Как найти высоту ртутного барометра

Определение атмосферного давления

По
международной системе единиц (СИ) за
единицу давления принят 1 Паскаль (Па).
Однако многие типы приборов для
определения атмосферного давления
градуированы в миллиметрах ртутного
столба (мм рт. ст.) и миллибарах (мбар).
Давление атмосферы, способное уравновесить
столб ртути высотой 760 мм при температуре
0°С на уровне моря и широте 45°, принято
считать нормальным, равным 101300 Па, или
1013 гПа. В этих условиях атмосфера давит
на 1 см²
поверхности Земли с силой 1 кг, а точнее
1,013 кг. 1 мбар – давление, которое оказывает
тело массой 1 г на 1 см²
поверхности и соответствует 0,7501 мм рт.
ст., или 1 гПа. Для удобства перевода
атмосферного давления из одних единиц
(мм рт. ст.) в другие (гПа) служит прил. 2.

Приборы
для измерения атмосферного давления.
Атмосферное давление измеряют ртутными
барометрами, металлическими
барометрами-анероидами и барографами.
Ртутные барометры бывают сифонные и
чашечные.

Ртутный
сифонный барометр
(рис. 7) –
прибор очень
точный, но требует осторожного обращения
и почти не выдерживает перевозки. Поэтому
им пользуются только в лабораторных
условиях при проверке барометров-анероидов.

П
рибор
представляет собой вертикальную трубку
из белого стекла, изогнутую внизу на
180° и заполненную ртутью. Длинный конец
трубки запаян, а короткий – открыт.
Давление атмосферы принимается открытым
концом: при повышении его уровень ртути
в коротком конце понижается, что
соответственно вызывает повышение
уровня ртути в запаянном колене.

Рис. 7. Ртутный
сифонный барометр

В чашечном
барометре имеется широкая
чугунная чаша с ртутью, закрытая сверху,
но сообщающаяся через отверстие с
атмосферным воздухом. Стеклянную трубку
барометра длиной около 80 см укрепляют
нижним открытым концом в крышке чашки.
Трубку наполняют ртутью и погружают
нижним концом в чашку с ртутью. Трубка
защищена латунной оправой, на верхней
части которой нанесена шкала. В верхней
части трубки под запаянным концом
образуется торичеллиева пустота.
Изменение атмосферного давления
передается на поверхность ртути в чашке,
что, в свою очередь, влияет на уровень
ртути в трубке: при повышении атмосферного
давления возрастает уровень ртути в
трубке, и наоборот.

Барометры-анероиды
типа БАММ
(рис. 8) служат
для определения атмосферного давления
в пределах 600 – 790 мм рт. ст., но дают менее
точные показания. Эти приборы портативны,
и при регулярной проверке по ртутному
барометру их широко используют для
зоогигиенических исследований.

Важнейшая
часть барометра-анероида – полая
тонкостенная металлическая коробка с
гофрированным дном и крышкой или
тонкостенная плоская трубка, согнутая
в виде подковы. Коробка или трубка
заполнены разреженным воздухом (до 50 –
60 мм рт. ст.). В результате колебаний
атмосферного давления сдавливаются
или выпячиваются стенки коробки или же
разгибаются и сгибаются концы трубки.
Эти изменения через систему рычагов
передаются стрелке, движущейся по
циферблату, разделенному на миллиметровые
или полумиллиметровые деления. Перед
снятием показаний нужно слегка постучать
пальцем по центру стекла прибора для
устранения трения в рычажной передаче.

Барометр-анероид
хранят в закрытом футляре в горизонтальном
положении.

Рис. 8. Барометр-анероид

Рис. 9. Барограф

Б

арографы
типа М-22А (рис. 9)
применяют для длительных
наблюдений за изменениями атмосферного
давления и их записи. Главнейшая его
часть, как и в барометрах-анероидах, –
тонкостенная металлическая коробка с
разреженным воздухом, воспринимающая
изменения давления воздуха. Через
систему рычагов изменения объема коробки
передаются на стрелку с писчиком. На
разграфленной ленте барабана, так же,
как и у термографа, вычерчивается кривая
колебаний атмосферного давления за
сутки или за неделю.

Правила
работы с приборами.
При определении атмосферного давления
сифонным барометром отсчитывают высоту
столба ртути в длинном запаянном конце
и из полученной величины вычисляют
высоту ртутного столба в открытом
колене. При наличии у сифонного барометра
подвижной шкалы перед отсчетом нулевую
точку ее устанавливают на уровне ртути
в открытом конце и проводят один отсчет
по положению ртути в запаянном конце.

В
барометрах, у которых имеется подвижная
трубка при неподвижной шкале, перед
отсчетом необходимо регулировочным
винтом установить нижний уровень ртути
(уровень ее в открытом конце) на нулевой
точке шкалы и провести один отсчет по
уровню ртути в запаянном конце. Отсчет
показаний ртутного сифонного барометра,
у которого нулевая точка находится
посередине длинного колена барометра,
делают так: сначала отсчитывают показания
по верхней половине ртутного столба в
длинном колене от нуля до верхнего
мениска, а затем по нижней половине в
коротком колене от нуля до уровня ртути,
полученные цифры складывают. В показания
ртутных барометров вносят поправку на
температуру, так как при повышении ее
ртуть увеличивается в объеме, давая
несколько завышенные показания
атмосферного давления. При отсчетах
давления при различных температурах
показания барометра приводят к нулевой
температуре по соответствующей формуле.

