Барометр – это измерительный прибор, который предназначается для определения давления атмосферного воздуха. Помимо метеорологического применения, барометр используется для экологического контроля (например, для аттестации рабочих мест) или в авиации (для определения высоты полета над уровнем моря).
Рисунок 1. Барометр-анероид
Впервые, барометр был изобретён и описан в сочинении «Opera geometrica» в 1644 году ученым из Флоренции (Италия) Эванджелиста Торричелли. Это был жидкостный ртутный барометр, давление по которому измерялось по высоте ртутного (жидкостного) столба в трубке, запаянной сверху, а нижним концом помещенной в сосуд с ртутью (жидкостью). В день, когда Торричели проводил опыт со своим ртутным барометром, выдалась тихая солнечная погода, а столбик ртути остановился на отметке 760 мм. С тех пор, давление в 760 мм ртутного столба является нормальным. Ртутные и жидкостные барометры являются наиболее точными и до сих пор используются на метеорологических станциях. Их недостатком является хрупкость, небезопасность и большие размеры.
В 1844 г. французский инженер Люсьен Види, используя исследования немецкого математика и физика XVII в. Готфрида Вильгельма Лейбница, сконструировал принципиально новый, безжидкостный барометр, который был назван барометром-анероидом(от греч. "анерос" – не содержащий влаги). Барометры, построенные на основе барометра Л. Види, на данный момент, являются самими распространенными.
Вообще, барометры, в зависимости от принципа действия могут быть ртутными, жидкостными, анероидными или электронными.
- Жидкостный барометр – прибор, в котором используется принцип уравновешивания веса столба жидкости давлением атмосферы.
- Ртутный барометр – атмосферное давление, в котором, можно замерить по высоте ртутного столба на прикрепленной рядом шкале.
– прибор, принцип действия которого основан на изменении размеров металлической коробки наполненной разреженным воздухом, под действием атмосферного давления. Такие барометры надежны и имеют небольшие размеры.
- Электронный барометр – данный вид барометров работает на принципе преобразования линейных размеров традиционной анероидной барокоробки в электрический сигнал и дальнейшей обработки этого сигнала микропроцессором. Если же, вместо анероидной коробки используется тензопреобразователь, то измеряемое давление воспринимается этим чувствительным элементом, преобразуется через его деформацию, в изменение электрического сопротивления тензорезисторов тензометрического преобразователя.
Однако, поскольку тема данной статьи «Барометр-Анероид», вернемся к данному виду приборов для измерения давления и рассмотрим их более подробно.
Итак, – это прибор, который предназначается для измерения атмосферного давления механическим способом. Конструктивно анероид состоит из круглой металлической (никель-серебряной или из закаленной стали) коробки с гофрированными (ребристыми) основаниями, в которой, путем откачивания воздуха, создано сильное разрежение, возвратной пружины, передаточного механизма и стрелки указателя. Под действием атмосферного давления: его повышения или понижения, коробка, соответственно, либо сжимается, либо разгибается. При этом, при сжатии сильфонной коробки верхняя прогибающаяся поверхность начинает тянуть прикрепленную к ней пружину вниз, а при понижении атмосферного давления, верхняя часть, наоборот, выгибается и толкает пружину вверх. К возвратной пружине, при помощи передаточного механизма, прикреплена стрелка указателя, которая двигается по шкале, проградуированной в соответствии с показаниями ртутного барометра (Рисунок 2). Стоит отметить, что обычно, на практике, применяется несколько (до 10 шт.) последовательно соединенных тонкостенных гофрированных коробок с разряжением, что увеличивает амплитуду хождения стрелки по шкале.
Рисунок 2. Устройство Барометра-анероида.
Барометры-анероиды, благодаря малым размерам и отсутствию жидкости в конструкции, наиболее удобны и портативны; они широко применяются на практике.
