1. Что такое давление воздуха?
2. Почему давление воздуха меняется с места на место
3. Как мы можем измерить давление воздуха?
4. Как работают барометры
5. Торрицеллианские барометры
6. Анероидные барометры
7. Измерение давления

от Крис Вудфорд , Последнее обновление: 31 июля 2018 г.

Будет ли сегодня дождь? Будет ли это хорошо? А как ты можешь сказать? Одним из простых способов является измерение давления воздуха. Если он поднимается и давление высокое, скорее всего, это будет хороший день; если давление падает, оно, скорее всего, будет влажным, ветреным и тусклым. Приборы для измерения давления воздуха называются барометрами, и люди используют их для прогнозирования погоды и научных исследований в течение сотен лет. Давайте внимательнее посмотрим, как они работают!

Фото: Этот традиционный анероидный барометр датируется серединой 20-го века и откалиброван (помечен) как грубое устройство для прогнозирования погоды, но это просто инструмент, который измеряет давление воздуха. При повышении давления стрелка поворачивается по часовой стрелке (что указывает на хорошую или сухую погоду); он поворачивается против часовой стрелки, когда давление падает (что указывает на дождь или штормовую погоду).

Что такое давление воздуха?

Фото: Вы чувствуете себя под давлением? Какое давление? Если у вас есть смартфон со встроенным барометром, вы можете перейти в свой любимый магазин приложений и загрузить различные приложения для барометров и метеостанций, которые точно вам скажут!

Если вы когда-либо занимались подводным плаванием, вы будете знать, что такое давление. Погрузитесь под поверхность моря, и вы скоро почувствуете воды давить на вас. Чем глубже вы идете, тем больше воды над вами, тем больше она весит и тем больше вы чувствуете давление. Но на ваше тело оказывает давление, даже если вы никогда не выходите в море.

Посмотрите на небо и попытайтесь представить вес атмосферы: огромное количество газ окружающие нашу планету и вытянутые к ее поверхности сила тяжести , Весь этот газ может выглядеть как огромное пустое облако из ничего, но он все еще имеет вес. И это все еще давит на ваше тело. Это давление воздуха. Когда вы находитесь в море, вес воды, вдавливающей ваше тело, затрудняет дыхание из кислородного баллона. Давление воздуха никогда не оказывает такого эффекта, потому что наши тела полые, а наши легкие полны воздуха, поэтому воздух одинаково давит на внутреннюю и внешнюю части нашего тела одновременно. Вот почему мы не чувствуем давление воздуха так же, как мы чувствуем давление воды.

Почему давление воздуха меняется с места на место

Давление воздуха меняется по всей планете. Он самый высокий на уровне моря (где наибольшее количество воздуха проталкивается вниз) и тем ниже, чем выше вы поднимаетесь. Находясь в атмосфере, воздуха гораздо меньше, поэтому кислорода меньше для дыхания. Вот почему альпинисты часто используют кислородные баллоны. Это также почему самолеты должны быть герметичные кабины (внутренние пассажирские салоны, где воздух поддерживается под более высоким давлением, чем обычно на этой высоте), чтобы люди могли дышать комфортно.

Даже в одном месте давление воздуха постоянно меняется. Это потому, что Земля постоянно вращается и движется вокруг Солнца, поэтому разные части нагреваются в разной степени. Когда воздух охлаждается и падает, давление увеличивается ближе к земле. Области высокого давления как это связаны с хорошей погодой. Противоположное случается, когда воздух нагревается и поднимается, создавая области низкого давления и влажной погоды.

Как мы можем измерить давление воздуха?

Фото: комбинированный цифровой барометр и высотомер (прибор для измерения высоты над уровнем моря), используемый для прогнозирования погоды. Поскольку давление воздуха очень предсказуемо меняется в зависимости от высоты, некоторые высотомеры измеряют высоту над уровнем моря, просто измеряя давление воздуха. Фото Энди Данэуэй любезно предоставлено Defense Imagery.

Представьте, что вы изобретатель, и ваша задача - создать машину, которая может измерять давление воздуха. Как ты собираешься это сделать? Подумайте о том, как воздух давит на вас, и посмотрите, можете ли вы представить себе что-то, что будет измерять его давление. Посмотрите, сможете ли вы сделать эскиз сейчас на листе бумаги. Вот подсказка. Представьте, что прижимающий воздух находится внутри гигантской невидимой трубки, прижимающейся к поверхности Земли рядом с вашими ногами.

Если вы представили что-то вроде пары весов, которые могут измерить вес воздуха в трубе, поздравляю! Это в значительной степени решение. Устройство, которое может измерять давление воздуха (которое мы называем барометром), работает, измеряя, сколько воздуха давит на него.

Как работают барометры

Современные барометры полностью электронный и показать показания давления на ЖК дисплей , Два традиционных вида барометров называются торрицеллиевыми и анероидными (циферблатными) барометрами - и вот как они работают.

Торрицеллианские барометры

Фото: торрицеллианский барометр (иногда называемый ртутным барометром) - перевернутый (вверх ногами) стакан трубка стояла в ванне с ртутью. Давление воздуха толкает на поверхность ртути, заставляя некоторые подниматься вверх по трубе. Чем выше давление воздуха, тем выше поднимается ртуть. Вы можете прочитать давление со шкалы, отмеченной на стекле.