Барометры-анероиды
и барографы необходимо время от времени
проверять по ртутному барометру.
Располагать приборы не обязательно в
животноводческом помещении, их можно
установить, например, в кабинете
зооветспециалиста или даже в ветеринарной
аптеке.

Установлена
связь между изменениями погоды и
показаниями барометра (или барографа).
Эта зависимость позволяет в известной
степени предсказать погоду, что подчас
очень важно для зооветспециалиста.
Понижение атмосферного давления, как
правило, предшествует дождливой
пасмурной погоде, а повышение – сухой
и ясной (если зимой, то с сильным
похолоданием).

Задание
1. Измерить
атмосферное давление при помощи
барометра-анероида и пересчитать
полученные данные в различных единицах
измерения (мм.рт.ст., МПа, барах).

Задание
2. Провести
непрерывную
(по часам и дням) регистрацию изменения
атмосферного давления в течение суток
при помощи барографа М-22А. Изучить связь
между изменениями погоды и показаниями
барографа.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Содержание статьи

• Как пользоваться барометром
• Как перевести миллиметры ртутного столба в паскали
• Как измерить высоту здания барометром

Виды барометров, принцип их действия

Барометры могут быть анероидными и ртутными. Слово «анероид» означает «безжидкостный». Принцип действия такого барометра довольно прост: изменения атмосферного давления приводят к изменению геометрических размеров анероида, в результате стрелка на шкале перемещается. Такие барометры не содержат в себе опасных элементов, поэтому подходят для использования в домашних условиях, в условиях туристического похода.

Кроме анероидных, существуют и ртутные приборы, в которых для измерения атмосферного давления применяется ртуть. Под действием атмосферного давления изменяется высота ртутного столба. Показания этих барометров являются более точными, именно такие приборы применяются на метеорологических станциях. Ртуть и ее пары представляют опасность для человека, поэтому подобные устройства не используют в домашних условиях.

В продаже можно найти электронные барометры, как правило, они входят в состав домашних метеостанций. Такие комплексные приборы измеряют также ряд других величин (например, температуру и влажность воздуха) и позволяют довольно точно спрогнозировать погоду на ближайшее время. Цифровые устройства менее чувствительны к тряске, поэтому их хорошо использовать в морских путешествиях.

Использование барометра

Пользоваться анероидным барометром несложно. Нужно посмотреть, на какое значение указывает стрелка прибора. На шкале барометра имеются зоны, которые обозначены как «сушь», «ясно», «переменно», «дождь», «шторм», а также деления с указанием абсолютных значений. Если давление снижается — ожидаются осадки, если повышается — будет ясно. Как правило, барометр имеет две стрелки — одну подвижную, она связана с анероидной коробочкой, а вторую можно поворачивать. Если ее совместить со стрелкой, показывающей величину атмосферного давления, через некоторое время можно наблюдать, в какую сторону отклонится подвижная стрелка.

Нормальным считается атмосферное давление 760 мм рт. ст. при температуре воздуха 15оС на так называемом уровне моря. Домашние барометры могут измерять его величину в диапазоне 700-800 мм рт. ст. на высоте не больше 300 м над уровнем моря. Падение давления означает ухудшение погодных условий, приближение дождей или снегопадов. Зоны с низким давлением называются циклонами. Антициклоны — это зоны с повышенным давление, их приближение означает наступление хорошей погоды. Барометр настраивают, если его показания отличаются от показаний местной метеостанции больше, чем на 8 мм рт. ст. Для этих целей предусмотрен регулировочный винт, находящийся в задней части корпуса. При настройке нужно повернуть его на угол не более 45 градусов.

Давно замечено, что изменение погодных условий имеет большое влияние на организм человека. Кто-то это явно чувствует и даже заболевает, а кто-то менее чувствителен, но тем не менее испытывает необъяснимое недомогание. В связи с этим человек интересуется прогнозом погоды, чтобы как-то к нему подготовиться: взять зонтик или спрятаться в укрытии от жары. Некоторым требуется выпить таблетку от давления.

Ученый Эванджелиста Торричелли в 17-м веке создал измеритель атмосферного давления. Его модернизировали в наши дни. Теперь прибор также активно применяют, прогнозируя погоду на ближайшее время. В этой статье мы рассмотрим данный прибор и разберемся, как пользоваться барометром самостоятельно.

Немного истории

Барометр – это измеритель давления воздуха в атмосфере. Опыт ученого, придумавшего барометр, состоял в том, чтобы определить, как атмосфера давит на поверхность земного шара. Для этого он взял полую трубку из стекла. На ней было отверстие с одной стороны. Ученый наполнил ее ртутью. Затем, закрыв конец, он перевернул колбу, поместил ее в чашку с той же жидкостью и освободил отверстие. Часть наполнителя вылилась, а некоторое количество осталось в трубке, остановившись на показателе 760 мм. В трубке над жидкостью образовался вакуум.

Ученый понял принцип работы барометра. Объясняется он тем, что атмосфера оказывает давление на поверхность жидкости, находящейся в чаше, заставляя ртуть в столбике повышаться или понижаться. Колебания жидкости зависят от силы давления атмосферы. Также было замечено, что на атмосферное давление влияют различные погодные условия. Если же к прибору ученого присоединить измерительную шкалу, то мы получим простейший барометр.