К сожалению, барометры подвержены влиянию температуры окружающей среды и изменению упругости пружин с течением времени. Поэтому, современные барометры-анероиды оборудованы дугообразным термометром, или, так называемым компенсатором, который предназначается для внесения поправки показаний прибора на температуру.
Вообще, для получения истинного значения атмосферного давления, показания барометра-анероида нуждаются в различных поправках, определяемых сравнением с ртутным барометром. Выделяют три поправки к анероидам :
Поправка на шкалу - данная поправка зависит от того, насколько неравномерно барометр-анероид реагирует на изменение давления на различных участках шкалы,
Поправка на температуру - обуславливается зависимостью между температурой и упругостью анероидных гофрированной коробки и пружины,
Поправка добавочная - обуславливается изменением, по прошествии времени, упругости анероидных гофрированной коробки и пружины.
Корпус барометра-анероида, обычно, изготавливается из ценных пород дерева, таких как: орех, дуб, бук, вишня или красное дерево. Такие барометры уже не просто приборы измерения атмосферного давления, а предметы интерьера. Однако, для удешевления всей конструкции, и придания большей практичности, корпус анероида может быть изготовлен из пластика или металла.
Барометры-анероиды представлены моделями:
- БАММ-1 – барометр, который предназначается для измерения атмосферного давления в наземных условиях и в помещениях. Внесен в Госреестр Средств Измерений РФ, поэтому может быть использован для проведения аттестаций рабочих мест.
- М-67 – наиболее точный и неприхотливый барометр. Благодаря своим конструкционным особенностям способен работать при температурах от -10 до +50 о С (рисунок 3).
- М-110 – барометр промышленного применения, внесенный в Госреестр средств измерения.
- ББ-0,5М – бытовой барометр настенного размещения. Прекрасно подходит для ориентировочных измерений за атмосферным давлением.
- БР-52 – школьный барометр-анероид, применяемый в качестве учебного пособия и для проведения опытов.
Рисунок 3. Барометр модели М67.
Для проведения более точных или более длительных измерений, а также для поверки смежных приборов на метеостанциях, метеопостах и лабораториях используются другие приборы. Они могут быть как цифровыми, так и механическими. Например, барометр БОП-1М являясь образцовым переносным барометром, как эталонное средство измерения, предназначается для поверки барометров различных конструкций и приборов общепромышленного назначения, измеряющих атмосферное давление.
БРС-1М – барометр рабочий сетевой, предназначается для точного определения абсолютного давления воздуха, имеет цифровой интерфейс RS232 для подключения к компьютеру.
Метеорологический барограф М-22А – прибор, который предназначается для определения и графической регистрации величин атмосферного давления как внутри, так и снаружи помещения, за определенный промежуток времени (Рисунок 4.).
Рисунок 4. Барограф М-22А
Автоматизированный цифровой барометр МД-13 используется на метеостанциях для долговременного (до 1 месяца) измерения атмосферного давления с возможностью передачи результатов измерения на компьютер.
Атмосферное давление
Помните, в романе «Золотой теленок» Ильфа и Петрова, Великий комбинатор поделился с Адамом Козлевичем новостью, что на каждого из нас, оказывается, давит столб воздуха силой в 214 кило? Да, атмосфера имеет вес, и она на нас давит. Но каждый раз по-разному, и это зависит от погоды. Когда ярко сияет солнце, давит сильнее, когда пасмурно и капает дождик - давит слабее. Более того, изменение атмосферного давления, как правило, происходит раньше, чем изменение погоды, поэтому, обнаружив вовремя перемену давления, мы можем предсказать: пойдет ли завтра дождь или снег, а может наоборот - будет солнечно и сухо. Знать о состоянии атмосферного давления полезно и людям, страдающим сердечно-сосудистыми заболеваниями, гипертонией или гипотонией, а также другим метеозависимым гражданам. Это позволит им заранее принять меры для того, чтобы лучше перенести погодный катаклизм.
