Что измеряет барометр анероид

Представленный рабочий материал по физике для 7 класса на тему «Барометр-анероид» включает в себя разнообразные задания и дополнительные материалы, которые поддерживают интерес учащихся к предмету и способствуют расширению их знаний. Задания подбираются таким образом, чтобы ученики с любым уровнем подготовки могли выполнить ту или иную часть работы.

Физика

О длине и массе обычно говорят, используя такие термины, как «большой» или «маленький», «увеличивается» или «уменьшается». Однако атмосферное давление характеризуют выражениями «высокое» или «низкое», «повышается» или «понижается». Эта традиция сложилась еще со времен Эванджелиста Торричелли, жившего в 17 веке. Он применял жидкостный барометр, в котором ключевую роль играл ртутный столб, изменяющий свою высоту в зависимости от давления (см. рис. 1).

Рис. 1. Ртутный барометр

В наши дни для измерения атмосферного давления чаще всего используются барометры-анероиды – приборы, не содержащие жидкости (см. рис. 2).

Рис. 2. Барометр-анероид

Устройство барометра-анероида

Основной элемент барометра-анероида представляет собой гофрированная (изогнутая) металлическая коробка А (см. рис. 3). Внутри этой коробки отсутствует воздух – он был откачан в процессе изготовления прибора. Для защиты от воздействия атмосферного давления коробка удерживается упругой металлической пластиной, один конец которой соединен с основанием барометра, а другой конец через специальный механизм соединен со стрелкой прибора В.

Рис. 3. Устройство барометра-анероида

При изменении атмосферного давления сила, действующая на металлическую коробку, также изменяется. Это приводит к тому, что даже незначительные изменения в толщине коробки, происходящие через пластины и механизмы, вызывают заметное перемещение конца стрелки по шкале С.

Атмосферное давление и его измерение

Температура на Земле такова, что некоторые вещества находятся в газообразном состоянии, образуя атмосферную оболочку планеты. Сила притяжения Земли позволяет удерживать атмосферу от рассеивания в космос, в отличие, например, от Луны. Кроме того, более легкие верхние слои атмосферы оказывают давление на нижние, что, в свою очередь, и создает атмосферное давление.

Впервые атмосферное давление было измерено Э. Торричелли в XVII веке. Для этого им была использована стеклянная трубка, запаянная с одной стороны и наполненная ртутью. Если опустить открытый конец трубки в чашу с ртутью, подняв запаянный конец вверх, ртуть в трубке опустится приблизительно до высоты 760 мм. В верхней, запаянной части трубки над ртутью образуется пустота, которая была названа торричеллиевой.

Из курса физики 7 класса мы знаем, что высота ртутного столба в трубке равна тому давлению, которое уравновешивает атмосферное давление. Это значит, что давление можно выразить в единицах высоты ртутного столба и измерять с помощью обычной линейки. Прибор, который включает в себя трубку с ртутью и линейку, называется ртутным барометром.

Ртуть можно заменить другой жидкостью, в том числе и водой. Однако вода в 13,5 раз легче ртути, что означает, что столб её в трубке будет соответственно выше – около 10 метров. Хотя это делает измерение высоты столба менее удобным, такие барометры также существуют.

Барометр-анероид

Несмотря на то что ртутный барометр — простой и точный прибор для измерения атмосферного давления, ртуть является ядовитым веществом и обладает свойством медленного испарения; пары ртути также токсичны.

Поэтому был разработан барометр, который не использует ртуть для измерения (анероид, что означает «без жидкости»). Главный элемент барометра-анероида – это запаянная металлическая гофрированная коробочка, из которой откачан воздух. Атмосферное давление спрессовывает коробочку, делая её меньшей по размеру, процента изменения размеров зависит от силы давления; когда давление снижается, коробочка возвращается в своё первоначальное положение. Таким образом, размер коробочки непрерывно меняется в зависимости от окружающего давления.

К коробочке припаяна тяга, которая через специальный механический рычаг передает движение на стрелку, чья шкала может быть проградуирована различным образом — от миллиметров ртутного столба до стандартных единиц измерения СИ — паскалей.

В большинстве барометров-анероидов имеется специальный настроечный винт в рычажном механизме, позволяющий менять положение стрелки для точной настройки. Изменение толщины коробочки очень незначительно, и производственные стандарты имеют определённые допуски, что затрудняет точное изготовление. Поэтому коробочка изготавливается с некоторыми допусками, а последующая калибровка атмосферного давления осуществляется с помощью данного винта в соответствии с показаниями эталонного барометра.

Значение атмосферного давления само по себе не очень информативно. Гораздо более важными являются его изменения. Многие знают, что если барометр показывает падение давления, это может означать приближение плохой погоды, а наоборот, рост давления часто предвещает улучшение погодных условий. По этой причине многие барометры-анероиды оснащены второй, контрольной стрелкой, которую можно выставлять вручную. Эта стрелка совмещается с основной, и затем, со временем, можно отметить изменения давления — увеличивается оно или уменьшается. Часто в конструкции барометра интегрируются дополнительные небольшие приборы, такие как термометр и гигрометр.