Виды барометров

Метеорологические станции до сих пор пользуются барометрами с ртутью, основанными на приборе Торричелли. Считается, что эти измерители самые точные и достоверно показывают изменение давления атмосферы. Но ртуть – вещество опасное для здоровья. Поэтому трубку с жидкостью поместили в латунный короб с отверстием для наблюдения за изменениями столбика. Назвали такой прибор станционным чашечным барометром.

Существуют барометры, имеющие название «анероид». В них нет жидкости. Устройство барометра–анероида состоит из специальной чувствительной коробочки внутри прибора. В ней находится разреженный воздух. В зависимости от степени атмосферного давления, гофрированная коробочка, уменьшаясь или увеличиваясь, приводит в движение зависимую от нее стрелку. Она, в свою очередь, указывает текущее значение.

Как пользоваться барометром?

Имея дома простую модель барометра, можно легко узнать показатели атмосферного давления на текущий момент. Следует посмотреть на стрелку измерителя: на какую величину она указывает, она и будет показателем давления. Также шкала имеет дополнительные уточнения, указывающие на штормовые явления, ясную погоду, переменную облачность, дожди, сухость и т. д.

У некоторых приборов в наличии две указательные стрелки. Одна самостоятельно передвигается за счет изменения давления на связанную с ней коробочку, другая находится в неподвижном состоянии, и ею можно руководить самостоятельно. Она является неким «предсказателем» на ближайшее время. Если ее совместить с ведущей стрелкой, то через несколько минут можно понять, давление будет падать или расти. Указательная стрелка будет отклоняться вверх или вниз.

Очень важно знать, как пользоваться барометром, метеозависимым людям, так как они чувствительны к состоянию погоды. Перед изменениями климатических условий давление начинает менять показания. Отслеживая эту перемену, можно заранее подготовиться.

Как настроить барометр механический?

Для правильного измерения атмосферного давления вам необходимо отрегулировать барометр. Прослушав прогноз погоды в месте вашего нахождения, нужно установить указательную стрелку на показатель высоты местности над уровнем моря. Для этого найдите винт регулировки на задней части прибора. Следя за шкалой, установите правильное положение.

Вторая стрелка фиксирует давление в атмосфере на текущий момент. Повернув ручку измерителя, установите указатель на данную величину. Далее эта стрелка будет указывать на падение и рост давления в атмосфере в период изменений. Периодически проверяйте ваш прибор при возникновении подозрения на сбой в работе. Для этого отклоните его назад на 45 градусов или приподнимите нижнюю сторону висящего на стене прибора на ту же величину. В жидкостном измерителе ртуть заполнит всю трубку, и вы услышите щелчок.

Барометр механический имеет стрелку, которая на циферблате будет поворачиваться по кругу. В любом другом случае обратитесь в ремонтную службу. Где бы ни находился барометр, в квартире или на улице, он покажет одинаковое значение, так как прибор очень чувствителен. Главное, не ошибитесь с показаниями высоты вашей местности.

Как строятся графики?

Российская сеть метеорологических обсерваторий и станций огромна. Их работа заключается в постоянном наблюдении за изменениями климата на земле. Исследования проводятся с помощью новейших приборов измерения атмосферных явлений. Это позволяет прогнозировать погоду на ближайшее будущее. Для его составления ученые собирают все показатели текущего состояния атмосферы. На основе этих данных они могут составить график атмосферного давления и спроектировать его изменения.

Прогнозы важны для предупреждений о штормовом порыве ветра, сельского хозяйства, тепловых сетей и для многих других человеческих решений. Составленный график атмосферного давления за определенный период помогает установить, как меняется температура воздуха, когда наступает похолодание, в какой период ожидать циклон дождей или сильных ветров. С помощью графика можно сравнить, в какой год зима была самой суровой, а лето — самым жарким.

Барометр для рыбака

Любителям порыбачить давно известно, что изменения в атмосфере влияют на улов. Барометр рыбака необходим для измерения давления воздуха, изменение которого влияет на объем улова. Используя его, можно с точностью выделить удачный день для рыбалки.

Хороший клев обеспечен в то время, когда показания барометра практически не меняются в течение 3-4 дней. Если же величина изменилась минимум на 8 единиц, то заниматься рыболовством бесполезно. При повышении давления рыба поднимается к поверхности воды. Быстрое снижение стрелки прогнозирует появление бури и отсутствие клева.

Виды рыбацких барометров

Барометр рыбака может быть бытовым и карманным. В первом случае прибор устанавливают на столе или вешают на стену, обеспечивая доступ воздуха. Карманный измеритель более удобен. Его можно взять с собой на рыболовное место. Барометры для рыбалки также выпускаются в нескольких видах: содержащие ртуть, механические и электронные. Последний вид пользуется большой популярностью, так как он не только легок и удобен в использовании, но и, кроме измерения давления, может определить температуру воздуха, влажность, высоту. Прибор имеет и много других дополнительных функций.

Из этой статьи мы узнали, как пользоваться барометром, проанализировали принцип его работы, какие бывают измерители давления воздуха. Имея барометр дома, можно быть готовым к любим изменениям погоды.

Барометр — прибор, измеряющий атмосферное давление. Такая техника применяется в авиации, геологии, судоходстве, альпинизме и метеорологии.

Также ее используют и для бытовых целей: такие приборы держат в квартирах, на дачах и в офисах.