Для этих целей служит специальный прибор, называемый барометр. Еще в далеком 1644 году (по некоторым данным - в 1643-м) ученик Галилея, итальянский физик и математик Торричелли, обнаружил, что если тонкую стеклянную трубочку заполнить ртутью и один конец этой трубочки, опустить в наполненную ртутью чашку, то не вся ртуть выльется из трубочки, часть ее останется. Причем уровень ртути в трубочке будет зависеть от погоды за окном.
Так родился первый ртутный барометр, а величину атмосферного давления до сих пор продолжают измерять в миллиметрах ртутного столба. И даже с введением международной метрической системы измерений СИ, гектопаскали так и не смогли вытеснить старые добрые миллиметры ртутного столба. Не смогли эти миллиметры вытеснить даже бары, несмотря на название прибора - .
Как и в глухом средневековье XVII-го века, на метеостанциях давление до сих пор измеряют ртутными барометрами, поскольку этот метод считается наиболее точным. Ртуть - вещество не очень полезное для здоровья, поэтому один конец трубочки заполненной этим жидким металлом запаян наглухо, а другой - опущен в емкость с жидкостью.
В быту же чаще используют так называемый барометр-анероид, то есть безжидкостный.
Чувствительным элементом такого прибора является небольшая гофрированная коробочка, из которой слегка выкачан воздух, чтобы создать небольшое разрежение. Эта коробочка уменьшается или увеличивается в размерах в зависимости от величины атмосферного давления, а стрелка, соединенная с коробочкой посредством пружин и рычагов, указывает его значение на шкале. Барометр-анероид - это не только прибор, это может быть сувенир и прекрасный подарок. Он, как настенные или настольные часы, часто служит украшением интерьера.
Простейший барометр можно сделать самому из веточки хвойного дерева. Если взять веточку пихты или сосны, оставить на ней одну длинную иголочку (а остальные удалить) и закрепить вертикально на дощечке так, чтобы иголке ничего не мешало двигаться, то иголка будет подниматься к ясной погоде и опускаться к дождю. А еще в качестве барометра может выступать электрический транспорт, имеющий контактную сеть - трамвай, троллейбус, электричка. Дело в том, что при высоком атмосферном давлении искры, возникающие иногда между проводом и токосъемником, будут иметь ярко-синюю, чуть фиолетовую окраску. При нормальном давлении они будут сине-голубыми, а при низком - оттенок станет слегка зеленоватым.
Как пользоваться барометром?
Барометр падает!
- Держи его, а то разобьется!
Весьма известный каламбур, не правда ли? Да, в обиходе при резком понижении давления очень часто говорят, что барометр «падает».
Пользоваться барометром очень легко - надо только посмотреть, куда указывает стрелка прибора. На шкале, кроме делений с указанием абсолютных значений, еще имеются зоны, обозначенные как «шторм», «дождь», «переменно», «ясно», «сушь», либо другими аналогичными словами. Обычно у прибора имеются две стрелки - одна подвижная, связанная с чувствительным элементом (анероидной коробочкой), другую вы можете поворачивать сами как стрелку звонка будильника. Для чего она? Если вы совместите ее с подвижной стрелкой, указывающей состояние атмосферного давления в данный момент, то сможете наблюдать, в какую сторону подвижная стрелка отклонится через какое-то время. Вы будете знать, происходит ли увеличение давления или барометр, все-таки, падает.
Напоследок хочется привести один анекдот. На экзамене студента спросили: как при помощи барометра измерить расстояние от земли до крыши высотного здания? Студент сразу же предложил несколько способов измерения, например, сбросить барометр с крыши, засечь по секундомеру время падения и, зная массу прибора, рассчитать его среднюю скорость - по ней можно вычислить и высоту. Второй способ - измерить линейкой диаметр барометра, потом, прикладывая его к стене, подняться на крышу по пожарной лестнице и узнать высоту здания в барометрах, после чего ее легко перевести в сантиметры или в метры. Третий способ - зайти к управдому, показать ему барометр и сказать:
- Смотри, какая красивая штучка, я тебе ее подарю, если ты мне скажешь высоту этого дома!
