| Обозначение единицы | Соотношение с единицей системы СИ – паскалем (Па) и другими |
| Миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.) | 1 мм. рт. ст. = 133,322 Па |
| Миллиметр водного столба (мм вод. ст.) | 1 мм вод. ст. = 9,807 Па |
| Атмосфера техническая (ат) | 1 ат = 9,807 104 Па |
| Атмосфера физическая (атм) | 1 атм = 1,033 ат = 1,013 104 Па |
| Тор | 1 тор = 1 мм рт. ст. |
| Миллибар (мб) | |
Таблица 24
| Единицы | Па | атм | мм рт. ст. | мб | мм вод. ст. |
| Паскаль, Па | 1 | 9,910-6 | 7,510-3 | 1,010-2 | 1,010-1 |
| Атмосфера нормальная, атм | 1,013105 | 1 | 760 | 1013,3 | 10333 |
| Миллиметр ртутного столба, мм рт. ст. | 133 | 1,310-3 | 1 | 1,33 | 13,6 |
Миллибар, мб | 100 | 9,910-4 | 7,510-1 | 1 | 10,2 |
| Миллиметр водного столба, мм вод. ст. | 9,81 | 9,710-5 | 7,310-2 | 9,810-2 | 1 |
Из приведенных в таблицах 23 и 24 единиц измерения наибольшее распространение в России получили мм. рт. ст.имб. Для удобства пересчетов в необходимых случаях можно использовать следующее соотношение:
760 мм рт. ст.= 1013мб= 101300Па (36)
Более простой способ:
Мб = мм. рт. ст.(37)
Мм рт. ст. = мб(38)
В гигиенических исследованиях применяются два типа барометров:
Принцип работы различных модификаций жидкостных барометров основан на том, что атмосферное давление уравновешивает определенной высоты столб жидкости в запаянной с одного конца (верхнего) трубке. Чем меньше удельный вес жидкости, тем выше столб последней, уравновешиваемый давлением атмосферы.
Наибольшее распространение получили ртутные барометры, так как высокий удельный вес жидкой ртути позволяет сделать прибор более компактным, что объясняется уравновешиванием давления атмосферы менее высоким столбом ртути в трубке.
Используются три системы ртутных барометров:
Указанные системы ртутных барометров схематически представлены на рисунке 35.
| Станционные чашечные барометры (рисунок 35). В этих барометрах в чашку, заполненную ртутью, помещается запаянная сверху стеклянная трубка. В трубке над ртутью образуется так называемая торичеллиевая пустота. Воздух в зависимости от состояния обусловливает то или иное давление на ртуть, находящуюся в чашке. Таким образом, уровень ртути устанавливается на ту или иную высоту в стеклянной трубке. Именно данная высота будет уравновешивать давление воздуха на ртуть в чашке, а значит отражать атмосферное давление. |
| Рис. 35. Чашечный барометр(слева) А – шкала барометра; Б – винт; В – термометр; Г – чашечка со ртутью Ртутный сифонный барометр(справа) А – верхнее колено; В – нижнее колено; Д – нижняя шкала; Е – верхняя шкала; Н – термометр; а – отверстие в трубке |
В отдельных модификациях имеются две шкалы – в мм рт. ст. и мб. Десятые доли мм рт. ст. или мб отсчитываются по подвижной шкале – нониусу. Для этого необходимо винтом установить нулевое деление шкалы нониуса на одной линии с вершиной мениска ртутного столба, отсчитать число целых делений миллиметров ртутного столба по шкале барометра и число десятых до-лей миллиметра ртутного столба до первой отметки шкалы нониуса, совпадающей с делением основной шкалы.
Пример.Нулевое деление шкалы нониуса находится между 760 и 761 мм рт. ст. основной шкалы. Следовательно, число целых делений равно 760 мм рт. ст. К этой цифре необходимо прибавить число десятых долей миллиметра ртутного столба, отсчитанных по шкале нониуса. Первым с делением основной шкалы совпадает 4-е деление шкалы нониуса. Барометрическое давление равно 760 + 0,4 = 760,4 мм рт. ст.
Как правило, в чашечные барометры встроен термометр (ртутный или спиртовый в зависимости от предполагаемого диапазона температуры воздуха при исследованиях), так как для получения окончательного результата необходимо специальными расчетами привести давление к стандартным условиям температуры (0С) и барометрического давления (760 мм рт. ст.).
В чашечных экспедиционных барометрахперед наблюдением предварительно с помощью специального винта, расположенного в нижней части прибора, устанавливают уровень ртути в чашке на нулевую отметку.
Сифонные и сифонно-чашечные барометры (рисунок 35). В этих барометрах величина атмосферного давления измеряется по разнице высот ртутного столба в длинном (запаянном) и коротком (открытом) коленах трубки. Данный барометр позволяет производить измерение давления с точностью до 0,05мм рт. ст. При помощи винта в нижней части приборов уровень ртути в коротком (открытом) колене трубки приводят к нулевой точке, а затем отсчитывают показания барометра.