Самый простой вид барометра - это высокая закрытая трубка, стоящая вверх ногами в ванне с ртутью (плотный жидкий металл при комнатной температуре), поэтому жидкость поднимается частично вверх по трубке, как в термометр , Мы используем ртуть в барометрах, потому что это удобнее, чем использование воды. Вода менее плотная (по сути, менее тяжелая), чем ртуть, поэтому давление воздуха поднимет определенный объем воды намного выше в трубе, чем тот же объем ртути. Другими словами, если вы используете воду, вам нужна очень высокая трубка, и ваш барометр будет настолько огромным, что будет непрактичным. Но если вы используете ртуть, вы можете обойтись гораздо меньшим оборудованием.

Подобное устройство называется торрицеллианским барометром для итальянского математика Евангелисты Торричелли (1608–1647), ученика Галилея, который изобрел первый инструмент такого типа в 1643 году. Он взял длинную стеклянную трубку, запечатанную с одного конца, наполнил ее ртутью из чаши, положил палец на открытый конец, перевернул ее вверх дном и поставил вертикально в ртутную чашу. Поскольку он был осторожен, чтобы не допустить попадания воздуха в трубку, пространство, образовавшееся над ртутным столбом, представляло собой вакуум. Действительно, это был первый раз, когда кто-либо создавал вакуум в лаборатории (и созданный таким образом вакуум называется торрицеллиевым вакуумом в честь его изобретателя).

На уровне моря атмосфера толкает бассейн ртути и заставляет его подниматься в трубе на высоту примерно 760 мм (примерно 30 дюймов). Мы называем это давление воздуха одной атмосферой (1 атм). Поднимитесь на гору и возьмите с собой свой торрицеллианский барометр, и вы обнаружите, что давление падает с повышением уровня. Атмосфера больше не давит на ртуть настолько сильно, что она не поднимается так далеко в трубе. Может быть, он увеличится до 65 см (25 дюймов). Давление на вершине горы Эверест немного меньше трети нормального атмосферного давления на уровне моря (примерно 0,3 атм).

Анероидные барометры

Фото: анероидный барометр крупным планом. Вы можете ясно видеть пружину, которая заставляет указатель подниматься или опускаться при изменении давления. Запечатанный металлический ящик находится сразу за пружиной.

Торрицеллианские барометры полезны и точны, но ртуть ядовита - и никто на самом деле не хочет, чтобы в их доме бродило большое озеро ртути. Вот почему большинство людей, которые владеют барометрами, имеют легкие для чтения циферблаты, которые называются анероидными барометрами. Вместо того, чтобы иметь лужу ртути, на которую воздействует атмосфера, у них внутри есть герметичная, герметичная металлическая коробка. Когда давление воздуха поднимается или падает, коробка либо слегка сжимается внутрь, либо сгибается наружу. весна ловко прикреплен к коробке и, когда коробка перемещается внутрь и наружу в ответ на изменения давления воздуха, пружина расширяется или сжимается и перемещает указатель на циферблате. Циферблат откалиброван (отмечен цифрами), поэтому вы можете мгновенно определить давление воздуха.

Работа: Барометр-анероид построен вокруг запечатанной коробки (синей, иногда называемой анероидной ячейкой), которая расширяется или сжимается при повышении давления. По мере движения он тянет или толкает пружину (красный) и систему рычагов (оранжевый), перемещая указатель (черный) вверх или вниз по циферблату (желтый).

Анероидные барометры измеряют давление воздуха, когда вы стучите их стеклянными гранями. Когда вы впервые осматриваете их, стрелка показывает давление, которое было, когда вы в последний раз смотрели на них - как бы давно это ни было. Дайте стакану острый удар, и игла переместится в новое положение, показывая давление, как сейчас. Способ движения иглы важен. Если он перемещается по часовой стрелке, вверх по циферблату давление возрастает, поэтому погода, вероятно, станет жарче, суше и лучше; если стрелка поворачивается против часовой стрелки, давление уменьшается, и погода, вероятно, станет прохладнее, влажнее и беднее.

Измерение давления

Есть много разных единиц измерения, которые вы можете использовать для измерения давления. Исторически ученые описывали обычное атмосферное давление как «одну атмосферу» и говорили, что оно эквивалентно «76 см (760 мм) ртути», иногда записывается 76 см рт. Ст. Или 760 мм рт. Ст. (Потому что ртуть - химический символ ртути). Вы также можете встретить старую единицу, называемую Торр: 1 Торр (названный в честь Торричелли) очень приблизительно равен 1 мм рт. Ст. (Высота ртути 1 мм) или 1,33 миллибара (еще одна все более архаичная единица) - примерно одна тысячная (фактически 1/760). ) атмосферного давления (0,0013 атмосфер). В современных единицах СИ одна атмосфера равна 101,325 Па (паскали) или 101,325 килопаскаля (тысячи паскалей или кПа). Паскали и килопаскали в настоящее время являются предпочтительными научными единицами измерения давления.