ezt a készüléket a légköri nyomás pontos magassági mérésére tervezték, és két skálája van. Az egyiken a nyomásértékek Hgmm-ben vannak jelölve. Művészet. vagy mb, másrészt a magasság méterben. Repülőgépeken tárcsás magasságmérőket használnak, amelyeken a repülési magasságot egy skálán határozzák meg.
Barográf (barométer rögzítő). Ezt az eszközt a légköri nyomás folyamatos rögzítésére tervezték. A higiéniai gyakorlatban fém (aneroid) barográfokat használnak (37. ábra). A légköri nyomás változásának hatására a deformáció következtében egymáshoz kapcsolódó aneroid dobozok halmaza érinti a karok rendszerét, és rajtuk keresztül egy speciális tollat, nem száradó speciális tintával. A légköri nyomás növekedésével az aneroid dobozok összenyomódnak, és a tollal ellátott kar felemelkedik. A nyomás csökkenésekor az aneroid dobozok a bennük elhelyezett rugók segítségével kitágulnak, és a toll vonalat húz lefelé. A rekordnyomást folyamatos vonal formájában húzzuk tollal Hgmm-ben beosztással. Művészet. vagy mechanikus tekercseléssel forgó hengeres dobra helyezett mb papírszalag. A heti vagy napi tekercselésű barográfokat a kutatás céljától, célkitűzéseitől és jellegétől függően megfelelő beosztású szalagokkal használjuk. A barográfokat elektromos hajtással állítják elő, amely forgatja a dobot. A gyakorlatban azonban az eszköznek ez a módosítása kevésbé kényelmes, mivel expedíciós körülmények között történő használata korlátozott. A barográfok leolvasására gyakorolt hőmérsékleti hatások kiküszöbölése érdekében bimetál kompenzátorokat helyeznek beléjük, amelyek automatikusan korrigálják (korrigálja) a karok mozgását a levegő hőmérsékletétől függően. A munka megkezdése előtt a toll kart az eredeti helyzetébe kell állítani egy speciális csavar segítségével, amely megfelel a szalagon feltüntetett időnek és a pontos higanybarométerrel mért nyomásszintnek.
A barogramok rögzítéséhez szükséges tinta a következő recept szerint készíthető:
A levegő mennyiségének normalizálása (760 Hgmm, 0 VAL VEL). A légnyomásmérés ezen szempontja nagyon fontos a levegő szennyezőanyag-koncentrációinak mérésekor. Ennek figyelmen kívül hagyása jelentős hibákat okozhat a koncentrációszámításban. káros anyagok amely elérheti a 30 százalékot vagy még többet is.
A levegő térfogatának normál állapotba állítása a következő képlet szerint történik:
Példa. A levegőben lévő por koncentrációjának mérésére 200 liter levegőt engedtek át egy papírszűrőn elektromos elszívó segítségével. A levegő hőmérséklete a leszívás során +26 volt C, légnyomás - 752 Hgmm. Művészet. A levegő mennyiségét normál körülményekre kell hozni, azaz 0С-ra és 760 Hgmm-re. Művészet.
A példa megfelelő paramétereinek értékeit behelyettesítjük az X képletbe, és kiszámítjuk a szükséges levegőmennyiséget normál körülmények között:
Így a levegőben lévő por koncentrációjának kiszámításakor pontosan 180,69 levegő térfogatot kell figyelembe venni l, nem 200 l.
A levegőmennyiség normál körülmények között történő kiszámításának egyszerűsítésére használhatja a hőmérséklet és a nyomás korrekciós tényezőit (25. táblázat), vagy a 39. képlet és (26. táblázat) számított kész értékeket.
25. táblázat
A hőmérséklet és a nyomás korrekciós tényezői a levegő térfogatának normál állapotba hozásához
(hőmérséklet 0 O
légköri nyomás, mm rt. Művészet. |
||||||||
25. táblázat vége
légköri nyomás, mm rt. Művészet. |
||||||||
26. táblázat
A levegőmennyiség normalizálásának együtthatói
(hőmérséklet 0 O C, légnyomás 760 Hgmm. Művészet.)
mm rt. Művészet. |
mm rt. Művészet. | ||||||
Bármilyen gáz nyomást gyakorol a falakra, korlátozva azt. Nyomás - a molekuláknak a határoló falakra gyakorolt hatásából eredő erő, amely normálisan (merőlegesen) irányul ezekre a falakra.
Mert A gáz nyomása a molekulák mozgásából adódik, minél nagyobb a molekulák mozgási sebessége, annál nagyobb a nyomás. Ez az állítás akkor igaz, ha a gáz által elfoglalt térfogat nem változik. A légkör nyomása annak bármely pontján van. A nemzetközi mértékegységrendszerben a nyomást pascalban mérik. 1 Pa 1 N nyomás osztva 1 m2-rel.
A pascal előtt a millibar - mbar-t használták. 1 mbar = 100 Pa. Nyomás 1 Hgmm-ben. egy 1 mm magas higanyoszlop tömege tengerszinten a 45°-os szélességi körön. 1 Hgmm = 4/3 hPa. A norma 760 Hgmm. = 1013,3 hPa tengerszinten. Minél magasabban van a tengerszint felett, annál alacsonyabb a nyomás.