Сифонно-чашечный инспекторский барометр. Данный прибор имеет две шкалы: слева в мб и справа в мм рт. ст. Для определения десятых долей мм рт. ст. служит нониус. Найденные значения атмосферного давления, как и при работе с другими жидкостными барометрами, необходимо с помощью вычислений или специальных таблиц привести к 0С.
На метеорологических станциях в показания барометров вводят не только температурную поправку, но и так называемую постоянную поправку: инструментальную и поправку на силу тяжести.
Устанавливать барометры следует в отдалении или изолированно от источников теплового излучения (солнечное излучение, нагревательные приборы), а также в отдалении от дверей и окон.
Металлический барометр-анероид (рисунок 36). Данный прибор особенно удобен при проведении исследований в экспедиционных условиях. Однако этот барометр перед использованием должен быть выверен по более точному ртутному барометру.
|
Рис. 36. Барометр-анероид |
Рис. 37. Барограф |
Принцип устройства и действия барометра-анероида очень прост. Металлическая подушечка (коробка) с гофрированными (для большей эластичности) стенками, из которой удален воздух до остаточного давления 50-60 мм рт. ст., под воздействием давления воздуха изменяет свой объем и в результате деформируется. Деформация передается по системе рычажков стрелке, которая и указывает на циферблате атмосферное давление. На циферблате барометра анероида вмонтирован изогнутой формы термометр в связи с необходимостью, как указывалось выше, приведения результатов измерения к 0С. Градуировка циферблата может быть в мб или в мм рт. ст. В некоторых модификациях барометра-анероида имеются две шкалы – как в мб, так и в мм рт. ст.
Анероид-высотомер (альтиметр). В измерении высоты по уровню атмосферного давления заложена закономерность, согласно которой между давлением воздуха и высотой имеется зависимость, весьма близкая к линейной. То есть при подъеме на высоту пропорционально снижается атмосферное давление.
Данный прибор предназначен для измерения атмосферного давления именно на высоте и имеет две шкалы. На одной из них нанесены величины давления в мм рт. ст. или мб, на другой – высота в метрах. На летательных аппаратах применяют альтиметры с циферблатом, на котором по шкале определяется высота полета.
Барограф (барометр-самописец).Данный прибор предназначен для непрерывной регистрации атмосферного давления. В гигиенической практике применяются металлические (анероидные) барографы (рисунок 37). Под влиянием изменений атмосферного давления пакет соединенных вместе анероидных коробок в результате деформации оказывает влияние на систему рычажков, а через них на специальное перо с незасыхающими специальными чернилами. При увеличении атмосферного давления анероидные коробки сжимаются и рычажок с пером поднимается кверху. При уменьшении давления анероидные коробки с помощью помещенных внутри их пружин расширяются и перо чертит линию книзу. Запись давления в виде непрерывной линии вычерчивается пером на градуированной в мм рт. ст. или мб бумажной ленте, помещенной на цилиндрический вращающийся с помощью механического завода барабан. Используются барографы с недельным или суточным заводом с соответствующими градуированными лентами в зависимости от цели, задач и характера исследований. Выпускаются барографы с электрическим приводом, вращающим барабан. Однако на практике данная модификация прибора менее удобна, так как ограничивается его использование в экспедиционных условиях. Для устранения температурных влияний на показания барографа в них вставляется биметаллические компенсаторы, автоматически осуществляющие коррекцию (поправку) движения рычажков в зависимости от температуры воздуха. Перед началом работы рычажок с пером с помощью специального винта устанавливается в исходное положение, соответствующее времени, обозначенном на ленте и на уровень давления, измеренный точным ртутным барометром.
Чернила для записи барограмм можно приготовить по следующей прописи:
| - 200 мл | |
| - 2,4 г | |
| - 3 г | |
| - 10 мл |
Приведение объема воздуха к нормальным условиям (760 мм рт. ст., 0С). Данный аспект измерения барометрического давления весьма важен при измерении концентраций загрязняющих веществ в воздухе. Игнорирование указанного аспекта может обусловить значительные ошибки в расчетах концентраций вредных веществ, которые могут достигать 30 и более процентов.
Приведение объема воздуха к нормальным условиям производится по формуле:
(39)
| V0 | |
| V1 | |
| 273 | |
| В | |
| 760 | |
| t |
Пример. Для измерения концентрации пыли в воздухе через бумажный фильтр с помощью электрического аспиратора пропущено 200 л воздуха. Температура воздуха в период его аспирации составляла- +26С, барометрическое давление - 752 мм рт. ст. Необходимо привести объем воздуха к нормальным условиям, то есть к 0С и 760 мм рт. ст.
Подставляем в формулу Х значения соответствующих параметров примера и рассчитываем искомый объем воздуха при нормальных условиях:
л.
Таким образом, при расчете концентрации пыли в воздухе необходимо учитывать объем воздуха именно 180,69 л, а не 200л.