На самом деле высота здания вычисляется по разнице давления на земле и на крыше этого дома. Ведь чем выше мы поднимаемся, тем меньше высота воздушного столба, так поразившего своей массой воображение Остапа Бендера. Поэтому, снимая показания барометра где-нибудь на двадцать пятом этаже, следует учитывать, что нормальное давление для этой высоты несколько ниже, чем у поверхности земли.
Каждый человек следит за прогнозами погоды. Многие слушают не только прогнозы синоптиков об осадках и изменениях температур, но также интересуются атмосферным давлением. Для измерения последней величины используются . На современных метеостанциях используются жидкостные приборы: они считаются наиболее точными. В быту используются анероиды — механические устройства.
В жидкостные устройства помещена ртуть, уровень которой повышается или понижается при изменениях давления. Сбоку есть шкала, по которой можно судить о характере изменений (выше или ниже). Принцип работы примитивного прибора очень простой. В анероидном барометре жидкости нет: коробка с металлическими стенками сжимается и расширяется. Присоединенная к коробке пружина вращает стрелку, а по круговой шкале на лицевой поверхности устройства можно следить за изменениями давления. Для точности измерений в приборе может использоваться до 10 анероидных коробок, соединенных в одну цепь.
История изобретения
Уже в начале 17 века была замечена связь между изменениями атмосферного давления и дальнейшей погодой. Первый барометр появился в 1643 году, а изобрел его известный физик и математик Торричелли.
Конструкция первого устройства была предельно простой. В тарелку наливалась ртуть, а вертикально установленная отверстием вниз колба «собирала» жидкий металл при повышении давления. Такой прибор было крайне неудобно эксплуатировать, но позже технология заполнения колбы ртутью стали использовать в термометрах. Поэтому итальянского ученого можно по праву считать также изобретателем термометра.
Как пользоваться барометром?
Чтобы узнать, как пользоваться барометром, вы можете изучить инструкцию. Но если она на английском языке или недостаточно понятная, то нужно поступить так. На круговой шкале имеется несколько зон:
- сухо;
- ясно;
- переменно;
- дождь;
- шторм.
Стрелка, соединенная с пружиной и анероидной коробкой, двигается в зависимости от изменения давления. При снижении давления можно говорить об ухудшении погоды. Если стрелка движется в противоположную сторону, то давление растет и погода улучшается.
Чтобы было удобнее следить за изменениями, на шкале есть подвижная стрелка, которую можно устанавливать в любое положение. Установив обе стрелки рядом, через время можно заметить даже самые незначительные колебания атмосферного давления в ту или иную сторону.
Электронные барометры
Существует отдельная категория приборов — цифровые. Подобная электроника проста в эксплуатации, а также менее хрупкая, чем механический или жидкостный барометр. Электронные устройства не являются отдельным прибором, а помещены в систему портативной метеорологической станции.
Иногда барометры встречаются даже в наручных часах. Такие часы — незаменимы для рыбака или человека, связанного с морской деятельностью (моряки, спасатели, МЧСники). Часы покажут, когда готовиться к ухудшению или улучшению погодных условий.
Покупка барометра в подарок
Купить качественные удобнее всего в нашем интернет-магазине, где представлено более двух сотен моделей. Оригинальный прибор не просто покажет изменения давления, но и измерит температуру воздуха, а также его влажность.
Барометр — оригинальный подарок для каждого человека. Совершенно не обязательно быть связанным с морскими путешествиями или увлекаться рыбалкой. Настенный прибор украсит рабочий кабинет или станет стильным аксессуаром на стене в квартире. Вне зависимости от дизайна комнаты, портативный прибор станет полезным устройством, подсказывающим о погодных изменениях.
Современные приборы редко имеют только одну функцию — измерение давления. В большинстве случаев устройство имеет циферблат часов и другие функции.
