Для измерения атмосферного давления используется барометр — прибор, предназначенный для определения силы давления атмосферы на единицу площади. Существует несколько типов барометров, каждый из которых работает по своему принципу. Я расскажу о наиболее распространённых типах и их принципах работы.
1. Ртутный барометр
Этот прибор является классическим и один из самых точных способов измерения атмосферного давления. Он был изобретён в XVII веке итальянским учёным Эванджелистой Торричелли. Принцип его работы основан на том, что атмосферное давление поддерживает столбик ртути в трубке, которая закрыта с одного конца и погружена в резервуар с ртутью.
Принцип работы:
Барометр состоит из вертикальной трубки, заполненной ртутью, которая закрыта с одного конца и открыта с другого.
Открытый конец трубки погружается в резервуар с ртутью, и столбик ртути поднимется на определённую высоту, в зависимости от давления атмосферы.
Чем выше атмосферное давление, тем выше поднимется столбик ртути, так как давление атмосферы будет поддерживать столбик, выталкивая ртуть вверх.
Высота столбика ртути обычно измеряется в миллиметрах (мм) или сантиметрах (см) ртути.
Стандартное атмосферное давление на уровне моря составляет 760 мм рт. ст.
Преимущества:
Очень высокая точность измерений.
Позволяет измерять давление с точностью до нескольких миллиметров ртутного столбика.
Недостатки:
Ртуть — токсичное вещество, поэтому такой прибор требует аккуратного обращения и соблюдения мер безопасности.
Проблемы с использованием в условиях сильных колебаний температуры, так как ртуть изменяет свой объём в зависимости от температуры.
2. Анероидный барометр
Анероидный барометр работает по другому принципу и является более безопасным, так как не использует ртуть. Он использует принцип изменения объёма герметичной металлической коробки (анероида), которая сжимается или расширяется в зависимости от атмосферного давления.
Принцип работы:
Барометр состоит из металлической коробки, которая называется анероидом. Эта коробка герметична и частично вакуумирована.
Когда атмосферное давление возрастает, коробка сжимается, а когда давление падает — коробка расширяется.
Эти изменения объёма коробки передаются на стрелку, которая отображает давление на шкале.
Преимущества:
Безопасен в эксплуатации, так как не использует опасные вещества, такие как ртуть.
Может использоваться в мобильных устройствах, таких как барометры в смартфонах, или в устройствах для наблюдения за давлением в домашних условиях.
Обычно более компактный и лёгкий, чем ртутный барометр.
Недостатки:
Меньшая точность по сравнению с ртутным барометром, особенно при измерении давления на уровне моря.
Чувствителен к механическим повреждениям и может требовать калибровки.
3. Электронный барометр
Современные электронные барометры используют датчики давления (например, пьезорезистивные или ёмкостные датчики), которые преобразуют изменения давления в электрические сигналы, которые затем интерпретируются устройством.
Принцип работы:
Электронный барометр оснащён датчиком давления, который, реагируя на изменения атмосферного давления, генерирует электрический сигнал.
Этот сигнал анализируется процессором устройства, и результат выводится на экран, обычно в виде цифрового значения давления.
Такие приборы часто используются в смартфонах, GPS-устройствах, а также в специализированных научных и метеорологических инструментах.
Преимущества:
Высокая точность и быстрота измерений.
Компактность и возможность интеграции с другими электронными устройствами (например, в метеостанциях или навигационных устройствах).
Удобство использования, часто оснащены дополнительными функциями, такими как изменение высоты, вычисление прогноза погоды, и другие.
Недостатки:
Чувствительность к температурным колебаниям.
Может требовать калибровки и иногда теряет точность со временем.
Зависимость от батареи или источника питания.
4. Барограф
Барограф — это специализированный тип барометра, который записывает изменения атмосферного давления на бумажной ленте или другом носителе в реальном времени. Он обычно используется в метеорологических станциях для наблюдения за изменениями давления на протяжении длительного времени.
Принцип работы:
Барограф — это усовершенствованный вариант анероидного барометра, в котором используется специальный механизм для записи данных о давлении на графике.
На графике записываются колебания давления, которые могут быть использованы для анализа тенденций изменений давления.
Преимущества:
Возможность длительного мониторинга изменений давления.
Применяется в научных исследованиях, на метеорологических станциях.
Недостатки:
Сложность в использовании и обслуживании.
Большие размеры по сравнению с обычным барометром.
Применение барометров:
Барометры широко используются в различных областях:
Метеорология: для прогнозирования погоды. Например, падение давления часто предшествует ухудшению погоды (дождь, штормы), а повышение — улучшению.
Геофизика и исследования: для мониторинга изменений атмосферного давления в разных точках Земли, что может быть полезно для изучения климата и атмосферы.
Навигация: на борту самолётов и кораблей барометры используют для определения высоты (по принципу измерения изменения давления с высотой).
Повседневное использование: некоторые домашние барометры используются для прогнозирования погодных изменений.
Заключение
Барометр — это ключевой инструмент для измерения атмосферного давления, который имеет несколько типов, каждый из которых имеет свои преимущества и ограничения. Ртутный барометр является самым точным, но анероидные и электронные барометры всё больше используются благодаря своей безопасности, компактности и удобству.