Одной из линеек, распространенных на постсоветском рынке, является серия барометров Утес.

Общее описание линейки барометров Утес

Утес — название линейки бытовых барометров. Среди них есть модели с художественной росписью, сувенирные модели, и «обычные» бытовые приборы. Мы будем рассматривать только бытовые модели.

Все модели бытовой линейки выполнены в небольшом круглом корпусе из дерева, имеющего светло- или темно-коричневый окрас. Барометрический механизм выполнен из металлов, устойчивых к коррозии.

На круговой шкале указывается:

1. Атмосферное давление (в Паскалях).
2. Погодные условия (Шторм, Дождь, Ветер, Переменно, Ясно, Сушь, В. Сушь).

Шкала с погодными условиями по факту является малополезной — поскольку давление в разную погоду зависит от региона.

С задней части корпуса есть ушко, на которое прибор можно повесить на гвоздь в стене. Подставки для настольного хранения — нет (то есть барометр можно только вешать).

О производителе

Барометры Утес выпускает российский производитель — ОАО «Утес». Предприятие выпускает медицинскую технику, комплектующие для автомобильной промышленности, авионику и барометры. Территориально располагается в Ульяновске. Производственные мощности работают уже дольше 60 лет.

Назначение и область применения

Приборы могут использоваться для определения атмосферного давления и температуры (температуру показывают только модели с индексом «Т» в названии) воздуха внутри помещения.

Барометры Утес предназначаются для жилых помещений, при условии что здание находится не выше 300 м над уровнем моря. Располагать прибор на улице (в том числе и на открытом балконе) — нельзя.

Покупать такую технику актуально людям, чувствительным к перемене атмосферного давления (к примеру — для тех, у кого гипертонический криз). По смене давления можно «предугадать» свое самочувствие. Также по этим показаниям можно частично предугадывать погоду.

Модели и характеристики (с ценами)

Полное название прибора — «Утес БТК-СН». В конце есть еще цифры, указывающие на модель.

• диапазон измеряемого давления: от 695 до 805 мм рт ст;
• диапазон измерения температуры (для моделей с термометром): от -10º до +50º.

Подробности

Обновлено 20.01.2019 00:28

Просмотров: 492

Торричелли взял стеклянную трубку длиной около 1 м, запаянную с одного конца и наполнил ее ртутью.
Закрыл открытый конец трубки пальцем, перевернул ее и опустил этот конец трубки в чашку с ртутью.

Под поверхностью ртути он убрал палец с трубки.
Часть ртути из трубки вылилась в чашку, а часть осталась. 
Высота столба ртути, оставшейся в трубке, была равна 760 мм.

8. Изменится ли показание барометра, если трубку барометра наклонить?

Давление столба ртути высотой 1 мм равно:

1 мм рт. ст. = 133,3 Па.

11. Что доказывает опыт Отто Герике?

В 1654 г. Отто Герике в г. Магдебурге с помощью своего знаменитого опыта подтвердил существование атмосферного давления.
Он выкачал воздух из полости между двумя сложенными вместе металлическими полушариями.
Атмосферное давление так сильно прижало полушария друг к другу, что их не могли разорвать восемь пар лошадей.

Следующая страница – смотреть

Назад в “Оглавление” – смотреть

Существует множество различных способов решения задачи по измерению высоты архитектурных сооружений и многоэтажных зданий. Курьезная история произошла с известным датским физиком, лауреатом нобелевской премии Нильсом Бором, который в студенческие годы на экзамене решал именно эту задачу при помощи барометра. При этом он предложил более двадцати вариантов решения. Помимо вполне разумных способов были и такие, которые вызывают улыбку, показывая остроумие и незаурядность мышления знаменитого ученого, например: «Закопать башню в землю. Вынуть башню. Полученную яму заполнить барометрами. Зная диаметр башни и количество барометров, приходящееся на единицу объема, рассчитать высоту башни». Если бы на месте Нильса Бора был Галилео Галилей, то он сбросил бы барометр с башни и по времени свободного падения определил бы высоту башни. Правда, в этом случае барометр пришел бы в негодность. Если бы нашу задачу решал математик, то он измерил бы длину тени от башни и от барометра и, зная размер барометра, при помощи пропорций определил бы высоту башни. Однако, ни один из этих способов не годится, чтобы измерить высоту горы или местности над уровнем моря. Давайте попробуем разобраться, как можно при помощи барометра измерить высоту горы.

Прямое назначение барометра – измерять атмосферное давление. Его существование открыл еще в XVII веке итальянский физик и математикЭванджелиста Торричелли, он же и создал первый барометр. Несколько позднее французский физик Блез Паскаль не только подтвердил существование атмосферного давления, но и обнаружил его уменьшение с высотой, что и позволяет определять высоту при помощи барометра. Зависимость давления от высоты определяется так называемой барометрической формулой:

где  – атмосферное давление на высоте ,  – атмосферное давление на высоте ,  – молярная масса воздуха,  – ускорение свободного падения¸  – универсальная газовая постоянная,  – температура воздуха. После небольших математических преобразований, приравнивая  к 0, получаем:

Например, если летом при температуре 27⁰С давление у подножия горы было 750 мм.рт.ст. (торр), а на вершине – 650 мм.рт.ст. (торр), то высота горы будет примерно 1255 м. Барометрическая формула достаточно громоздка и не очень удобна для быстрых расчетов, поэтому при измерении относительно невысоких гор лучше пользоваться хоть и менее точным, но более удобным соотношением: при подъеме на каждые 12 м атмосферное давление уменьшается примерно на 1 мм.рт.ст.