Для упрощения расчетов объема воздуха при нормальных условиях можно пользоваться поправочными коэффициентами на температуру и давление (таблица 25) или рассчитанными готовыми величинами формулы 39 и(таблица 26).
Таблица 25
Поправочные коэффициенты на температуру и давление для приведения объема воздуха к нормальным условиям
(температура 0оС, барометрическое давление 760 мм рт. ст.)
| tоС | Барометрическое давление, мм рт. ст. | |||||||
| 700 | 710 | 720 | 730 | 740 | 750 | 760 | 770 | |
| 10 | 0,889 | 0,901 | 0,914 | 0,927 | 0,939 | 0,952 | 0,965 | 0,977 |
| 12 | 0,882 | 0,895 | 0,908 | 0,920 | 0,933 | 0,945 | 0,958 | 0,971 |
| 14 | 0,876 | 0,889 | 0,901 | 0,914 | 0,926 | 0,939 | 0,951 | 0,964 |
| 16 | 0,870 | 0,883 | 0,895 | 0,907 | 0,920 | 0,932 | 0,945 | 0,957 |
| 18 | 0,864 | 0,876 | 0,889 | 0,901 | 0,914 | 0,926 | 0,938 | 0,951 |
| 20 | 0,858 | 0,870 | 0,883 | 0,895 | 0,907 | 0,920 | 0,932 | 0,944 |
| 22 | 0,852 | 0,865 | 0,877 | 0,889 | 0,901 | 0,913 | 0,925 | 0,938 |
| 24 | 0,847 | 0,859 | 0,871 | 0,883 | 0,895 | 0,907 | 0,919 | 0,931 |
Окончание таблицы 25
| tоС | Барометрическое давление, мм рт. ст. | |||||||
| 700 | 710 | 720 | 730 | 740 | 750 | 760 | 770 | |
| 26 | 0,841 | 0,853 | 0,865 | 0,877 | 0,889 | 0,901 | 0,913 | 0,925 |
| 28 | 0,835 | 0,847 | 0,859 | 0,871 | 0,883 | 0,895 | 0,907 | 0,919 |
| 30 | 0,830 | 0,842 | 0,854 | 0,865 | 0,877 | 0,889 | 0,901 | 0,913 |
| 32 | 0,824 | 0,836 | 0,848 | 0,860 | 0,872 | 0,883 | 0,895 | 0,907 |
| 34 | 0,819 | 0,831 | 0,842 | 0,854 | 0,866 | 0,878 | 0,889 | 0,901 |
| 35 | 0,816 | 0,828 | 0,840 | 0,851 | 0,863 | 0,875 | 0,886 | 0,898 |
Таблица 26
Коэффициенты для приведения объемов воздуха к нормальным условиям
(температура 0оС, барометрическое давление 760 мм рт. ст.)
| tоC | В, мм рт. ст. | tоC | В, мм рт. ст. | ||||
| -4 | 1,015 | 741 | 0,975 | 16 | 0,945 | 761 | 1,001 |
| -3 | 1,011 | 742 | 0,976 | 17 | 0,941 | 762 | 1,003 |
| -2 | 1,007 | 743 | 0,978 | 18 | 0,938 | 763 | 1,004 |
| -1 | 1,004 | 744 | 0,979 | 19 | 0,935 | 764 | 1,005 |
| 0 | 1,000 | 745 | 0,980 | 20 | 0,932 | 765 | 1,007 |
| 1 | 0,996 | 746 | 0,982 | 21 | 0,929 | 766 | 1,008 |
| 2 | 0,993 | 747 | 0,983 | 22 | 0,925 | 767 | 1,009 |
| 3 | 0989, | 748 | 0,984 | 23 | 0,922 | 768 | 1,010 |
| 4 | 0,983 | 749 | 0,986 | 24 | 0,919 | 769 | 1,012 |
| 5 | 0,982 | 750 | 0,987 | 25 | 0,916 | 770 | 1,013 |
| 6 | 0,979 | 751 | 0,988 | 26 | 0,913 | 771 | 1,014 |
| 7 | 0,975 | 752 | 0,989 | 27 | 0,910 | 772 | 1,016 |
| 8 | 0,972 | 753 | 0,991 | 28 | 0,907 | 773 | 1,017 |
| 9 | 0,968 | 754 | 0,992 | 29 | 0,904 | 774 | 1,018 |
| 10 | 0,965 | 755 | 0,993 | 30 | 0,901 | 775 | 1,020 |
| 11 | 0,961 | 756 | 0,995 | 31 | 0,898 | 776 | 1,021 |
| 12 | 0,958 | 757 | 0,996 | 32 | 0,895 | 777 | 1,022 |
| 13 | 0,955 | 758 | 0,997 | 33 | 0,892 | 778 | 1,024 |
| 14 | 0,951 | 759 | 0,999 | 34 | 0,889 | 779 | 1,025 |
| 15 | 0,948 | 760 | 1,000 | 35 | 0,886 | 780 | 1,026 |
studfiles.net
Приветствую всех любителей географии! Сегодня я буду говорить об атмосферном давлении. Из данной статьи Вы узнаете, что такое атмосферное давление, как его измеряют, как оно меняется и какие этому причины.
