7 класс Физика Давление твёрдых тел, жидкостей и газов Атмосферное давление

Барометр-анероид

Содержание

На прошлом уроке мы рассмотрели способ измерения атмосферного давления с помощью известного опыта Торричелли. После этого открытия широкое использование получил ртутный барометр. Первоначально он буквально представлял собой стеклянную трубку и чашу с ртутью с прикрепленной к ним шкалой.

Но, как мы знаем, ртуть — не самое безопасное вещество. Отравление парами ртути вызывает крайне неприятные симптомы: головная боль, тошнота, рвота, озноб и другие.

В том числе и поэтому были изобретены другие, более безопасные приборы для измерения атмосферного давления. На данном уроке мы познакомимся с самым популярным из них — барометром-анероидом (рисунок 1). Он был изобретен французским инженером Люсьеном Види в 1844 году.

Рисунок 1. Внешний вид современного барометра-анероида

{"questions":[{"content":"Барометр-анероид предназначен для измерения[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["атмосферного давления","давления в жидкости","силы тяжести","температуры"],"answer":[0]}}}]}

Как устроен барометр-анероид?

На рисунке 2 изображено внутреннее строение прибора.

Рисунок 2. Внутреннее устройство барометра-анероида

Основную внутреннюю часть анероида составляет металлический корпус (1) с гофрированной (ребристой/волнистой) поверхностью. Из данного корпуса откачан воздух. Внутри него создается сильное разрежение. Мы помним, что на корпус действует атмосферное давление. Чтобы оно его не раздавило, крышку корпуса оттягивает наверх пружина (2).

Когда атмосферное давление увеличивается, то пружина растягивается, так как крышку продавливает вниз. К пружине с помощью особого передаточного механизма (3) прикреплена стрелка-указатель (4). Она передвигается влево или вправо в зависимости от изменения атмосферного давления. Как вы уже догадались, под стрелкой размещается шкала (5).

aneroid-capsule-pressure

{"questions":[{"content":"Почему атмосферное давление не раздавливает барометр-анероид?[[choice-5]]","widgets":{"choice-5":{"type":"choice","options":["Потому что стекло удерживает пружина","потому что под стеклом есть воздух","потому что под стеклом нет воздуха","потому что под стеклом находится жидкость"],"answer":[0]}}}]}

Как градуируют шкалу барометра-анероида?

Шкалу градуируют по эталону — по показаниям ртутного барометра.

На рисунке 3 стрелка анероида показывает на число 725, что означает, что атмосферное давление равно 725 мм рт. ст. То есть в данный момент в ртутном барометре высота ртутного столба также составляет 725 мм рт. ст.

Рисунок 3. Показания ртутного барометра и барометра-анероида

{"questions":[{"content":"По показаниям какого барометра градуируют шкалу барометра-анероида?[[choice-9]]","widgets":{"choice-9":{"type":"choice","options":["Ртутного","Водяного","Водородного","Гелиевого"],"answer":[0]}}}]}

Определение барометра-анероида

Теперь мы можем дать определение.

Барометр-анероид (от греческого слова «анерос» — «без воды») — это прибор для измерения атмосферного давления, в механизме которого отсутствует жидкость (в отличие от ртутного и жидкостных барометров Торричелли).

Преимущества и применение

Барометры-анероиды менее надежны в своих показаниях, чем ртутные. Это обусловлено тем, что мембраны и пружины со временем изнашиваются. Тем не менее барометры-анероиды получили широкое применение в жизни. Они обладают рядом преимуществ: они более безопасны, удобны в использовании и компактны (вспомните трубку с ртутью высотой 1 метр).

Барометры-анероиды и метеорология

Анероиды используют в метеорологических исследованиях: изменение атмосферного давления «предсказывает» погоду на следующие дни. На некоторых анероидах на шкале вы можете увидеть интерпретацию ожидаемых погодных условий (рисунок 4).

Рисунок 4. Барометр-анероид со шкалой погоды

При этом анероиды обладают высокой чувствительностью: незначительное изменение высоты (2–3 метра) заставляет стрелку двигаться. То есть барометр-анероид улавливает даже незначительное изменение атмосферного давления. Если же подняться с анероидом в горы, то можно заметить, что каждые 12 метров подъема будут ознаменовываться уменьшением атмосферного давления на 1 мм рт. ст.

{"questions":[{"content":"Значения атмосферного давления используют для предсказания[[choice-13]]","widgets":{"choice-13":{"type":"choice","options":["погоды","землетрясений","солнечных затмений","лунных затмений"],"answer":[0]}}}]}

Барометры-высотомеры

Мы уже знаем, что атмосферное давление с высотой уменьшается, поэтому анероиды имеют и второе применение — в качестве высотомеров. Шкала некоторых анероидов проградуирована в метрах или километрах над уровнем моря. Такие приборы называются альтиметрами или барометрами-высотомерами.

Альтиметр (от латинского «altus» — «высокий») — это прибор для измерения высоты, принцип действия которого основан на уменьшении атмосферного давления с увеличением высоты (работает на барометрическом принципе).

Современный прибор представлен на рисунке 5.

Рисунок 5. Барометр-высотомер (альтиметр)

{"questions":[{"content":"Альтиметр служит для измерения[[choice-17]]","widgets":{"choice-17":{"type":"choice","options":["высоты","температуры","атмосферного давления","силы упругости"],"answer":[0]}}}]}

Упражнение

Рассмотрите рисунок 1 и ответьте на вопросы.

Как называется изображенный на рисунке прибор?
В каких единицах проградуирована его шкала?
Вычислите цену деления шкалы.
Запишите показания прибора.

Посмотреть ответ

Скрыть

Ответ:

Прибор, изображенный на рисунке 1, называется барометром-анероидом;
Его шкала проградуирована в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.);
Возьмем два соседних подписанных значения: 700 мм рт. ст. и 710 мм рт. ст. Между ними находятся 10 делений.
Тогда цена деления будет равна:
$\frac{710 \space мм \space рт. \space ст. \space − \space 700 \space мм \space рт. \space ст.}{10} = 1 \space мм \space рт. \space ст.$
Показания прибора: $p_{атм} = 725 \space мм \space рт. \space ст.$

Награды за урок