Що таке барометр і для чого потрібен? Як прилад використовується людиною?

Нашу планету оточує щільний атмосферне шар, що складається з суміші різних газоподібних речовин. Товщина такого шару складає не один десяток кілометрів і має певне політичне значення, який хоч і в незначній мірі, але все ж надає на поверхню Землі певну частку тиску. Мешканці Землі - люди, тварини, птахи, риби і так далі, не відчувають на собі вагу атмосферного тиску, так як організми живих істот до цього впливу мають еволюційно склалося пристосування.

Однак перепади величини тиску впливають на погодні умови, і щоб їх визначити з максимальною точністю, в XVII столітті був винайдений прилад, званий барометром.

Що це таке?

Слово «барометр» з грецької має такий переклад: «Барос» - вага, тяжкість і «Метрос» - вимірювати. Тобто барометр - це не що інше, як вимірювач важкості атмосферного шару.

Перший прилад був розроблений в 1643 році учнями Галілея - Е. Торрічеллі і В. Вівіані. Вони розвинули ідею свого вчителя про те, що погоду можна передбачати, якщо створити для цього певний вимірювальний прилад. Торрічеллі зі своїм помічником вирішили взяти трубку і помістили всередину її ртуть, кінець трубки при цьому був запаяним з одного боку. Далі трубку занурювали в ємність, де також була налита ртуть. Під час досліду при зануренні ртуть в трубці піднімалася вгору.

У різні дні досліджень вчені помітили, що ртуть піднімалася на певну висоту, і такі зміни безпосередньо були пов'язані з погодними умовами.

Після серії тривалих експериментів вчені зробили висновок, що при збільшенні тиску атмосфери ртуть в трубці йшла догори, а при зниженні - опускалася вниз . Так учні Галілея створили перший ртутний барометр. Однак застосовувати його в побутових умовах було небезпечно - ртуть могла витекти з приладу і викликати своїми парами сильне отруєння. Але наука не стоїть на місці, і вже через 13 років в 1657 році Отто Геріке в Пруссії створює водний барометр. Суть його конструкції була така: трубку з міді поміщали в ємність, наповнену водою. До трубки підключали скляний наконечник з краном від повітряного насоса. Повітря відкачували і кран перекривали, створюючи вакуумний простір.

Після серії трирічних спостережень за поведінкою рівня води в трубці Отто Геріке прийшов до висновку, що погодні умови безпосередньо впливають на рух рівня рідини в барометрі. Одного разу під час чергового дослідження вченому за 2 години вдалося передбачити розвиток сильної бурі. Але, незважаючи на робочі властивості приладу, визначити точні показники ще не вдавалося нікому, поки в 1670 році англієць Роберт Гук не розроблені спеціальну градацію у вигляді шкали, що дозволяє точно визначити показання барометра.

На початку XVII століття німець Готфрід Лейбніц, будучи відомим вченим в сфері точних математичних наук, розробив проект анероидного барометра, який міг працювати без застосування ртуті і води. Втілити ідею Лейбніца в 1847 році вдалося французу Люсьену Віді. Анероїдних конструкція являла собою запаяний металевий циліндр, з якого відкачували повітря, створюючи всередині вакуум. При підвищенні рівня атмосферного тиску циліндр стискувався, а коли тиск падав - розширювався. До циліндру прикріплювалася пружина, яка на шкалі відображала показання приладу.

Анероїдні барометри мали похибки, але були безпечні в побутовому застосуванні. До початку XVIII століття цими приладами почали активно користуватися мореплавці, заздалегідь визначаючи настання шторму. Мода на барометри стала набирати обертів, і в віталень заможних людей барометри стали звичною деталлю, що прикрашає інтер'єр.

З винаходом анероїдних моделей ртутні і водні барометри випускалися вкрай рідко, та й попит на них був уже в той час невеликий.

Для чого потрібен?

З часів Галілея людині настільки став звичний барометр, що сьогодні без цього приладу складно уявити сучасне життя. Він використовується в різних сферах нашої діяльності і виконує наступні функції.

  • Для визначення погоди. Однією з важливих задач, для якої призначені барометри, є визначення погоди. Цінність показників приладу полягає саме в тому, що прогнози можна зробити завчасно. Якщо має бути сонячна і тепла погода, показники барометра будуть високими, а якщо збирається піти дощ - низькі. Помітити зниження температурного режиму також можна по зниженню рівня атмосферного тиску. Для визначення погоди барометр не потрібно тримати на вулиці, в домашніх умовах він буде визначати рівень тиску нітрохи не гірше. Однак якщо ви живете в хмарочосі, тоді тиск на вашому приладі буде низьким навіть в ясний і погожий день.
  • Для визначення висоти. Пов'язано це з тим, що при видаленні від землі вгору тиск атмосфери знижується. Прилад, що визначає показник висоти над поверхнею землі, носить назву альтиметр. Він незамінний в авіації при визначенні рівня висоти, набраної літаком під час польоту. Перші такі прилади давали похибки в разі дощової і негоди, але їх сучасні аналоги працюють за іншим принципом, і коригування показань пілотам вносити вже не доводиться.

