Атмосферное давление измеряют с помощью приборов, называемых барометры. Существуют два основных типа барометров: меркуриальный и анероидный. Рассмотрим их более подробно, а также как они работают и какие у них особенности.
1. Меркуриальный барометр
Меркуриальный барометр — это прибор, который использует ртуть для измерения атмосферного давления. Он был изобретен в 1643 году итальянским ученым Еванджелистой Торричелли и является классическим прибором для измерения давления.
Принцип работы:
Конструкция меркуриального барометра включает трубку, закрытую с одного конца, и вертикально установленную в резервуар с ртутью.
Трубка наполнена ртутью и перевернута верхним концом в резервуар с ртутью. Когда атмосферное давление воздействует на уровень ртути в резервуаре, оно изменяет высоту столба ртути в трубке.
Атмосферное давление уравновешивает столб ртути в трубке, и высота этого столба прямо пропорциональна давлению. Столб ртути может достигать высоты до 760 мм при нормальном атмосферном давлении на уровне моря (то есть 1 атмосфера или 1013 гПа).
Единицы измерения:
мм рт. ст. (миллиметры ртутного столба) — традиционная единица, которая измеряет высоту столба ртути.
В некоторых случаях используются другие единицы: гПа (гектопаскали), Па (паскали).
Преимущества:
Высокая точность.
Исторически точный и широко используемый прибор.
Недостатки:
Токсичность ртути — в случае повреждения барометра ртуть может попасть в окружающую среду, что опасно для здоровья.
Невозможность использования в условиях низких температур, так как ртуть замерзает при температуре -39°C.
2. Анероидный барометр
Анероидный барометр — это прибор, который использует металлическую коробочку (анероид), в которой находится вакуум или частичное вакуумное пространство. Изменение атмосферного давления вызывает деформацию этой коробочки, что и используется для измерения давления.
Принцип работы:
В барометре есть специальная тонкая металлическая коробочка, которая называется анероидом (от греческого «an» — «без» и «air» — «воздух»).
Когда атмосферное давление изменяется, коробочка либо сжимается, либо расширяется.
Деформация коробочки передается на стрелку, которая указывает на шкалу с показанием давления.
Единицы измерения:
Используются те же единицы измерения, что и для меркуриального барометра: мм рт. ст., гПа, Па.
Преимущества:
Безопасность — анероидные барометры не содержат токсичных веществ.
Могут быть более компактными и удобными для переноски.
Более устойчивы к температурным колебаниям по сравнению с ртутью.
Недостатки:
Меньшая точность по сравнению с меркуриальными барометрами, особенно при измерениях в крайних диапазонах давления.
Необходимость в калибровке для поддержания точности измерений.
3. Барограф
Барограф — это разновидность барометра, который записывает изменения атмосферного давления на бумаге, что позволяет вести графическое отображение колебаний давления в течение времени. Барограф часто используется в метеорологических станциях и в авиации.
Принцип работы:
Барограф основан на анероидном принципе измерения давления, но дополнительно оснащен специальным механизмом для записи изменений давления на бумаге.
Когда давление изменяется, коробочка в барографе сжимается или расширяется, что передает движение на записывающий механизм.
4. Электронные барометры
Современные технологии также привели к созданию электронных барометров, которые используют датчики давления и электронные схемы для точного измерения атмосферного давления.
Принцип работы:
Электронные барометры могут работать на основе различных технологий, таких как пьезорезистивные датчики, емкостные датчики или капсульные датчики.
В этих приборах изменения давления приводят к изменению сопротивления или емкости, что затем преобразуется в электрический сигнал, который отображается на дисплее прибора.
Преимущества:
Компактность и точность.
Легкость в использовании, данные часто можно получать автоматически и в реальном времени.
Такие приборы широко используются в авиации, GPS-навигаторах и метеорологии.
Недостатки:
Потребность в источнике питания (батареи).
Могут требовать калибровки и иногда имеют меньшую точность по сравнению с механическими барометрами.
Какое атмосферное давление считается нормой?
Атмосферное давление на уровне моря в нормальных условиях составляет 1013,25 гПа или 760 мм рт. ст.
Колебания давления могут происходить в зависимости от погоды, времени суток и высоты над уровнем моря. На высоте давление будет меньше.
Использование барометров
Барометры широко используются в:
Метеорологии для прогнозирования погоды (особенно для определения давления циклонов и антициклонов).
Авиации для измерения высоты (альтиметры, основанные на принципе барометра).
Геодезии и гидрологии для определения изменений в высоте.
Бытовых целях, таких как определение погоды.
Заключение
Атмосферное давление измеряют с помощью барометров, и хотя существует несколько типов этих приборов, все они основываются на измерении изменений давления в воздушной среде. Меркуриальный и анероидный барометры — это классические методы, в то время как электронные приборы становятся все более популярными благодаря своей компактности и точности.