Атмосферное давление – это давление атмосферного воздуха на предметы, которые в нем находятся, и на поверхность Земли. Атмосферный воздух Земли находится в постоянном движении.
Перемещение воздуха мы ощущаем в виде ветра, который от экватора переносит тепло к полюсам и влагу от моря к суше, где она выпадает в виде дождя.
Солнце – это единственный источник энергии, который вызывает движение атмосферы.
Давление воздуха измеряется в миллибарах (мбар), гектопаскалях (гПа) и миллиметрах ртутного столбика.
Среднее (или нормальное) атмосферное давление на уровне моря на широте 45°, в среднем составляет 1013,2 мбар (гПа) или 760 мм рт. ст. по барометру.
Плотность и давление воздуха с высотой уменьшаются. Величина давления на высоте 5,5 км всего лишь составляет 500 мбар, или половину от нормального.
Этот перепад давления (как по горизонтали, так и по вертикали) называется градиентом давления.
Воздух, к средине XVII века, считался невесомым и невидимым. Итальянский ученый Торричелли, в 1642 году, впервые доказал, что столп воды, высотой приблизительно 10,3 м, уравновешивает атмосферное давление вблизи земной поверхности.
Поскольку ртуть в 13,6 раз тяжелее воды, то атмосферное давление уравновешивается столбом ртути высотой 76 см.
Наполненная ртутью до отметки 76 см трубка, которая перевернута открытым концом в посудину с ртутью, была названа барометром (от греч. «барос» — вес).
Но если у атмосферы есть вес и она оказывает давление, тогда его величина должна быть на разных высотах разной.
Пьере в 1646 году, во Франции, при помощи ртутного барометра установил, что давление на вершине горы меньше, чем у ее подножья, то есть, как я писала выше, с высотой давление атмосферы уменьшается.
Атмосфера на сотни километров простирается вверх, но основной вес воздуха сосредоточен в довольно таки тонком слое.
Половина атмосферной массы находится между морским уровнем и высотой 5-6 км, в слое до 16 км – сосредоточено 90% ее массы, а в слое до 30 км – 99%.
Другими словами (повторюсь еще раз) с высотой плотность воздуха быстро уменьшается. И поэтому, 1 м3 воздуха на уровне моря весит 1033г, на высоте 12 км – 319 г, а на высоте 40 км – всего лишь 4г.
Около земной поверхности на 1 см2 площади, атмосфера давит с силой, которая равна 1033г, а на 1 м2 – уже 10 333 кг.
Таким образом, на тело взрослого человека давит вес, который равен 12-15 тыс. кг, или 12-15 т, а на ладонь руки – 150 кг.
Но человек этого веса не ощущает, потому что внешнее давление уравновешивается давлением воздуха внутри тела.
Жизнь на Земле приспособлена именно для этого давления, и поэтому, если мы поднимаемся на большие высоты, наше самочувствие ухудшается, это происходит из-за недостатка кислорода, и из-за низкого давления.
Нам известен тот факт, что любая жидкость закипает быстрее при низком атмосферном давлении. На высоте около 20 км она закипает при температуре 37°С.
На такой высоте закипит и кровь (потому как температура тела человека составляет около 37°, малейший перегрев и все). Именно поэтому в полетах космонавтов помещают в герметично закрытые кабины и скафандры, создавая для них особенные физиолого-гигиенические условия.
Барометрический уровень – это расстояние, на которое необходимо опустится или подняться, для того, чтобы давление изменилось на 1 миллибар. Он равен 8 метрам в приземном шаре.
Это обозначает следующее: давление снижается на 1 мб, через каждые 8 м. В слое 4-6 км этот уровень равен 13 м, а в шаре 12-16 км – 40 м.
Также величина барометрического уровня еще зависит от температуры воздуха.
Неравномерный нагрев земной поверхности, которая, в свою очередь, нагревает воздух, создает разницу в атмосферном давлении.
Поскольку холодный воздух плотнее, он опускается вниз, тем самым создавая область высокого давления.
Ветер – это перемещение воздуха из областей с высоким давлением к участкам с низким давлением.
Ветер переносит воздух различной температуры и давления из одной области в другую, вызывая скопление воздуха на отдельных участках, это приводит к увеличению его плотности и возникновению новых градиентов давления.
Надеюсь, мы достаточно разобрали вопрос «что такое атмосферное давление?». И эта статья Вам помогла в этом. Желаю Вам, дорогие читатели, хорошего настроения и успехов в жизни и познании новых научных вершин! До встречи в новых статьях!
o-planete.ru
Программа КИП и А
Давлением P называется физическая величина силы F, действующая на единицу поверхности площади S, направленная перпендикулярно этой поверхности. т.е. P = F / S.