Nyomásmérő műszerek :
Három fő típusra oszthatók: higanybarométerek, higany aneroidok és higanyos hőmérők.
A higanybarométerek a legpontosabbak, ezért a meteorológiában használják. De nagyon terjedelmesek. A higanybarométerek lehetnek: csésze, szifoncsésze (az edény alakja szerint, amelyben a higany található) A higanybarométert Tatchelli találta fel.
csésze barométer. Eszköz.
Higannyal töltött üvegcső, lezárva. Egy fémedénybe merítik higannyal. A cső felső részében nincs levegő, ezért a csésze felületére ható külső nyomás hatására a csőben lévő higanyoszlop egy bizonyos magasságba emelkedik. A higanyoszlop tömege megegyezik a légköri nyomással. A csövet egy fém keretbe helyezik, melynek tetején egy vágást készítenek, mellyel megfigyelhető a higany helyzete a csőben. Ezen a helyen Hgmm-ben mért skálát helyeznek rá. A keret középső részében hőmérő van felszerelve. Javítások: 1) hőmérséklet, 2) gyorsulás, 3) műszeres
- normál hőmérséklet 0C. Ha az értékeket magasabbra veszik, a mutatók túlbecsültek. Hőmérséklet korrekció "-" jellel.
- a gravitáció a szélességtől függ. A szabványos szélesség 45. Ha az állomás közelebb van, akkor a mért értékek túl magasak lesznek. A tengerszint feletti magasságtól függ. Minél magasabb, annál alacsonyabbak a pontszámok.
- pontatlanságok kijavításához szükséges. Ezt a korrekciót a barométer útlevelében jelzik.
Fémbarométer Folyadékmentes készülék. Működési elv: a vevő rugalmas alakváltozásán alapul a légköri nyomás változása hatására. Vevőként egy hullámos aljú és fedéllel ellátott fémdobozt vesznek fel. A levegőt kiszorították. Van egy rugó, ami meghúzza a doboz fedelét és megakadályozza, hogy ellapuljon. Növekvő nyomással a fedél jobban benyomódik a dobozba, csökkenéssel pedig kinyúlik. Javítások: 1) skála. A műszeres pontatlanságokra.. 2) hőmérséklet. Elasztikus sv-in dobozok és rugók kompenzálására a környezeti hőmérséklet változása esetén 3) további. A fokozatos változások kompenzálására belső szerkezet fém, rugók és dobozok.
Hipsotermométer A légköri nyomás mérése a folyadék forráspontjának a légköri nyomástól való függésén alapul. Egy speciális kazánból és egy hőmérőből áll. A kazán egy desztillált vízzel töltött fémedény. A tetején egy dupla falú fémcső található, ebbe a csőbe hőmérőt helyeznek, és forrásban lévő vízgőzzel mossák. A kazánban lévő víz felmelegítése szellemlámpával történik.
A légköri nyomás mérésére szolgáló műszereket barométereknek nevezzük. A nyomást az oszlop súlya határozza meg légköri levegő megnyomja a Föld felszínének egy adott területét. Mivel nagyobb magasságban, például egy hegy tetején a fedő levegő vékonyabb, a légköri nyomás a magassággal csökken. A légköri nyomás is változik mozgás közben légtömegek hideget és meleget képezve légköri frontok. Ezért a barométer állásából meg lehet jósolni az időjárást.
Jelenleg két fő típusú barométert használnak: higany és aneroid barométert. Az 1643-ban Evangelista Torricelli olasz tudós által feltalált higanybarométer higannyal töltött üvegcsövet használ, amely a légköri nyomás növekedésével vagy csökkenésével emelkedik és süllyed. A jobb oldalon láthatóhoz hasonló aneroid barométert Lucien Vidie francia tudós talált fel 1843-ban. Az aneroid fő része egy kis hullámos fém membrándoboz, amelyből szinte teljesen kiürül a levegő (az alábbi ábra). Amikor a légköri nyomás megváltozik, a membrándoboz kitágul vagy összehúzódik. Az érzékeny mechanizmus a membránok mozgását a nyomásértéket mutató nyíl körkörös mozgásává alakítja át a készülék skáláján.
Aneroid barométer belső elrendezése
A barométeren belüli karok sorozata felerősíti a kis mozgásokat, ahogy a membrándoboz kitágul és összehúzódik. A legtöbb aneroid barométer 20 cm-nél kisebb átmérőjű.
(ábra a cikk tetején)
A barográf vékony ceruza folyamatosan rögzíti a légköri nyomást egy forgó dobon.
A légköri nyomás változása hatására a higany a csövekben emelkedik vagy süllyed. A higanyoszlopok magassága csak a légköri nyomástól függ, a csövek átmérője és alakja nem számít. A tengerszinten a higanyoszlop 760 milliméterrel emelkedik.
Két egyszerű fém félgömb mutatja a légköri nyomás létezését. Miután az összes levegőt kiszivattyúzzák a félgömbökből, és vákuum keletkezett bennük, a légköri nyomás lehetetlenné teszi szétválasztásukat.