Следует также отметить еще один интересный факт. В связи с тем, что при увеличении высоты над уровнем моря атмосферное давление уменьшается, вместе с ним уменьшается и температура кипения воды. Так на высоте 5000 м атмосферное давление уменьшается примерно до 400 мм.рт.ст., поэтому температура кипения воды на этой высоте немногим больше 80⁰С, в то время как при нормальном давлении атмосферы вода кипит при 100⁰С. Об этом нужно помнить, собираясь в горы.

Предлагаем вам найти свой оригинальный способ решения задачи по измерению высоты.

Автор: Матвеев К.В., методист ГМЦ ДО г.Москвы

Как измерить высоту при помощи барометра

Существует множество различных способов решения задачи по измерению высоты архитектурных сооружений и многоэтажных зданий. Курьезная история произошла с известным датским физиком, лауреатом нобелевской премии Нильсом Бором, который в студенческие годы на экзамене решал именно эту задачу при помощи барометра. При этом он предложил более двадцати вариантов решения. Помимо вполне разумных способов были и такие, которые вызывают улыбку, показывая остроумие и незаурядность мышления знаменитого ученого, например: «Закопать башню в землю. Вынуть башню. Полученную яму заполнить барометрами. Зная диаметр башни и количество барометров, приходящееся на единицу объема, рассчитать высоту башни». Если бы на месте Нильса Бора был Галилео Галилей, то он сбросил бы барометр с башни и по времени свободного падения определил бы высоту башни. Правда, в этом случае барометр пришел бы в негодность. Если бы нашу задачу решал математик, то он измерил бы длину тени от башни и от барометра и, зная размер барометра, при помощи пропорций определил бы высоту башни. Однако, ни один из этих способов не годится, чтобы измерить высоту горы или местности над уровнем моря. Давайте попробуем разобраться, как можно при помощи барометра измерить высоту горы.

Прямое назначение барометра – измерять атмосферное давление. Его существование открыл еще в XVII веке итальянский физик и математикЭванджелиста Торричелли, он же и создал первый барометр. Несколько позднее французский физик Блез Паскаль не только подтвердил существование атмосферного давления, но и обнаружил его уменьшение с высотой, что и позволяет определять высоту при помощи барометра. Зависимость давления от высоты определяется так называемой барометрической формулой:

где – атмосферное давление на высоте , – атмосферное давление на высоте , – молярная масса воздуха, – ускорение свободного падения¸ – универсальная газовая постоянная, – температура воздуха. После небольших математических преобразований, приравнивая к 0, получаем:

Например, если летом при температуре 27 0 С давление у подножия горы было 750 мм.рт.ст. (торр), а на вершине – 650 мм.рт.ст. (торр), то высота горы будет примерно 1255 м. Барометрическая формула достаточно громоздка и не очень удобна для быстрых расчетов, поэтому при измерении относительно невысоких гор лучше пользоваться хоть и менее точным, но более удобным соотношением: при подъеме на каждые 12 м атмосферное давление уменьшается примерно на 1 мм.рт.ст.

Следует также отметить еще один интересный факт. В связи с тем, что при увеличении высоты над уровнем моря атмосферное давление уменьшается, вместе с ним уменьшается и температура кипения воды. Так на высоте 5000 м атмосферное давление уменьшается примерно до 400 мм.рт.ст., поэтому температура кипения воды на этой высоте немногим больше 80 0 С, в то время как при нормальном давлении атмосферы вода кипит при 100 0 С. Об этом нужно помнить, собираясь в горы.

Предлагаем вам найти свой оригинальный способ решения задачи по измерению высоты.

Автор: Матвеев К.В., методист ГМЦ ДО г.Москвы

Источник

Как с высотой изменяется атмосферное давление. Формула, график

Не все знают, что на разной высоте давление атмосферы отличается. Существует даже специальный прибор для измерения и давления, и высоты. Называется он барометр-альтиметр. В статье мы подробно изучим, как с высотой изменяется атмосферное давление и при чем тут плотность воздуха. Рассмотрим эту зависимость на примере графика.

Давление атмосферы на разных высотах

Атмосферное давление зависит от высоты. При ее увеличении на 12 м давление уменьшается на 1 мм ртутного столба. Этот факт можно записать с помощью такого математического выражения: ∆h/∆P=12 м/мм рт. ст. ∆h — это изменение высоты, ∆P — изменение атмосферного давления при изменении высоты на ∆h. Что из этого следует?

Из формулы видно, как с высотой изменяется атмосферное давление. Значит, если мы поднимемся на 12 м, то АД уменьшится на 12 мм ртутного столба, если на 24 м — то на 2 мм ртутного столба. Таким образом, измеряя атмосферное давление, можно судить о высоте.

Миллиметры ртутного столба и гектопаскали

В некоторых задачах давление выражается не в миллиметрах ртутного столба, а в паскалях или гектопаскалях. Запишем вышеприведенное соотношение для случая, когда давление выражено в гектопаскалях. 1 мм рт. ст. =133,3 Па =1,333 гПа.

