какую физическую величину можно измерить с помощью барометра анероида

Основные сведения об устройстве барометра анероида

Атмосферное давление и его измерение

Атмосферное давление — это сила, с которой атмосфера давит на все предметы, находящиеся в ней, на единицу площади поверхности.

Само слово «Атмосфера» означает пар и шар, то есть это газовая оболочка, окружающая нашу планету Земля.

Атмосферное давление с увеличением высоты уменьшается, так как над точкой располагается столбец воздуха с меньшей высотой и воздух начинается разряжаться.

За единицу измерения величины атмосферного давления, согласно общепринятым нормам, принято брать миллиметры ртутного столба (сокращенно — мм. рт. ст.).

Единицей измерения в Международной системе единиц (СИ) является паскаль (обозначается как Па), в Российской Федерации допущены к использованию метр водяного столба, миллиметр водяного столба или, самые распространенные, бар и миллиметр ртутного столба.

Атмосферное давление называется нормальным, если при температуре 0 °C высота столба ртути равна значению 760 мм.

Для определения атмосферного давления используют прибор под названием барометр. Их подразделяют на ртутные, жидкостные и безжидкостные — механические и электронные.

Ртутный барометр представлен стеклянной трубкой, запаянной с одной стороны. Внутри данной трубки находится ртуть. Во время эксперимента открытый конец трубки опускают в сосуд, который не полностью заполнен ртутью. В зависимости от того, происходит рост или упадок давления, ртуть в трубке начинает расти, и наоборот.

Безжидкостный барометр (барометр-анероид или механический барометр, как его называют сегодня) представляет собой металлическую круглую коробку, изготовленную из закаленной стали. При воздействии атмосферного давления на стенки коробки происходит их сужение или расширение.

Описание и назначение барометра анероида

Барометр-анероид — это механический прибор, предназначенный для отслеживания разницы в значениях атмосферного давления. Такой барометр очень чувствителен и способен показывать изменение атмосферного давления при смене погоды и даже при подъеме на лифте.

Физической измеряемой величиной у данного барометра является атмосферное давление в паскалях и в мм рт. ст.

Принято градуировать шкалу барометра-анероида в гПа и в мм рт. ст., сравнивая с показаниями ртутного барометра.

При измерении значения атмосферного давления необходимо учитывать высоту нахождения барометра-анероида над уровнем моря.

У барометра-анероида имеется недостаток, связанный с воздействием температуры на пружину. Металл, в зависимости от температуры, начинает сужаться или расширяться, что может повлиять на результат измерения атмосферного давления. Для поправки на температуру современные приборы оснащаются термометрами-компенсаторами.

Пользоваться таким барометром можно в промышленности, в учебных заведениях, в лабораториях. Также прибор применяют в быту для предсказания погоды.

Технические характеристики данного прибора:

Конструкция, механизм работы

Барометр-анероид состоит из металлической круглой коробки, изготовленной из закаленной стали. Ребра имеют гофрированное покрытие. Это необходимо для жесткости конструкции, потому что внутри прибора путем вакуумирования создается сильно разряженная среда. Внутри прибора находится пружина и стрелки механизма.

Принцип работы барометра-анероида: атмосферное давление давит на стенки прибора, вследствие чего происходит сужение или расширение стенок.

Во время сжимания начинает прогибаться верхняя площадка, и далее она тянет закрепленную пружину вниз. Во время уменьшения сжимания происходит обратное действие, верхняя площадка изгибается наверх и давит на пружину.

Через возвращающий механизм к возвратной пружинной детали закреплена стрелка, которая перемещается по шкале значений.

В чем измеряют давление

Как писалось выше, атмосферное давление чаще всего измеряют в миллиметрах ртутного столба (сокращенно — мм. рт. ст.).

В Международной системе единиц (СИ) атмосферное давления измеряют в паскалях (обозначается как Па).

Источник

Что можно измерить с помощью барометра?

Измерить высоту холма можно с помощью такого геодезического инструмента, как нивелир. А как измерить высоту берега реки? Многие из вас знают, что барометр – это физический прибор для измерения атмосферного давления. А знаете ли вы, что с помощью барометра можно измерить высоту какого-либо объекта? Давайте попробуем сделать это вместе.