Отныне не нужно думать, что подарить другу на новоселье или шефу на день рождения. Оригинальное устройство из металла или дерева от станет достойным подарком к любому событию.
В коллекции производителя сотни моделей, предназначенных для использования на кораблях, вне помещений или для дома. В производстве используются качественные металлы и дорогие породы дерева, поэтому срок службы прибора будет длительным, а показания — самыми точными.
Барометр - прибор, измеряющий показания давления воздуха на окружающие предметы, был изобретен в 17 веке выдающимся итальянским ученным Э. Торричелли. Первоначально выглядел как стеклянная трубка с отметками, внутри её наполняла ртуть. В момент проведения исследования столбик ртути находился на 760 мм, теперь этот показатель принято считать уровнем нормального давления, по которому судят, повышается давление или наоборот понижается. Прибор такого вида благодаря высокой степени точности и сейчас применяются на различных метеостанциях и в научных лабораториях.
Спустя 2 века, проведя огромное количество испытаний и пользуясь наработками выдающегося немецкого ученого Якова Лейбница, инженер-изобретатель из Франции Люсьен Види явил миру свое «детище» - усовершенствованный барометр-анероид (от греческого «анерос» - «без влаги»), который был намного безопаснее в использовании и имел более легкий вес.
На сегодняшний день существуют такие разновидности:
- Жидкостные барометры;
- Ртутные;
- Барометры- анероиды;
- Электронные.
Принцип работы барометра
Внешне жидкостный барометр имеет вид стеклянных трубок, взаимодействующих друг с другом как сообщающиеся сосуды в соответствии с гидростатическими законами. Заполняет их ртуть или другие легкие по весу жидкости (глицерин, масло).
Чашечный барометр
Чашечный - стеклянная трубка с закрытым концом и чашкой, показания давления определяют, замеряя высоту столбика жидкости, который начинается от уровня чашки и заканчивается отметкой верхнего мениска.
Сифонный барометр
Сифонный - трубка с закрытым длинным концом, сифонно-чашечный - две трубки, одна в открытом виде, другая в закрытом + чашка, в них показания давления воздуха устанавливают с помощью определения разности уровней столбика жидкости в первой и второй трубке.
Ртутный барометр
Ртутный барометр - пара сообщающихся сосудов, внутри - ртуть, верх одной стеклянной трубки, длиной примерно в 90 см, закрыт, там нет воздуха. В зависимости от изменений в давлении ртуть под воздействием воздуха поднимается либо опускается в стеклянной трубке, а небольшой поплавок показывает движение ртутной массы и останавливается на отметке, показывающей её уровень в миллиметрах. Норма - ртуть на отметке 760 мм рт. ст., показания выше этого значения - идет процесс повышения давления, ниже - понижения. Барометры такого типа практически не используются в обычном обиходе, ведь ртуть является опасным ядовитым веществом, конструкция барометра довольно громоздка и требует острожного отношения. Поэтому они широко применяются только в лабораторных условиях, на различных научных метеорологических станциях и в промышленности, там, где важная абсолютная точность передачи данных.
Классический барометр-анероид
(1 - корпус; 2 - гофрированная пустотелая металлическая коробочка; 3 - стекло; 4 - шкала; 5- металлическая плоская пружина; 6 - спиральная пружина; 7 - нить; 8 - передаточный механизм; 9 - стрелка-указатель )
Система работы механического барометр-анероида, в котором отсутствует какая-либо жидкость, основан на принципе воздействия давления воздуха на металл. В середине прибора располагается коробка с тонкими гофрированными стенками из металла, под силой действия воздуха стенки сжимаются или разжимаются, рычажок поворачивает стрелку в ту или иную строну. Бывают настенного и настольного типа, очень удобны и практичны в использовании, поэтому их очень часто используют в домашних условия, в офисах и различных учреждениях.
Электронный барометр
Электронный (или цифровой) барометр - современная разновидность данного прибора, линейные показатели обычного барометра-анероида преобразовываются в электронный сигнал, который обрабатывается микропроцессором и выводится на жидкокристаллический экран. Имеет компактные размеры, прост и удобен в использовании, например, для рыбалки, туризма или как дачный вариант.