Теперь выразим соотношение высоты и атмосферного давления не через миллиметры ртутного столба, а через гектопаскали. ∆h/∆P=12 м/1,333 гПа. После вычисления получим: ∆h/∆P=9 м/гПа. Выходит, что когда мы поднимаемся на 9 метров, то давление уменьшается на один гектопаскаль. Нормальное давление — это 1013 гПа. Округлим 1013 до 1000 и примем, что на поверхности Земли именно такое АД.

Если мы поднимаемся на 90 м, как с высотой изменяется атмосферное давление? Оно уменьшается на 10 гПа, на 90 м — на 100 гПа, на 900 м — на 1000 гПа. Если на земле давление в 1000 гПа, а мы поднялись на 900 м вверх, то атмосферное давление стало нулевым. Так что, получается что атмосфера заканчивается на девятикилометровой высоте? Нет. На такой высоте есть воздух, там летают самолеты. Так в чем же дело?

Связь плотности воздуха и высоты. Особенности

Как с высотой изменяется атмосферное давление вблизи поверхности Земли? На этот вопрос уже ответила картинка выше. Чем больше высота, тем меньше плотность воздуха. Покуда мы находимся недалеко от поверхности земли, изменение плотности воздуха незаметно. Поэтому на каждую единицу высоты давление уменьшается примерно на одно и тоже значение. Два записанные нами ранее выражения нужно воспринимать как правильные, только если мы находимся недалеко от поверхности Земли, не выше 1-1,5 км.

График, показывающий как атмосферное давление изменяется с высотой

Теперь перейдем к наглядности. Построим график зависимости давления атмосферы от высоты. При нулевой высоте P₀=760мм рт. ст. Из-за того, что с ростом высоты давление уменьшается, атмосферный воздух будет менее сжат, его плотность станет меньше. Поэтому на графике зависимость давления от высоты не будет описываться прямой линией. Что это значит?

Как с высотой изменяется атмосферное давление? Над поверхностью земли? На высоте 5,5 км оно уменьшается в 2 раза (Р₀/2). Оказывается, что если мы поднимемся еще на такую же высоту, то есть на 11 км, давление уменьшится еще вдвое и будет равно Р₀/4 и т. д.

Соединим точки, и мы увидим, что график — это не прямая, а кривая. Почему, когда мы записывали соотношение зависимости, складывалось впечатление, что на высоте 9 км атмосфера заканчивается? Мы считали, что график является прямой на любых высотах. Это было бы так, если бы атмосфера была жидкой, то есть если бы ее плотность была постоянной.

Важно понимать, что этот график является лишь фрагментом зависимости на малых высотах. Ни на какой точке этой линии давление не снижается до нуля. Даже в глубоком космосе существуют молекулы газов, которые, правда, не имеют отношение к земной атмосфере. Ни в одной точке Вселенной не существует абсолютного вакуума, пустоты.

Источник

Определение высоты местности над уровнем моря с помощью атмосферного давления

В начальной школе автор выполнил исследования на темы: «Атмосферное давление – помощник человека» и «Давление морских глубин». В результате этих работ были изучены вопросы об атмосферном давлении, давление воды, проведены эксперименты и опыты по доказательству изучаемых понятий , закономерностей и утверждений. В ходе работы возник вопрос: можно ли зная атмосферное давление в данной географической точке вычислить и знать высоту этого места над уровнем моря? Этот вопрос был сформулирован как основополагающий. Используя географические карты нашего города не возможно узнать высоту некоторых точек Екатеринбурга над уровнем моря. А ведь в нашем городе есть названия: «Московская горка», «Вознесенская горка», «Метеогорка» и т. д. , в обозначениях которых подразумевается, что эти места гораздо выше других точек города. Поэтому можно сформулировать проблему: способы определения высоты места над уровнем моря.

С учетом актуальности и поставленной проблемы определена тема исследования: «Определение высоты местности над уровнем моря с помощью атмосферного давления ».

Объект исследования – определение высоты местности над уровнем моря.

Предмет исследования – способ измерения с помощью вычисления среднего значения атмосферного давления.

Цель исследования – определить высоту местности над уровнем моря с помощью атмосферного давления.

Гипотеза исследования: возможность определения высоты местности над уровнем моря с помощью измерения атмосферного давления.

Исходя из этого, задачами исследования являлись:

• Изучить теоретические основы этого вопроса;

• Выяснить закономерности зависимости давления атмосферы и высоты местности;

• Выполнить замеры атмосферного давления;

• Вычислить средний показатель измерений;

• Построить и составить таблицы замеров и графики;

• Выполнить вычисления высоты места;

• Сравнить полученные результаты вычислений и имеющиеся данные высоты;

• Оценить полученные результаты, сделать выводы.

Экспериментальная деятельность производилась на базе МОУ Лицей №3 г. Екатеринбурга и лаборатории наблюдений за загрязнением атмосферы ГУ Свердловский ЦГМС-Р (Государственное Учреждение Свердловский Центр по Гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды с региональными функциями).

Научная новизна исследования заключается в том, что автор предлагает и апробирует способ определения высоты местности над уровнем моря с помощью атмосферного давления.

Глава 1. Теоретические основы определения высоты местности над уровнем моря с помощью атмосферного давления

1. 1. Что такое атмосфера Земли?