Атмосферой называется воздушная оболочка Земли. Наблюдения из космоса показывают, что над поверхностью Земли атмосфера распространяется на высоту нескольких тысяч километров. Таким образом, мы живём на дне своеобразного воздушного океана.

Ученик Галилея, итальянский учёный Э. Торричелли в 1643 году доказал существование атмосферного давления и предложил для его измерения ртутный барометр. В середине XIX века был сконструирован первый барометр-анероид (анероид в переводе с греческого означает «безжидкостный»). Барометры-анероиды устанавливают дома и в лабораториях школьных кабинетов физики.

Барометры-анероиды достаточно надёжны и компактны по сравнению с ртутными. Они фиксируют изменения атмосферного давления при перемещении его на высоту нескольких метров. По измерениям атмосферного давления на различных высотах можно оценить высоту подъёма над поверхностью Земли.

Нормальным называют атмосферное давление, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0 °С.

В системе СИ атмосферное давление измеряют в паскалях (Па).

1 мм рт. ст. равен примерно 133,3 Па.

760 мм рт.ст. примерно соответствует 101 300 Па.

Обычно атмосферное давление отличается на некоторую величину от нормального. Чем больше высота над уровнем моря, тем меньше атмосферное давление. На каждые 12 м оно уменьшается примерно на 1 мм рт. ст. (или 133,3 Па). Это свойство положено в основу работы высотомеров – физических приборов, измеряющих высоту подъёма тел.

Источник

Барометр-Анероид. Характеристики. Виды.

Барометр – это измерительный прибор, который предназначается для определения давления атмосферного воздуха. Помимо метеорологического применения, барометр используется для экологического контроля (например, для аттестации рабочих мест) или в авиации (для определения высоты полета над уровнем моря).

Рисунок 1. Барометр-анероид

Впервые, барометр был изобретён и описан в сочинении «Opera geometrica» в 1644 году ученым из Флоренции (Италия) Эванджелиста Торричелли. Это был жидкостный ртутный барометр, давление по которому измерялось по высоте ртутного (жидкостного) столба в трубке, запаянной сверху, а нижним концом помещенной в сосуд с ртутью (жидкостью). В день, когда Торричели проводил опыт со своим ртутным барометром, выдалась тихая солнечная погода, а столбик ртути остановился на отметке 760 мм. С тех пор, давление в 760 мм ртутного столба является нормальным. Ртутные и жидкостные барометры являются наиболее точными и до сих пор используются на метеорологических станциях. Их недостатком является хрупкость, небезопасность и большие размеры.

В 1844 г. французский инженер Люсьен Види, используя исследования немецкого математика и физика XVII в. Готфрида Вильгельма Лейбница, сконструировал принципиально новый, безжидкостный барометр, который был назван барометром-анероидом(от греч. «анерос» – не содержащий влаги). Барометры, построенные на основе барометра Л. Види, на данный момент, являются самими распространенными.

Вообще, барометры, в зависимости от принципа действия могут быть ртутными, жидкостными, анероидными или электронными.

— Жидкостный барометр – прибор, в котором используется принцип уравновешивания веса столба жидкости давлением атмосферы.

— Ртутный барометр – атмосферное давление, в котором, можно замерить по высоте ртутного столба на прикрепленной рядом шкале.

— Барометр-анероид – прибор, принцип действия которого основан на изменении размеров металлической коробки наполненной разреженным воздухом, под действием атмосферного давления. Такие барометры надежны и имеют небольшие размеры.

— Электронный барометр – данный вид барометров работает на принципе преобразования линейных размеров традиционной анероидной барокоробки в электрический сигнал и дальнейшей обработки этого сигнала микропроцессором. Если же, вместо анероидной коробки используется тензопреобразователь, то измеряемое давление воспринимается этим чувствительным элементом, преобразуется через его деформацию, в изменение электрического сопротивления тензорезисторов тензометрического преобразователя.