На данный момент уже существует цифровой вариант барометров, которые встроены как дополнительная функция в мобильное устройство или в часы-барометры.
Предсказание погоды с помощью барометра. Если в часах есть встроенный барометр, то с помощью него можно спрогнозировать, как изменится погода в ближайшие 12-24 часов. Все очень просто - если давление падает, то вероятно, что погода будет ухудшаться. Если давление растет - то это признак улучшения погоды.
Нормальным значением атмосферного давления на уровне моря считается 760 мм ртутного столба или 1013 мБар или 1013 гПа (гектопаскаль). Однако возможны значительные колебания, так самое низкое атмосферное давление, которое было зафиксировано, составляло всего 641 мм рт. ст., а самое высокое давление было 816 мм рт. ст..
Атмосферное давление регулярно меняется в течении суток. В суточном ходе атмосферного давления наблюдается два максимума: в 10:00 и 22:00 часа и два минимума: в 04:00 и 16:00 часов. Эти суточные изменения давления особенно четко выражены в тропических широтах. С увеличением широты, то есть с продвижением на север, амплитуда суточных колебаний атмосферного давления уменьшается и уже на широте 60 градусов составляет около 0,3 мбар.
Однако само текущее значение атмосферного давления не может служить для определения погоды, важна динамика изменения давления. Например, резкое изменение атмосферного давления говорит о том, что погода скоро изменится.
Прямой график без резких колебаний давления позволит быть уверенным в том, что погода ближайшие несколько часов не изменится.
К примеру, если на улице солнечная погода, а график давления показывает резкое падение, то это явный признак того, что будет дождь, либо густая облачность. А если же на улице пасмурно и дождливо, то резкий подъем давления говорит о том, что погода скоро станет солнечной.
Видио с объяснением как работает барометр в наручных часх
Также подъем давления в зависимости от направления ветра может сопровождаться похолоданием или потеплением.
- Зимой высокое давление означает заморозки, а при низком давлении происходит потепление и возможны осадки
- Летом, наоборот, при повышении давления погода становится жаркой и сухой, а при понижении – холодает, и наступают дожди.
- Северный ветер чаще приносит прохладную погоду в местах, удаленных от океана.
- В случае прибрежного расположения для каждого региона прогноз должен быть разным, так как прямо зависит от сезона.
- В горах прогноз погоды делать сложнее, и погода может меняться очень быстро в пределах небольшого района.
Ухудшению погоды предшествует падение давления. Если давление в течение 6 - 12 ч и больше непрерывно падает, можно ожидать приближения циклона, т. е. ветреной погоды с осадками.
Быстрое падение давления (2-3 мбар и более за 3 ч) указывает на приближение центральной области циклона или очень глубокого циклона-следует ожидать шторма. Чем быстрее падает давление, тем скорее ухудшается погода.
Если показания барометра растут или остаются на месте, следует ожидать сохранения антициклональной погоды (то-есть ясное небо, без осадков).
Медленное, непрерывное и длительное (до нескольких суток) повышение давления означает, что устанавливается продолжительная антициклональная погода: летом-жаркая, зимой-морозная (в обоих случаях небо остается ясным).
Также наблюдение за изменением давления может быть полезно например на рыбалке. Это связано с тем что поведение рыбы сильно зависит от изменения погоды, и в некоторых случаях клев может усиливаться, а в других вообще пропадать
Сейчас существует множество моделей наручных часов с барометром, по которому можно определять погоду. Некоторые часы даже автоматически показывают прогноз погоды на ближайшее время. Также есть специальные часы для рыбалки, которые подскажут в какое время будет наилучший клев.
Но даже если вы не хотите постоянно следить за давлением по барометру в наручных часах, то просто купить барометр и поставить его где-нибудь в доме будет полезно и познавательно.