Різновидом барометра є прилад для вимірювання тиску рідини і газів, званий манометром.

Іноді в наукових дослідженнях потрібно дізнатися абсолютний показник тиску - в цьому випадку підсумовується показник манометра і атмосферного барометра.

Сучасній людині показання барометра потрібні для управління своїм самопочуттям. Ні для кого не секрет, що багато людей є метеозалежними від перепадів атмосферного тиску. Щоб запобігти погіршенню самопочуття, спостерігаючи за збільшенням показників барометра, можна вчасно прийняти ліки і не допустити, наприклад, стрибка артеріального тиску крові. У деяких випадках подібна обізнаність могла врятувати життя людині, що зайвий раз підкреслює те, що показники рівня атмосферного тиску мають незаперечну цінність.

огляд типів

Через два століття з моменту винаходу першого барометра його вид зазнав значних перетворення. Сьогоднішній барометр - це не крихкий скляний резервуар, заповнений ртуттю, а твердотільний прилад, який людина використовує не тільки в побуті, але і для вирішення найрізноманітніших завдань в різних життєвих умовах.

Електронний

Сучасний барометр найчастіше можна зустріти в цифровому виконанні, його ще називають електронним. Пристрій приладу полягає в тому, що дані з анероидного барометра перетворюються в цифровий сигнал, який через мікропроцесор виводиться на дисплей. Електронний барометр може бути вбудований в телефон, годинник або просто мати компактні розміри і використовуватися як самостійний прилад, незамінний в поході, на риболовлі або на дачі. У періодичної налаштування електронний барометр вже не потребує, але зате зажадає регулярної зміни батарейок, і якщо пропустити момент їх заміни, приладом скористатися буде неможливо.

механічний

Цей вид барометра найбільш популярний через високої точності показань. Механізм його влаштований досить складно і зовні прилад нагадує кишенькові круглі годинник, але зустрічаються і настільні варіанти, що мають форму з прямими кутами . Всередині герметичного корпусу розташована пара мембран, які перебувають у вакуумі. Мембрани зроблені з тонкої жерсті і чуйно реагують на стиск корпуса. При збільшенні рівня атмосферного тиску на зовнішні стінки приладу вони стискаються, передаючи імпульс внутрішнім мембран.

Якщо ж тиск падає, стінки приладу розширюються. До приладу приєднаний механізм з високою чутливістю до коливальних хвилях, що відображається за допомогою стрілки і шкали з поділками.

Барометр механічної конструкції доводиться періодично підлаштовувати за допомогою регулювального гвинта, але вони все одно користуються високим попитом через привабливого зовнішнього вигляду, і не потребують регулярної заміни батарейок харчування.

ртутні

Принцип роботи ртутного барометра полягає в підйомі і опусканні ртуті щодо шкали поділок. Такі прилади і по сей день є максимально точними, тому кожна метеорологічна станція оснащена ртутними барометрами, а тиск традиційно вимірюється в міліметрах ртутного стовпа - середній показник атмосферного рівня тиску становить 760 мм рт. ст. У побутових барометрах також може бути використана ртуть, але цей прилад являє собою загрозу для здоров'я при необережному з ним зверненні, тому ними мало хто користується.

рідинні

Прилади, робота яких заснована на застосуванні рідини, сьогодні знайти досить складно. Попит на них вкрай малий через те, що рівень атмосферного тиску вони визначають з великими похибками. Суть їх роботи полягає в зрівнянні рівня рідини щодо шкали вимірювання. Проблема таких приладів і їх неточною роботи полягає в тому, що рідини, що заправляють у них, можуть випаровуватися або володіти різною щільністю. Найбільш часто в рідинному барометр використовується вода або гліцерин. Рідини можуть бути пофарбовані спеціальними барвниками, але точності це їм не додає, скоріше, сприймається як декоративний ефект.

Купуючи барометр, необхідно віддавати собі звіт в тому, що він не є метеостанцією, здатною передбачати точні погодні параметри. Оперуючи даними рівня атмосферного тиску, не вийде визначити температурний фон повітря, напрям переміщення повітряних фронтів або інтенсивність опадів. Для визначення таких даних на метеорологічних станціях існує цілий ряд спеціальних приладів. Застосування барометра допоможе нам тільки дізнатися, чи буде поліпшення або погіршення погодних умов, рибалці він допоможе з'ясувати, чи буде клювання, мандрівникові - ймовірність дощу, пілотові - рівень набраної висоти.

Про те, як зробити барометр своїми руками, ви можете дізнатися нижче.