Однако, поскольку тема данной статьи «Барометр-Анероид», вернемся к данному виду приборов для измерения давления и рассмотрим их более подробно.

Итак, Барометр-анероид – это прибор, который предназначается для измерения атмосферного давления механическим способом. Конструктивно анероид состоит из круглой металлической (никель-серебряной или из закаленной стали) коробки с гофрированными (ребристыми) основаниями, в которой, путем откачивания воздуха, создано сильное разрежение, возвратной пружины, передаточного механизма и стрелки указателя. Под действием атмосферного давления: его повышения или понижения, коробка, соответственно, либо сжимается, либо разгибается. При этом, при сжатии сильфонной коробки верхняя прогибающаяся поверхность начинает тянуть прикрепленную к ней пружину вниз, а при понижении атмосферного давления, верхняя часть, наоборот, выгибается и толкает пружину вверх. К возвратной пружине, при помощи передаточного механизма, прикреплена стрелка указателя, которая двигается по шкале, проградуированной в соответствии с показаниями ртутного барометра (Рисунок 2). Стоит отметить, что обычно, на практике, применяется несколько (до 10 шт.) последовательно соединенных тонкостенных гофрированных коробок с разряжением, что увеличивает амплитуду хождения стрелки по шкале.

Рисунок 2. Устройство Барометра-анероида.

Барометры-анероиды, благодаря малым размерам и отсутствию жидкости в конструкции, наиболее удобны и портативны; они широко применяются на практике.

К сожалению, барометры подвержены влиянию температуры окружающей среды и изменению упругости пружин с течением времени. Поэтому, современные барометры-анероиды оборудованы дугообразным термометром, или, так называемым компенсатором, который предназначается для внесения поправки показаний прибора на температуру.

Вообще, для получения истинного значения атмосферного давления, показания барометра-анероида нуждаются в различных поправках, определяемых сравнением с ртутным барометром. Выделяют три поправки к анероидам:

— поправка на шкалу — данная поправка зависит от того, насколько неравномерно барометр-анероид реагирует на изменение давления на различных участках шкалы,

— поправка на температуру — обуславливается зависимостью между температурой и упругостью анероидных гофрированной коробки и пружины,

Корпус барометра-анероида, обычно, изготавливается из ценных пород дерева, таких как: орех, дуб, бук, вишня или красное дерево. Такие барометры уже не просто приборы измерения атмосферного давления, а предметы интерьера. Однако, для удешевления всей конструкции, и придания большей практичности, корпус анероида может быть изготовлен из пластика или металла.

Барометры-анероиды представлены моделями:

— БАММ-1 – барометр, который предназначается для измерения атмосферного давления в наземных условиях и в помещениях. Внесен в Госреестр Средств Измерений РФ, поэтому может быть использован для проведения аттестаций рабочих мест.

— М-110 – барометр промышленного применения, внесенный в Госреестр средств измерения.

— ББ-0,5М – бытовой барометр настенного размещения. Прекрасно подходит для ориентировочных измерений за атмосферным давлением.

— БР-52 – школьный барометр-анероид, применяемый в качестве учебного пособия и для проведения опытов.

Рисунок 3. Барометр модели М67.

Для проведения более точных или более длительных измерений, а также для поверки смежных приборов на метеостанциях, метеопостах и лабораториях используются другие приборы. Они могут быть как цифровыми, так и механическими. Например, барометр БОП-1М являясь образцовым переносным барометром, как эталонное средство измерения, предназначается для поверки барометров различных конструкций и приборов общепромышленного назначения, измеряющих атмосферное давление.

БРС-1М – барометр рабочий сетевой, предназначается для точного определения абсолютного давления воздуха, имеет цифровой интерфейс RS232 для подключения к компьютеру.

Метеорологический барограф М-22А – прибор, который предназначается для определения и графической регистрации величин атмосферного давления как внутри, так и снаружи помещения, за определенный промежуток времени (Рисунок 4.).

Рисунок 4. Барограф М-22А

Автоматизированный цифровой барометр МД-20 используется на метеостанциях для долговременного измерения атмосферного давления с возможностью передачи результатов измерения на компьютер.