В международной системе единиц (СИ) давление измеряется в Паскалях: Па - русское обозначение. Pa - международное. 1 Па = 1 Ньютон / 1 кв. метр (1 Н/м²)
Для практических измерений в КИП и А, 1 Па часто оказывается слишком маленькой величиной давления, и для оперирования реальными данными применяются умножающие приставки - (кило, Мега), умножающие значения в 1тыс. и 1млн. раз соответственно. 1 МПа = 1000 кПа = 1000000 Па Также, шкалы приборов для измерения давления могут быть непосредственно градуированы в величинах Ньютон / метр, или их производных: Килоньютон, Меганьютон / м², см², мм².
Тогда получаем следующее соответствие: 1 МПа = 1 МН/м² = 1 Н/мм² = 100 Н/см² = 1000 кН/м² = 1000 кПа = 1000000 Н/м² = 1000000 Па
В России и Европе также широкое применение для измерения давления находят единицы бар (bar) и кгс/м² (kgf/m²), а также их производные (mbar, кгс/см²). 1 бар - это внесистемная единица, равная 100000 Па. 1 кгс/см² - это единица измерения давления в системе МКГСС, и широко применяется в промышленных измерениях давления. 1 кгс/см² = 10000 кгс/м² = 0.980665 бар = 98066.5 Па
Атмосфера - это внесистемная единица измерения давления приблизительно равная атмосферному давлению Земли на уровне Мирового океана. Существует два понятия атмосферы для измерения давления:
В России для использования в измерениях допущена только техническая атмосфера, и срок ее действия ограничен по некоторым данным 2016 годом.
Метр водяного столба — внесистемная единица измерения давления, применяемая в ряде производств. Физически он равен давлению столба воды высотой в 1 м при температуре около 4° C и стандартном для калибровки ускорении свободного падения - 9,80665 м/сек². м вод. ст. - русское обозначение. mh3O - международное.
Производными единицами являются см вод. ст. и мм вод. ст. 1 м вод. ст. = 100 см вод. ст. = 1000 мм вод. ст. Соотносится к другим единицам измерения давления соответствующим образом: 1 м вод. ст. = 1000 кгс/м² = 0.0980665 бар = 9.80665 Па = 73.55592400691 мм рт. ст.
Миллиметр ртутного столба - внесистемная единица измерения давления, равная 133.3223684 Па. Синоним - Торр (Torr). мм рт. ст. - русское обозначение. mmHg. - международное. Использование в России - не ограничено, но не рекомендовано. Применяется в ряде областей техники. Соотношение к водному столбу: 1 мм рт. ст. = 13.595098063 мм вод. ст.
В США и Британии применяются также другие единицы измерения давления.
Это связано с тем, что длины выражаются в футах и дюймах, а вес в фунтах, британских и американских тоннах. Примеры некоторых из них:Для измерения давления применяются манометры, дифманометры (разность давлений), вакуумметры (измерение разряжения).
www.axwap.com
В жизни мы часто сталкиваемся с ситуациями, когда возникает необходимость измерить давление: артериальное, атмосферное либо давление сжатого воздуха или газа в трубе. Давайте разберемся, что же это за физическая величина. И сразу же возникает следующий вопрос: а в чем измеряется давление? Оказывается, существует несколько видов единиц измерения, применяемых к этой физической величине. В этой статье мы разберем, в чем измеряется давление. Итак, приступим, рассмотрим каждую из таких единиц.
Официально признанной Международной системой СИ является единица измерения давления Паскаль (Па), производные от нее - килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (МПа). Один Паскаль равен следующему отношению: 1 Па = 1 Н/м2. Однако в различных отраслях используют разные единицы измерения давления. Например, при определении производительности газа и расхода сжатого воздуха (в компрессорной технике) могут использоваться несколько совершенно разных единиц измерения.
Разберем, в чем измеряется давление газа и воздуха. Основной применяемой единицей является кубический метр в минуту времени (м3/мин). Часто можно встретить и такие единицы, как литр в минуту (л/мин) или атмосферное давление (атм), а в англоязычных странах могут использовать кубический фут в минуту - cubic foot perminute, или CFM. Давайте рассмотрим соотношение этих величин. 1 л/мин соответствует 0,001 м3/мин, а 1 CFM равен 28,3168 л/мин, или 0,02832 м3/мин. Соответственно, 1 м3/мин равен 35,314 CFM. Очень часто производительность приводят для всасывания либо для нормальных условий (1 атм при температуре 200 по Цельсию). В таком случае перед единицей измерения ставят литеру «н», что означает нормальные условия. Например, 10 нм3/мин.
Также для измерения давления могут применять такие единицы: мм рт. ст. (Торр) – миллиметр ртутного столба; атм. – физическая атмосфера; ат. – техническая атмосфера; бар. В англоязычных странах может использоваться такая величина, как фунт на квадратный дюйм - PSI (pounds per square inch).
Рассмотрим соотношение основных единиц измерения давления: 1 мегапаскаль равен 10 бар или 7500,7 милимметров ртутного столба, либо 9,8692 физических атмосфер, 10,197 технических атмосфер, а также 145,04 PSI.