Когда мы читаем об освоении человеком Луны и планет, мы часто сталкиваемся с вопросами, касающимися атмосферы. Есть ли атмосфера и на других планетах? Насколько известно ученым, ни одна планета или звезда не имеет атмосферы, похожей на нашу. Что такое атмосфера? Мы можем представить ее в виде океана воздуха, окружающего Землю и имеющего высоту в несколько сотен миль.

Океан воздуха имеет один и тот же состав по всей Земле. В основном он состоит из определенных газов, которые всегда остаются в одной и той же пропорции. Около 78 процентов составляет азот, 21 процент — кислород, и оставшийся один процент составляют газы, которые называются редкими — аргон, неон, гелий, криптон и ксенон.

Воздух, окутывающий Землю, имеет одинаковый химический состав до высоты 18 миль, хотя эта цифра может доходить и до 44 миль. Когда вы достигаете верхнего слоя атмосферы, вы оказываетесь в верхней точке того, что называется тропосферой. Это ближайший к поверхности Земли слой.

На высоте от 18 до 31 мили от поверхности Земли находится слой горячего воздуха, температурой около 42 градусов по Цельсию. Причиной нагрева этого слоя является поглощение тепла солнечных лучей имеющимся здесь озоном. Озон — это особая форма кислорода, где молекула состоит из трех атомов кислорода вместо обычных двух. Горячий озоновый слой служит для того, чтобы защитить нас от наиболее активных солнечных лучей — ультрафиолетовых. Без него мы не выдержали бы солнечного света.

Еще выше находится слой, или несколько слоев, которые называются ионосферой, находящейся на высоте от 44 до 310 миль над землей. Ионосфера состоит из частиц, наэлектризованных Солнцем. Молекулы воздуха находятся в постоянном движении. Атмосфера может удерживаться лишь в том случае, когда молекулы все время сталкиваются друг с другом и не могут улететь. Но чем выше, тем воздух становится все более разреженным. Очень мала вероятность того, что молекула снизу отскочит обратно после столкновения с молекулой сверху. Поэтому молекулы выходят в открытое пространство, и атмосфера разрежается полностью. Существует зона, которая называется экзосфера, где оторвавшиеся молекулы движутся почти свободно, и эта зона начинается с высоты 400 миль и простирается до 1500 миль.

1. 2. Есть ли вес у воздуха?

Большинство из нас считают, что воздух — это «ничто», но воздух — это явное «что-то», если он состоит из определенных газов. Газ не имеет определенных размеров или формы, но он занимает пространство.

Огромный воздушный океан, окружающий Землю и простирающийся на многие мили вверх, притягивается и удерживается за счет земного тяготения. Следовательно, воздух имеет вес. А поскольку воздух находится повсюду вокруг нас, он увеличивает вес любого наполняемого им предмета. Например, в волейбольном мяче содержится небольшое количество воздуха. Если вы взвесите два таких мяча, один — накачанный, а другой— спущенный, то вы обнаружите, что спущенный мяч легче. Вес воздуха создает давление. Воздух давит на все ваше тело со всех сторон, подобно воде, если вы находитесь на дне моря. Огромная масса воздуха очень сильно давит на Землю, и давление при этом составляет примерно один килограмм на квадратный сантиметр.

Килограмм — это вес колонны воздуха с площадью основания 1 квадратный сантиметр и высотой, равной высоте атмосферы. Площадь вашей ладони — примерно 77 квадратных сантиметров. Представьте, что на вашу ладонь положен груз весом в 77 килограммов. Причиной того, что вы этого не замечаете, служит то, что воздух, находящийся под вашей рукой, давит с такой же силой, как и сверху. И на вашу голову воздух давит с силой в 270 килограммов, но вас не сплющивает, потому что и внутри вашего тела есть воздух, который уравновешивает давление наружного воздуха. Чем выше вы поднимаетесь (например, на вершину горы), тем меньше воздуха над вами, тем меньше давление. На высоте в 6000 метров давление составляет примерно 0,4 килограмма на квадратный сантиметр. На высоте 3000 метров— 0,7 килограмма на квадратный сантиметр. Если бы вам удалось подняться на высоту в 100 километров, то вы обнаружили бы, что там почти нет давления.

1. 3. Сколько весит атмосфера?

Земля окружена толстым слоем атмосферы. Земная атмосфера состоит почти из 20 газов. Два основных газа — кислород и азот. Она также содержит водяные пары и частички пыли.

Воздух — это материя, и, как любой другой вид материи, он имеет вес. Вес — это величина силы тяжести, действующей на предмет. Когда шкала весов, на которые положен камень, показывает 5 килограммов, это означает, что сила тяжести, воздействующая на камень, равна 50 Ньютонам.

Точно так же сила притяжения Земли действует на каждую частичку газа и пыли в атмосфере. Поскольку наша атмосфера — это гигантский океан воздуха, она имеет значительный вес. Если бы его можно было сжать и положить на весы, он бы весил около 5 171 000 000 000 000 тонн! Воздух давит на нас со всех сторон. Давление воздуха на наш организм составляет 1 тонну. Мы не ощущаем этого давления, потому что наш организм привык к нему.

Атмосферное давление самое большое на уровне моря, где оно достигает 1 кг на кв. см. Оно самое большое здесь, потому что это самые низкие слои атмосферы. С увеличением высоты местности давление уменьшается. Поэтому космические скафандры и кабины самолетов, летающих на большой высоте, делаются так, чтобы поддерживать давление, к которому привык организм и какое ему нужно. Земная атмосфера позволяет существовать жизни на Земле. Это воздух, которым мы дышим. Она защищает нас от излишней солнечной радиации, от избытка тепла и холода, а также имеет многие другие функции.