Источник

Открытый урок по теме «Барометр-анероид»

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

«Мало- Каменская средняя общеобразовательная школа»

Подготовила и провела учитель физики

Подколзина Валентина Ивановна

Тема урока: «Барометр-анероид».

Тип урока: урок «открытия» новых знаний

Цель урока: создать условия для знакомства обучающихся с принципом действия и устройством барометра-анероида.

Образовательные: знание обучающимися устройства и принципа действия барометра, умение измерять барометром атмосферное давление.

Воспитательные: воспитание самодисциплины, взаимоуважения, устойчивого отношения к учебной деятельности и интереса к предмету, формирование коммуникативных способностей, навыков групповой работы.

Оборудование: барометр-анероид, компьютер, мультимедийный проектор, интерактивная доска, презентация, мяч, лист обратной связи, карточки со смайликами.

-Здравствуйте, ребята! Поприветствуйте наших гостей, друг друга. И я рада приветствовать вас на уроке, на котором мы продолжим открывать страницы в познании окружающего нас мира. Впереди нас ждут интересные открытия. Готовы? Да! Тогда приступим.

— У вас на столе лежат карточки со смайликами. Отметьте на них своё настроение в начале урока.

2. Мотивация учебной деятельности.

На стене висит тарелка,

По тарелке ходит стрелка.

Эта стрелка наперед

(Обучающиеся не могут отгадать загадку)

— Ответить на эту загадку вы сможете в конце сегодняшнего урока.

Актуализация опорных знаний.

— Поиграем в игру «Да-нетка». Я загадала физический объект. Отгадайте, что я загадала, задав мне не более 7 вопросов. (Ученики задают учителю вопросы, на которые он отвечает только «да» или «нет»)

Это физическое тело?

Это физический прибор?

Это физическая величина?

Это величина векторная?

Это величина относится к теме «Давление»

Это атмосферное давление?

(Слайд 2)— А сейчас дайте ответы на вопросы:

Как можно определить вес воздуха? (Ученики описывают опыт по определению массы воздуха)

Почему возникает атмосферное давление? (Вследстве действия силы тяжести верхние слои воздуха сжимают нижние слои. Воздушный слой, прилегающий непосредственно к Земле, сжат больше всего и, согласно закону Паскаля, передаёт производимое на него давление по всем направлениям. В результате этого земная поверхность и тела, находящиеся на ней, испытывают давление всей толщи воздуха)

Изучение нового материала.

— На прошлом уроке мы познакомились с атмосферным давлением. А как вы думаете его можно измерить? С помощью чего? (Давление можно измерить с помощью специальных приборов)

— Верно. Для измерения атмосферного давления существуют специальные физические приборы, и сегодня на уроке вы познакомитесь с устройством и принципом их действия.

— Если к трубке с ртутью, использовавшейся в опыте Торриччели, прикрутить вертикально шкалу, то получится простейший прибор.

— Как он называется? (Ртутный барометр) (Слайд 4(1))

— Верно. Это жидкостный барометр, в котором атмосферное давление измеряется по высоте столба ртути в запаянной сверху трубке, опущенной открытым концом в сосуд с ртутью.

— Как вы думаете, ребята, безопасно было пользоваться такими приборами? (Нет. Ртуть (пары ртути) – ядовитое вещество. Кроме того, он был больших размеров и мог разбиться.)

— Ртутные барометры, использовались более двух веков. Над созданием удобного и безопасного прибора для измерения атмосферного давления работало много поколений ученых. Первый безжидкостный барометр был сконструирован лишь в середине 19 века. Его назвали барометр-анероид.

— Откройте тетради, запишите число и тему нашего урока: «Барометр-анероид»

-Сформулируйте, пожалуйста, цели нашего урока, то чем мы с вами будем сегодня заниматься. (Рассмотрим барометр-анероид, узнаем, из чего он состоит и принцип его работы)

— Вам интересно из чего он состоит? Конечно, разбирать барометр мы не будем, а выясним его строение по схеме на слайде: Слайд 4(2))

— Устройство барометра-анероида запишем в тетрадь.