Вот мы и разобрали, в чем измеряется давление в различных направлениях техники. А какими же приборами принято измерять такие физические величины?
Эти механизмы классифицируют по виду измеряемого давления (например, атмосферное, избыточное либо разреженное, то есть вакуум), ну и, конечно же, по принципу действия (жидкостные, мембранные, электрические, пружинные и комбинированные). Самый главный параметр, которым характеризуется прибор для измерения давления воздуха – это класс точности. Существует множество таких механизмов. Вот основные устройства, которые наиболее часто используются при измерении давления воздуха:
Подведя итог, скажем, что знание о единицах измерения давления могут пригодиться любому современному человеку.
fb.ru
Ещё в глубокой древности человек замечал, что воздух оказывает давление на наземные предметы, особенно во время бурь и ураганов. Он пользовался этим давлением, заставляя ветер двигать парусные суда, вращать крылья ветряных мельниц. Однако долго не удавалось доказать, что воздух имеет вес. Только в XVII веке был поставлен опыт, доказавший весомость воздуха. Поводом к этому послужило случайное обстоятельство.
В Италии в 1640 году герцог Тосканский задумал устроить фонтан на террасе своего дворца. Воду для этого фонтана должны были накачивать из соседнего озера, но вода не шла выше 32 футовм. Герцог обратился за разъяснениями к Галилею, тогда уже глубокому старцу. Великий ученый был смущен и не нашелся сразу, как объяснить это явление. И только ученик Галилея, Торричелли, после долгих опытов, доказал, что воздух имеет вес, и давление атмосферы уравновешивается столбом воды в 32 фута. Он пошел в своих исследованиях ещё дальше и в 1643 году изобрел прибор для измерения атмосферного давления — барометр.
Итак, на 1 см² земной поверхности воздух оказывает давление, равное 1,033 кг. Такое давление на 1 см² испытывают все предметы, находящиеся на Земле, а также и человеческое тело. Если принять площадь поверхности тела человека в среднем равной около 15 000 см², то, очевидно, что она находится под давлением порядка 15 500 кг.
Почему же человек не испытывает никаких неудобств и не чувствует этой тяжести? А происходит это потому, что давление распределяется равномерно по всей поверхности тела и внешнее давление уравновешивается внутренним давлением воздуха, наполняющим все наши органы. Организм человека (да и не только он, а еще многих представителей фауны) приспособлен к атмосферному давлению, при нём развились все органы, и только при нём они могут нормально функционировать. При систематической и долгой тренировке человек может приспособиться и жить при пониженном давлении.
Атмосферное давление можно измерять в миллиметрах ртутного столба (мм. рт. ст.), а также в миллибарах (мб), но в настоящее время за единицу атмосферного давления в системе СИ принят Паскаль и гектоПаскаль (гПа). ГектоПаскаль численно равен миллибару (мб). Атмосферное давление равное 760 мм. рт. ст. = 1 013,25 гПа = 1 013,25 мбар. принято считать нормальным.
Но это вовсе не означает, что такая величина атмосферного давления является климатической нормой для всех регионов и в течение всего года.
Жителям Владивостока повезло: среднее атмосферное давление за год составляет около 761 мм. рт. ст., хотя и жители горной деревушки Ток-Джалунг в Тибете на высоте 4 919 м тоже не страдают, а атмосферное давление там при температуре 0˚С всего 413 мм. рт. ст.
Каждое утро в сводках погоды передаются данные об атмосферном давлении по Владивостоку и по просьбе радиослушателей не в гПа, а в мм. рт. ст. на уровне моря.
Почему атмосферное давление, измеренное на суше, чаще всего приводят к уровню моря?
Дело в том, что атмосферное давление убывает с высотой и довольно существенно. Так, на высоте 5 000 м оно уже примерно в два раза ниже. Поэтому для получения представления о реальном пространственном распределении атмосферного давления и для сравнимости его величины в различных местностях и на разных высотах, для составления синоптических карт и т.п., давление приводят к единому уровню, т.е. к уровню моря.
Измеренное на площадке метеостанции, расположенной на высоте 187 м над уровнем моря, атмосферное давление, в среднем на 16–18 мм. рт. ст. ниже, чем внизу на берегу моря.
На рисунке представлен годовой ход среднего месячного атмосферного давления по Владивостоку. Такой ход атмосферного давления (с зимним максимумом и летним минимумом) является типичным для континентальных районов, а по величине годовой амплитуды (около 12 мм. рт. ст.) может быть отнесен к переходному типу: от материкового к океаническому.
Для сравнения величина амплитуды в Красноярске и Новосибирске составляет 15–19 мм. рт. ст., а в Мурманске и Санкт-Петербурге всего 3,75 мм. рт. ст.
На самочувствие человека, достаточно долго проживающего в определённой местности, обычное (характерное) давление не должно вызывать особого ухудшения самочувствия, а происходит сбой чаще всего при резких непериодических колебаниях атмосферного давления, и, как правило, ≥2–3 мм. рт. ст. / 3 часа. В этих случаях даже у практически здоровых людей падает работоспособность, ощущается тяжесть в теле, появляется головная боль.
