Атмосферний тиск у фізиці

Люди різних професій повинні знати про поняття атмосферного тиску: медики, льотчики, вчені, полярники та інші. Воно безпосередньо впливає на специфіку їх роботи. Атмосферний тиск – це величина, що допомагає передбачити і спрогнозувати погоду. Якщо воно підвищується, то це говорить про те, що погода буде сонячна, а якщо тиск знижується, то це віщує погіршення погодних умов: з’являється хмарність та йдуть атмосферні опади у вигляді дощу, снігу, граду.

Поняття і сутність атмосферного тиску

Атмосферний тиск – це сила, яка діє на поверхню. Іншими словами, в кожній точці атмосфери тиск одно масі вищерозміщеного стовпа повітря з основою, що дорівнює одиниці.

Одиницею вимірювання атмосферного тиску є Паскаль (Па), який прирівнюється до сили в 1 Ньютон (Н), що діє на площу в 1 м2 (1 Па = 1 Н / м2). Атмосферний тиск в метрології виражається в гектопаскалях (гПа) з точністю до 0,1 гПа. А 1 гПа, в свою чергу, дорівнює 100 Па.

В якості одиниці вимірювання атмосферного тиску до недавнього часу використовувався миллибар (мбар) і міліметр ртутного стовпа (мм. Рт. Ст.). Тиск вимірюється абсолютно на всіх метеорологічних станціях. Для того щоб скласти приземні синоптичні карти, які відображають погодні умови в даний період часу, тиск на рівні станції приводять у відповідність зі значеннями рівня моря. Завдяки цьому можна виділити області з високим і низьким атмосферним тиском (антициклони і циклони), а також атмосферні фронти.

Середнє атмосферний тиск на рівні моря, яке визначається на широті 45 градусів, при температурі повітря 0 градусів, становить 1013,2 гПа. Дана величина приймається за стандартну, вона отримала назву «нормальний тиск».

Вимірювання атмосферного тиску

Ми часто забуваємо про те, що повітря має вагу. У поверхні Землі щільність повітря становить 1,29 кг / м3. Ще Галілей довів, що повітря має вагу. А його учень, Еванджеліста Торрічеллі, зміг довести, що повітря впливає на всі тіла, які розташовані на земній поверхні. Це тиск стали називати атмосферним.

За формулою розрахунку тиску стовпа рідини розрахувати атмосферний тиск не можна. Адже для цього необхідно знати висоту стовпа рідини і щільність. Однак у атмосфери не існує чіткої межі, а з ростом висоти зменшується щільність атмосферного повітря. Тому Еванджеліста Торрічеллі запропонував інший метод для визначення і знаходження атмосферного тиску.

Він взяв скляну трубку завдовжки близько метра, яка з одного кінця була запаяна, налив в неї ртуть і опустив відкритою частиною в чашу з ртуттю. Трохи ртуті вилилося в чашу, але основна частина залишилася в трубці. Кожен день кількість ртуті в трубі незначно коливалося. Тиск ртуті на певному рівні створюється за допомогою ваги стовпа ртуті, оскільки у верхній частині трубки повітря над ртуттю немає. Там розташований вакуум, який отримав назву «торрічелліевой порожнеча».

Виходячи з вищевикладеного, можна зробити висновок, що атмосферний тиск прирівнюється тиску ртутного стовпчика в трубці. Вимірявши висоту ртутного стовпчика, можна розрахувати тиск, що виробляє ртуть. Воно прирівнюється атмосферному. Якщо атмосферний тиск підвищується, то ртутний стовпчик в трубці Торрічеллі збільшується, і навпаки.

Прилади для вимірювання атмосферного тиску

Для вимірювання атмосферного тиску використовуються такі види приладів:

  • станційний барометр чашковий ртутний СР-А (для діапазону 810-1070 гПа, що характерний для рівнин) або СР-Б (для діапазону 680-1070 гПа, який спостерігається на високогірних станціях);
  • барометр-анероїд БАММ-1;
  • барограф метеорологічний М-22А.

Найбільш точними і часто використовуваними є ртутні барометри, які застосовуються для виміру атмосферного тиску на метеорологічних станціях. Вони розташовуються в приміщеннях в спеціально обладнаних шафах. Доступ до них суворо обмежений з метою техніки безпеки: з ними можуть працювати тільки спеціально підготовлені фахівці і спостерігачі.

Більш поширеними є барометри-анероїди, які застосовуються для виміру атмосферного тиску на метеорологічних станціях і на географічних стаціонарах для маршрутних досліджень. Найчастіше вони застосовуються для барометричного нівелювання.

Барограф М-22А найчастіше використовується для фіксації та безперервної реєстрації будь-яких змін атмосферного тиску. Вони можуть бути двох типів:

для того щоб зареєструвати добове зміна тиску, застосовується М-22АС;
для того щоб зареєструвати зміну тиску протягом 7 днів, застосовується М-22АН.

Устрій і принцип дії приладів

Розглянемо для початку чашковий ртутний барометр. Даний прилад складається зі скляної калиброванной трубки, яка заповнена ртуттю. Її верхній кінець запаяний, а нижній занурюється в чашу з ртуттю. Чашка ртутного барометра складається з трьох частин, які з’єднані різьбленням. Середня чаша всередині має діафрагму зі спеціальними отворами. Завдяки діафрагмі ускладнюється коливання ртуті в чаші, запобігаючи тим самим потрапляння повітря.

У верхній частині чашкового ртутного барометра є отвір, крізь яке чаша повідомляється з повітрям. У деяких випадку отвір закривається гвинтом. У верхній частині трубки повітря немає, тому під впливом атмосферного тиску стовпчик ртуті піднімається в колбі до певної висоти на поверхню ртуті в чаші.

Маса стовпа ртуті прирівнюється до величини атмосферного тиску.

Наступним приладом є барометр. Принцип його пристрою полягає в наступному: скляна трубка захищається металевою оправою, на яку наноситься шкала вимірювання в паскалях або миллибарах. Верхня частина оправи має поздовжній проріз для того, щоб спостерігати за положенням ртутного стовпчика. Для максимально точного звіту меніска ртуті розташовується кільце з ноніусом, яке переміщається уздовж шкали за допомогою гвинтика.

Шкала, яка призначена для визначення десятих часток, називається компенсована шкала.

Від забруднення вона охороняється захисним кожухом. У середній частині барометра вмонтований термометр для того, щоб враховувати вплив температури навколишнього середовища. За його свідченнями вводиться температурна поправка.

З метою виключення спотворень свідчень ртутного барометра вводиться ряд поправок:

  • температурна;
  • інструментальна;
  • поправки на прискорення сили тяжіння в залежності від висоти над рівнем моря і широти місця.

Барометр-анероїд БАММ-1 використовується для вимірів атмосферного тиску в приземних умовах. Його чутливим елементом є блок, який складається з трьох з’єднаних анероїдних коробок. Принцип пристрою барометра-анероїда грунтується на деформації мембранних коробок під дією атмосферного тиску і трансформацією лінійних переміщень мембран за допомогою передавального механізму в кутові переміщення стріли.

Як приймач виступає металева анероїдних коробка, яка оснащена гофрованим дном і кришкою, повітря з них повністю викачується. Пружина відтягує кришку коробки і оберігає її від сплющивания повітряним тиском.

Посилання на основну публікацію