Главная часть его– металлическая коробочка 1 с волнистой поверхностью. Из этой коробочки откачан воздух, а, чтобы атмосферное давление не раздавило коробочку, её крышку пружиной 2 оттягивают вверх. При увеличения атмосферного давления крышка прогибается вниз и натягивает пружину. При уменьшении давления пружина выпрямляет крышку. К пружине с помощью передаточного механизма 3 прикреплена стрелка – указатель 4, которая передвигается вправо и влево при изменении давления. Под стрелкой укреплена шкала, деления которой нанесены по показаниям ртутного барометра.

(Слайд 5) На ваш взгляд, ребята, барометры – анероиды надежны? (Да)

-А они компактны по сравнению с ртутными. (Да)

-Скажите, пожалуйста, в каких единицах измеряется атмосферное давление? (Давление измеряют в паскалях, гектопаскалях, мм.рт.ст.)

-Как перевести мм рт. ст. в паскали? (Нужно умножить на 133,3)

-Как перевестипаскали в гектопаскали? (Разделить на 100)

— Барометр- анероид имеет две шкалы: верхняя показывает давление в гектопаскалях, а нижняя – в мм рт. ст.

— Какое давление на барометре в нашем случае? (990 гПа или 745 мм рт.ст.)

5. ФИЗКУЛЬТМИНУТКА (Слайд 6)

(Слайд 7) Барометр-анероид – очень чувствительный прибор. Например, поднимаясь на последний этаж 9-ти этажного дома, из-за различия атмосферного давления на различной высоте мы обнаружим уменьшение атмосферного давления на 2-3 мм рт. ст.

(Слайд 8) – С высотой давление и плотность воздуха уменьшается, поэтому атмосферное давление уменьшается по мере увеличения высоты над уровнем моря. Справедливость этого была доказана на горе Пью-де-Дом. Паскаль доказал, что меньший столб воздуха оказывает меньшее давление.

(Слайд 11)— Барометр так же может служить для определения высоты полёта самолёта. Такой барометр называют барометрический высотометр или альтиметр.

— Как вы думаете, какой из барометров: водяной или ртутный показывает более точное давление и почему? (Ртутный, так как плотность воды меньше плотности ртути и вода зимой может замёрзнуть)

(Слайд 13)— Итак, вы теперь можете ответить на загадку, заданною мной в начале урока? (Да. Это барометр) (Слайд 14)

— Сегодня на уроке мы познакомились с устройством и принципом действием барометра – анероида. А сейчас поиграем в игру «Аукцион». Назовите мне элементы, из которых состоит барометр–анероид. (Учитель бросает мяч, и обучающиеся называют по очереди элементы барометра-анероида)

Учащиеся 7 класса измеряли атмосферное давление в школе – 756 мм рт.ст. На какой высоте относительно реки находится их школа?

Дано: Решение:

р₁=756 мм рт.ст. 1) Найдем разницу давлений:

1 мм рт.ст., следовательно:

h = =48 м

Источник

Что такое барометр анероид и как им пользоваться

Барометр анероид – бытовое механическое устройство, позволяющее отслеживать разницу в значениях атмосферного давления. Современные модели отличаются высокой чувствительностью и могут регистрировать изменения даже при движении в лифте. Наблюдая за барометром, можно улавливать закономерности в колебаниях давления в разных погодных условиях. Это позволяет предсказывать изменения климата. Перед похолоданием давление падает, перед наступлением ясных дней – растет.

Описание и назначение прибора

Перед тем как читать показания, нужно принять во внимание высоту над уровнем моря. Чем одна больше, тем ниже давление. При подъеме на 12 метров оно падает на 1 мм.рт.ст.

Конструкция и принцип работы

В герметично запаянный корпус помещена гибкая конструкция с гофрированными стенами – капсула. Ее изготавливают из сплава на основе меди. Иногда используются и некоторые виды стальной фольги.