Повлиять на погоду мы не в состоянии, но помочь своему организму пережить этот тяжелый период совсем несложно.
Как пережить колебания атмосферного давления в течение дня?
При прогнозе значительного ухудшения погодных условий, то есть резких перепадов атмосферного давления, прежде всего следует не паниковать, успокоиться, максимально снизить физическую нагрузку. Для тех, у кого адаптационные реакции протекают довольно сложно, необходимо посоветоваться с врачом о назначении соответствующих лекарственных средств.
Специально для Примпогоды ведущий климатолог Примгидромета Э. А. Мендельсон
primpogoda.ru
Приборы для измерения атмосферного давления называются барометрами. Давление определяется весом столба атмосферного воздуха, давящего на данный участок поверхности Земли. Поскольку на больших высотах над уровнем моря, например, на вершине горы, слой вышележащего воздуха тоньше, атмосферное давление уменьшается с высотой. Атмосферное давление также изменяется при перемещении воздушных масс, образующих холодные и теплые атмосферные фронты. Поэтому можно предсказывать погоду по показаниям барометра.
В настоящее время применяются два основных типа барометров: ртутные и анероиды. В ртутном барометре, изобретенном в 1643 году итальянским ученым Эванжелиста Торричелли (Evangelista Torricelli), основным элементом является стеклянная трубка, заполненная ртутью, столбик которой поднимается и опускается по мере того, как атмосферное давление увеличивается или уменьшается. Барометр-анероид, похожий на тот, что показан на рисунке справа, был изобретен в 1843 году французским ученым Люсьеном Види (Lucien Vidie). Основной частью анероида является небольшая гофрированная металлическая мембранная коробка, из которой практически полностью выкачан воздух (схема внизу). При изменении атмосферного давления мембранная коробка расширяется или сжимается. Чувствительный механизм преобразует перемещение мембран в круговое движение стрелки, показывающей величину давления на шкале прибора.
Серия рычагов внутри барометра усиливает небольшие перемещения при расширении и сжатии мембранной коробки. Большинство барометров-анероидов имеет менее 20 см в поперечнике.
(Рисунок вверху статьи)
Тонкое пишущее перо барографа осуществляет непрерывную запись атмосферного давления на вращающемся барабане.
Изменение атмосферного давления заставляет ртуть в трубках подниматься или опускаться. Высота столбиков ртути зависит только от атмосферного давления, диаметр и форма трубок значения не имеют. На уровне моря столбик ртути поднимается на 760 миллиметров.
Два простых металлических полушария демонстрируют существование атмосферного давления. После того как из полушарий выкачан весь воздух и в них образовался вакуум, атмосферное давление делает невозможным их разъединение.
information-technology.ru
Урок № 35.
Тема: Измерение атмосферного давления. Опыт Торричелли
Почему важно знать атмосферное давление
Атмосферное давление необходимо знать людям разных профессий: летчикам и медикам, полярникам и ученым. Атмосферное давление – это величина, которая помогает предсказывать погоду. Если атмосферное давление повышается, это говорит о том, что погода будет хорошей: зимой – морозной, а летом – жаркой. Если же атмосферное давление понижается, это может предвещать ухудшение погоды: появление облачности, выпадение осадков. Летом – это понижение температуры, а зимой – потепление.
Строение атмосферы
С 1951 года, по решению Международного геофизического союза, принято делить атмосферу на пять частей (слоев). Это тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и экзосфера. Термосферу еще называют ионосферой. Эти слои не имеют четко выраженных границ. Их величина зависит от географической широты места наблюдения и времени (см. рис. 1).
Рис. 1. Строение атмосферы Земли
Разделение атмосферы на слои проводят, учитывая характер изменения температуры атмосферного воздуха с высотой. По мере подъема от поверхности Земли температура воздуха сначала убывает, а затем начинает возрастать (см. рис. 2).
. 
Рис. 2. Распределение температуры атмосферного воздуха по высоте
Ближайший к поверхности Земли слой воздуха – тропосфера – наиболее хорошо изучен. Высота его над полярными областями – 8–12 км, над умеренными – 10–12 км, а над экваториальными – 16–18 км. В этом слое сосредоточены примерно 80% всей массы атмосферного воздуха и основная масса влаги. Слой хорошо пропускает солнечные лучи, поэтому воздух в нем нагрет от земной поверхности. Температура воздуха с высотой непрерывно понижается. Это понижение составляет около 6°С на каждый километр. В верхних слоях тропосферы температура воздуха достигает минус 55 градусов Цельсия. Цвет неба в этом слое голубой. В тропосфере протекают почти все явления, определяющие погоду. Именно здесь образуются грозы, ветры, облака, туманы. Именно здесь протекают процессы, приводящие к выпадению осадков в виде дождя и снега. Поэтому тропосферу называют фабрикой погоды.