Особенности подготовки к сдаче ОГЭ по физике в условиях реализации ФГОС ООО

Дополнительная скидка: 10% ( только до 8 ноября )

К данной скидке может добавляться еще и скидка вашего образовательного учреждения, размер которой зависит от числа сотрудников, прошедших курсы «Инфоурок».

На данный момент дополнительные накопительные скидки (от 2% до 25%) предоставляются 67,026 образовательным учреждениям. Чтобы узнать, какая скидка актуальна для всех сотрудников вашего учебного заведения, входите в свой личный кабинет на платформе «Инфоурок».

• В настоящее время проходит обучение 139 человек из 44 регионов
• Данный курс уже прошли 670 участников

Курс профессиональной переподготовки

Педагогическая деятельность по проектированию и реализации образовательного процесса в общеобразовательных организациях (предмет «Физика»)

Дополнительная скидка: 10% ( только до 8 ноября )

К данной скидке может прилагаться так же скидка вашего образовательного учреждения, размер которой зависит от количества ваших коллег, прошедших курсы «Инфоурок».

В настоящее время дополнительные накопительные скидки (от 2% до 25%) предоставляются 67,026 образовательным учреждениям. Чтобы выяснить, какая скидка доступна для сотрудников вашего учебного заведения, введите свой личный кабинет на платформе «Инфоурок».

• На данный момент обучается 58 человек из 25 регионов
• Этот курс уже прошел 54 человека

Курс повышения квалификации

Как пользоваться барометром?

Использование барометра включает в себя несколько этапов, обеспечивающих точное измерение атмосферного давления. Вот подробное руководство по его использованию:

1. Распаковка и установка: После распаковки барометра разместите его в месте, защищенном от воздействия прямых солнечных лучей, сильной влажности и резких колебаний температуры.

2. Калибровка: Если у вас аналоговый барометр, возможно, потребуется его откалибровать. Сравните показания вашего прибора с официальными данными метеорологической службы и внесите необходимые коррективы при помощи регулировочного винта.

3. Чтение показаний: На цифровом дисплее отобразятся текущие показания давления. В аналоговых барометрах используйте стрелку и шкалу для считывания давления.

4. Запись данных: Записывайте показания в журнал наблюдений, если хотите следить за изменениями давления со временем. Это может помочь в прогнозировании погоды.

5. Интерпретация показаний: Повышение давления обычно указывает на улучшение метеоусловий, в то время как понижение давления может предвещать ухудшение погодных условий.

6. Синхронизация с другими устройствами: Если ваш барометр оснащен функцией беспроводной связи, его можно синхронизировать с другими устройствами или системами умного дома для автоматического сбора данных.

7. Обслуживание: Регулярно проверяйте прибор на наличие пыли и грязи, которые могут повлиять на точность показаний. Очищайте его в соответствии с инструкциями производителя.

8. Безопасность: Если ваш барометр содержит ртуть, следите за тем, чтобы он не был поврежден, так как ртуть является токсичным веществом.

Помните, что точность барометра непосредственно зависит от его качества и правильности использования. Следуйте рекомендациям производителя и регулярно проверяйте показания для обеспечения наилучших результатов работы устройства.

Применение

Барометры находят применение в различных сферах благодаря своей способности измерять атмосферное давление. Вот более детальное описание их использования:

• Метеорология: Барометры имеют критическое значение для прогнозирования погоды. Изменения в атмосферном давлении могут указывать на приход фронтов и штормов. В частности, увеличение давления часто связано с ясной погодой, тогда как его уменьшение может сигнализировать о гадкой погоде.

• Авиация: Пилоты используют барометрические высотомеры (высотные барометры) для определения высоты полета. Эти приборы калибруются на уровне моря и помогают пилотам поддерживать безопасное расстояние между полетом и землей, а также избегать различных препятствий.

• Подводная деятельность: Барометры играют важную роль в расчетах, связанных с декомпрессией для дайверов, позволяя им определять безопасные интервалы всплытия и избегать декомпрессионной болезни.

• Научные исследования: Исследователи применяют барометры для изучения атмосферного давления в различных условиях и в разных местах, что способствует лучшему пониманию климатических изменений и атмосферных процессов.
• Промышленность: В некоторых промышленных процессах, таких как нефтепереработка, барометры используются для контроля давления в резервуарах и системах.
• Повседневная жизнь: Люди используют барометры дома или в устройствах, таких как смартфоны и погодные станции, для мониторинга погодных условий и планирования своих дел.

Это только некоторые из множества способов применения барометров. Их точность и надежность делают их незаменимыми инструментами в различных аспектах современной жизни.

Разновидности

Первый барометр был описан в 1644 году итальянским ученым Эванджелистом Торричелли. Это устройство, основанное на использовании ртути в качестве рабочей жидкости, позволяло проводить измерения значений, основываясь на высоте ртутного столба. Схема такого устройства проста: стеклянный столб имеет запаянный верх, а его основание погружается в емкость с ртутью. Во время эксперимента при хорошей погоде уровень ртути в столбе зафиксировал высоту в 760 мм, что и стало общепринятым показателем атмосферного давления.