Передаточный механизм соединяет капсулу с пружиной и стрелкой, выведенной на шкалу. Последняя зачастую имеет 2 типа градуировки – мм.рт.ст. и гПа. Это упрощает считывание показаний из-за отсутствия нужды переводить одни единицы измерения в другие. Обычно у устройства есть обозначения цветом или подписями фрагментов шкалы: ясно, дождь и т.п.

Снаружи корпуса (как правило, снизу сзади) есть болт для регулировки. С его помощью можно настроить барометр, подтягивая или расслабляя пружину.

Некоторые модели также оборудованы компенсационным термометром, гигрометром, измерителем высоты.

Чтобы получить точнейшие показания, данные прибора сравнивают с полученными на ртутном барометре. Есть 3 типа поправок:

Для бытовых измерений такие поправки делать нет нужды. Их используют в случаях, когда важна высокая точность данных (в лабораториях и т.д.).

Наличие у модели компенсаторного термометра является плюсом, так как металлические компоненты пружинного механизма реагируют на температуру. При похолодании (при постоянном значении давления) они сужаются, а при потеплении – расширяются. Термометр помогает вносить поправки в показания, если это необходимо.

Разновидности и сфера применения

В продаже можно встретить разные виды устройств, заточенные под различные цели. Их используют в промышленности, лабораториях, учебных заведениях, а также в быту для предсказаний погоды.

Среди популярных моделей можно выделить:

Некоторые умельцы практикуют и изготовление самодельных барометров. Для них используют капсулы из бериллиевой бронзы и стандартные часовые индикаторы на 0,01 мм.

Степень точности барометра

Наибольшей точностью из всех барометров отличаются ртутные модели. Их используют как эталон. Обусловлена эта точность устойчивостью к температурным колебаниям и влажности воздуха. Вещество не испаряется в атмосферу и не замерзает.

Сопоставимой точностью обладают электронные устройства. Анероиды более подвержены действию температур, чем ртутные измерители, а жидкостные модели – еще более.

Современные анероиды имеют высокую точность, регистрируя изменение давления даже при подъеме в лифте. Наилучшие показатели имеют устройства, работающие с 10-12-ступенчатой гофрированной колбой. Точность таких моделей – до 0,05%.

Как читать показания

Некоторые модели измерителей имеют пару стрелок: контрольную и движущуюся. Первая фиксирует показатель давления, имевший место в начале наблюдения, вторая – значение в текущий момент времени. Разница показателей помогает определить, насколько изменился параметр за некоторый период.

В градуировке используются такие единицы измерения:

Шкала прибора может быть одинарной или двойной. Отечественные модели обычно используют варианты с мм.рт.ст. и Па (гПа). Как и другие типы барометров, анероид прогнозирует погоду лишь в краткосрочной перспективе (в пределах суток). Также у всех классов этих устройств неширокий радиус действия – около 30 км (при циклонах он несколько увеличивается).

Чаще всего шкала начинается с 710 мм.рт.ст. (у некоторых моделей значение меньше). Точкой отсчета принимается нормальное давление, характерное для данного региона и высоты в ясную погоду. Его усредненное значение – 760 мм.рт.ст. Для других местностей число будет иным (к примеру, в горах оно меньше). Усредненные данные для той или иной географической точки определяют метеорологические службы. От этого показателя отсчитывается и интерпретируется характер перемещения стрелки. Так отслеживают, падает давление или поднимается, и насколько. Чем быстрее перемещается стрелка и чем значительнее амплитуда, тем точнее прогноз и тем скорее наступят предсказываемые изменения.

Настройка прибора

Чтобы настроить модель, нужно точно знать значение давления в данной местности в текущий момент времени. Его можно выяснить в ближайшей метеостанции или из погодной сводки. Еще один вариант – провести сверку с точным ртутным барометром.

При разнице показаний устройство потребуется откалибровать. Сзади нужно отыскать регулировочный винт и, закручивая или ослабляя его, установить на приборе нужные показания.

Если винта нет, калибровка выполняется поворотом циферблата по отношению к стрелкам. Заглянув в инструкцию по эксплуатации, можно найти детальные указания по регулировке прибора.

Источник