1. 4. Почему на вершине горы прохладней?

Наша атмосфера разделена на слои, все они отличаются друг от друга. Основные слои называются тропосферой, стратосферой и ионосферой. Все вместе они образовывают покров в несколько километров толщиной.

Тропосфера — это нижний слой атмосферы, то место, где мы живем. Верхняя граница тропосферы находится на высоте 11 000 м над уровнем моря. Над тропиками она выше (16 — 18 км), над полюсами ниже (8 — 10 км).

Инструменты, поднятые на воздушных шарах, доказывают, что температура в тропосфере постепенно падает. Чем выше в тропосфере вы поднимаетесь, тем ниже становится температура. Каждые 300 м температура падает на 2оС.

Поэтому, когда мы поднимаемся в горах, мы поднимаемся в тропосфере. Поэтому на высоте 1,5 км в горах может быть на 8оС прохладней, чем у подножия. А существуют вершины, которые достигают высоты более 8 км! Неудивительно, что там очень холодно. В верхних слоях тропосферы температура почти 60 градусов ниже нуля.

У самой поверхности Земли бывает всегда теплей. Причина в том, что Солнце нагревает Землю и Земля отдает это тепло в воздух. Солнце не нагревает атмосферу непосредственно.

В самом высоком слое, ионосфере, воздух разрежен, атомы и молекулы подвергаются солнечной радиации.

1. 5. Кто первым измерил атмосферное давление?

Любой газ, в том числе и воздух, окружающий Землю, имеет вес. С помощью барометра можно даже измерить давление, которое он оказывает на предметы. А, зная атмосферное давление, легче предсказывать погоду или, например, определять высоту полета самолета.

В 1643 году итальянский физик и математик Торричелли изобрел ртутный барометр. Тем самым он показал, что давление воздуха может быть измерено.

Атмосферное давление различно в горах и на уровне моря, оно также зависит от погоды.

Перед дождем оно падает, а перед улучшением погоды — поднимается. Когда самолет набирает высоту, давление уменьшается (на 1 сантиметр ртутного столба за каждые 100 метров), и, наоборот, при снижении самолета оно увеличивается. Так с помощью барометра можно определять высоту полета. Более точный прибор для определения высоты называется альтиметром. Принцип его работы — почти тот же, что и у барометра.

1. 6. Как зависит атмосферное давление от высоты над уровнем моря?

Газы сильно сжимаемы. А чем сильнее газ сжат, тем больше его плотность и тем большее давление он производит.

Слои воздуха у поверхности Земли сжаты всеми слоями воздуха, находящимися над ними. Но чем выше от поверхности слой воздуха, тем слабее он сжат, тем меньше его плотность, а, следовательно, тем меньшее давление он производит. Если, например, воздушный шар поднимается над поверхностью Земли, то давление воздуха на шар становится меньше не только потому, что высота столба воздуха над ним уменьшается, но еще и потому, что плотность воздуха вверху меньше, чем внизу. С помощью барометра можно установить, что давление атмосферы даже на разных этажах здания различное.

Наблюдения показывают, что атмосферное давление в местностях, лежащих на уровне моря, в среднем равно 760 мм рт. ст. – это нормальное атмосферное давление. Чем выше лежит место над уровнем, моря, тем давление там меньше.

При небольших подъемах в среднем на каждые 12 метров подъема давление уменьшается на 1 мм рт. ст.

7. Выводы по первой главе.

Из выше сказанного можно сделать выводы:

➢ Давление – физическая величина, которую можно измерить барометром;

➢ Торричелли – итальянский учёный, который в 1643 году изобрёл ртутный барометр;

➢ Чем выше от поверхности слой воздуха, тем слабее он сжат, тем меньше его плотность, а, следовательно, тем меньшее давление он производит.

➢ 760 мм рт. ст. – это нормальное атмосферное давление.

➢ При подъемах на каждые 12 метров давление уменьшается на 1 мм рт. ст.

Глава 2. Практическая часть.

2. 1. Разработка способа измерения.

Город Екатеринбург расположен на Уральских горах. А мы – жители Екатеринбурга – можем с гордостью называться горными жителями! Наш город находится выше уровня моря. Поэтому атмосферное давление в Екатеринбурге должно быть меньше нормального. Вот это я и решил исследовать.

С помощью барометра выполнены замеры давления в течение ноября в четырёх разных точках города: пост № 1, пост № 8, пост № 14 и четвёртая точка – крыльцо лицея № 3. При измерениях использовался чашечный стационарный барометр. Измерения производились в ноябре 2008 года.

Место расположения точек наблюдений:

1. Пост № 1 – ул. Сулимова – ул. Советская;

2. Пост № 8 – ул. Посадская – ул. Московская;

3. Пост № 14 – ул. Бардина – ул. Решетникова;

4. Точка 4 – ул. Щорса, д. 114.

На основе измерений составлены таблицы и построены графики, определены средние значения атмосферного давления для каждой точки – поста.

2. 2. Проведение измерений и вычислений.

1. Пост № 1 – ул. Сулимова – ул. Советская; ноябрь, 2008 год (график 1).

Дата, день Срок, время, час Давление, мм рт. ст.

Источник