Следующий слой – стратосфера. Она простирается от высоты 18 до 55 км. В ней очень мало воздуха – 20% всей массы – и почти нет влаги. В стратосфере часто возникают сильнейшие ветры. Изредка здесь образуются перламутровые облака, состоящие из кристалликов льда (см. рис. 3). Привычных для нас явлений погоды здесь не наблюдается. Цвет неба в стратосфере темно-фиолетовый, почти черный.
Рис. 3. Перламутровые облака в стратосфере
На высоте от 50 до 80 км расположена мезосфера. Воздух здесь еще более разрежен. Здесь сосредоточено приблизительно 0,3% всей его массы. В мезосфере сгорают влетающие в земную атмосферу метеоры. Здесь же образуются серебристые облака (см. рис. 4).
Рис. 4. Серебристые облака в мезосфере
Над мезосферой до высоты примерно 800 км находится термосфера (ионосфера). Она характеризуется еще меньшей плотностью воздуха и способностью хорошо проводить электричество и отражать радиоволны. В термосфере образуются полярные сияния (см. рис. 5).
Рис. 5. Полярное сияние в термосфере (ионосфере)
Последний слой атмосферы – экзосфера. Она простирается до высоты порядка 10000 км.
Измерение атмосферного давления
О том, что воздух имеет вес, мы часто забываем. Между тем, плотность воздуха у поверхности Земли при 0°С составляет 1,29 кг/м3.
То, что воздух действительно имеет вес, было доказано Галилеем. А ученик Галилея Эванджелиста Торричелли (см. рис. 6) предположил и смог доказать, что воздух оказывает давление на все тела, находящиеся на поверхности Земли. Это давление называется атмосферным давлением.
Рассчитать атмосферное давление по формуле расчета давления столба жидкости нельзя. Ведь для этого необходимо знать плотность и высоту столба жидкости или газа. Но у атмосферы нет четкой верхней границы, а плотность атмосферного воздуха уменьшается с ростом высоты. Поэтому Торричелли предложил совершенно другой способ для нахождения атмосферного давления.
Рис. 6. Эванджелиста Торричелли (1608–1647)
Торричелли взял стеклянную трубку длиной около одного метра, запаянную с одного конца, налил в эту трубку ртуть и опустил трубку открытым концом в чашу с ртутью. Некоторое количество ртути вылилось в чашу, но большая часть ртути осталась в трубке. Изо дня в день уровень ртути в трубке незначительно колебался, то немного опускаясь, то немного поднимаясь.
Давление ртути на уровне а-а1 создается весом столба ртути в трубке, так как в верхней части трубки над ртутью воздуха нет (там вакуум, который получил название «торричеллиева пустота»). Отсюда следует, что атмосферное давление равно давлению столба ртути в трубке. Измерив высоту столба ртути, можно рассчитать давление, которое производит ртуть. Оно будет равно атмосферному. Если атмосферное давление уменьшается, то столб ртути в трубке Торричелли понижается, и наоборот (см. рис. 7).
Рис. 7. Схема опыта Торричелли
4. Миллиметр ртутного столба – внесистемная единица давления
На практике атмосферное давление можно измерять высотой ртутного столба. Если, например, атмосферное давление равно 780 миллиметров ртутного столба (обозначается «мм рт. ст.»), то это означает, что воздух производит точно такое же давление, как столб ртути высотой 780 мм. В этом случае за единицу давления принимают 1 мм рт. ст. Найдем соотношение между этими единицами измерения и известной нам единицей измерения давления – паскалем.
Рассчитаем давление столба ртути высотой 1 мм. Это можно сделать с помощью известной нам формулы
где ρ = 13 600 кг/м3 – плотность ртути,
g = 9,8 Н/кг – ускорение свободного падения,
h = 1 мм – высота столба жидкости.
Подстановка этих числовых значений дает:
Таким образом, 1 мм рт. ст. ≈ 133,3 Па.
Ртутный барометр
Наблюдая ежедневно за изменением уровня столба ртути, Торричелли заметил, что он может повышаться и понижаться. Также Торричелли связал эти изменения с изменениями погоды. Если к трубке Торричелли прикрепить вертикальную шкалу, то получится простейший прибор для измерения атмосферного давления – ртутный барометр.
Но использование ртутного барометра небезопасно, так как пары ртути ядовиты. Впоследствии были созданы другие приборы для измерения атмосферного давления, с которыми вы познакомитесь в ходе следующего урока.
Список литературы
Перышкин А. В. Физика. 7 кл. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2010.
Перышкин А. В. Сборник задач по физике, 7–9 кл.: 5-е изд., стереотип. – М: Издательство «Экзамен», 2010.
Лукашик В. И., Иванова Е. В. Сборник задач по физике для 7–9 классов общеобразовательных учреждений. – 17-е изд. – М.: Просвещение, 2004.
Домашнее задание
Лукашик В. И., Иванова Е. В. Сборник задач по физике для 7–9 классов №555, 556, 559, 560, 563, 569.
poisk-ru.ru
|
|
|
|
|
|