Ртутные барометры продолжают использоваться на метеорологических станциях благодаря высокой точности, однако имеют свои недостатки, такие как небезопасность, хрупкость и громоздкость.

В нынешнее время ртутные барометры считаются контрольными приборами, на которые ориентируются все другие устройства для измерения давления.

В 1844 году инженер из Франции Люсьен Види, основываясь на работах немецкого физика и математика Готфрида Вильгельма Лейбница, разработал новый тип барометра, работающего без жидкости. Этот прибор известен как барометр-анероид.

На сегодняшний день модели анероидного типа являются наиболее распространенными среди бытовых приборов.

Существуют четыре основных типа данных устройств:

• жидкостный – этот прибор работает по принципу уравновешивания массы столба жидкости с окружающим его давлением;
• ртутный – измерение атмосферного давления происходит благодаря высоте ртутного столба, к которому прикреплена шкала;
• барометр-анероид – работает по принципу изменения размера коробочки с разряженной средой внутри; изменения в атмосферном давлении будут приводить к изменению объема коробки;
• электронный барометр – этот подвид барометра использует преобразование изменений в коробке барометра-анероида в цифровые сигналы, или с помощью тензопреобразователя, который чувствителен к изменению давления атмосферы, воспринимая это как деформацию, так и изменение сопротивления.

Теперь рассмотрим некоторые модели барометров-анероидов.

• БАММ-1. Этот прибор предназначен для измерения атмосферного давления как на земле, так и в помещениях. Он зарегистрирован в Госреестре измерительных приборов и подходит для использования на рабочих местах.

• М-67. Этот прибор демонстрирует более точные показания, а его конструктивные особенности позволяют работать в температурном диапазоне от -10 до +50 °C.

• М-110. Этот барометр предназначен для промышленных применений.

• ББ-0.5М. Бытовой прибор, который удобно размещается на стене и подходит для метеозависимых людей, позволяя им следить за изменением атмосферного давления.

• БР-52. Барометр-анероид для школы, специально разработанный для проведения опытов.

Как пользоваться?

При снятии показаний с барометра необходимо помнить, что он не дает 100% гарантии в предсказании изменений погоды или количество осадков. Он не способен указать, какой именно атмосферный фронт дошел до проверяемой территории. Метеорологи используют различные дополнительные приборы и оценки для точного определения погоды.

Данный прибор позволяет лишь сделать предположение о том, в какую сторону будут развиваться погодные условия. Он укажет, будет ли погода меняться в худшую либо, наоборот, в лучшую сторону. Барометр особенно важен для метеозависимых людей, контроль состояния которых зависит от изменения атмосферного давления:

• в холодный зимний период понижение давления может предвещать наступление морозов, а его увеличение – потепления и осадков в виде снега;
• в летний период рост давления говорит о наступлении жаркой и сухой погоды, тогда как его снижение указывает на вероятность дождя.

Скорость изменений значений давления также является индикатором предстоящих изменений погоды. Например, если давление постепенно снижается, можно ожидать ухудшение погоды в течение суток, возможно, с порывистым ветром и осадками. Резкое падение стрелки на барометре предвещает сильный ветер и ливневый дождь с грозой.

О резком падении давления можно узнать, как правило, за 2 часа до его потенциального проявления. Когда показания барометра замерли на одном уровне, это может означать ожидание устойчивой погоды и уменьшение силы ветра.

Для точного и регулярного контроля следите за показаниями прибора. При хорошей погоде достаточно делать замеры дважды в день, а в условиях непогоды нужно проверять показания каждые 2-3 часа.

С появлением электронных барометров необходимость в их постоянной настройке отпала. Тем не менее, на рынке все еще можно встретить классические варианты, которые требуют регулярной корректировки.

Классические барометры привлекают своей презентабельной внешностью и тем, что не требуют замены батареек.

Рассмотрим краткую инструкцию по настройке барометра-анероида в домашних условиях.

• Настройка механического барометра достаточно проста – для этого потребуется знать текущее атмосферное давление в вашем регионе. Эту информацию можно найти на сайте ближайшей метеостанции или прослушав сводки погоды по радио или телевидению.
• Сравнив показания своего барометра с ртутным, вы сможете понять, нуждается ли ваше устройство в калибровке.
• Если показания отличаются, нужно откалибровать ваш прибор. Для этого найдите регулировочный винт на задней панели устройства и, постепенно закручивая или откручивая его, выставьте необходимые значения.
• Если на устройстве отсутствует регулировочный винт, это может означать, что производитель применил иной метод настройки, что, как правило, подразумевает вращение циферблата относительно стрелок.

С подробным методом настройки вашего прибора можно ознакомиться в руководстве по эксплуатации, где описана вся процедура калибровки и настройки устройства.

Более подробную информацию об устройстве и принципах работы барометра-анероида вы можете найти в следующем видеоролике.