1.4. Прилади для вимірювання атмосферного тиску

Для вимірювання атмосферного тиску в метеорологічній практиці використовують деформаційні й рідинні барометри (від грецької baros – тяжіння, вага й metreo – виміряю). Найбільш поширені рідинні барометри, принцип дії яких оснований на врівноваженні атмосферного тиску вагою стовпу рідини. Принцип дії деформаційного барометру (анероїда) оснований на пружних деформаціях мембранної коробки.

Для визначення атмосферного тиску до показань ртутного барометру вводять поправки: 1) інструментальну, що виключає похибки виготовлення; 2) поправку для приведення показань барометру до 0°С, оскільки показання барометру залежать від температури (зі зміною температури змінюється щільність ртуті й лінійні розміри деталей барометра); 3) поправку для приведення показань барометру до нормального прискорення вільного падіння (gn = 9,80665 м/с²), яка обумовлена тим, що показання ртутних барометрів залежать від географічної широти й висоти над рівнем моря точки спостережень.

Найбільш точними стандартними приборами є ртутні барометри: ртуть завдяки великої щільності (13,596 г/см³) дозволяє отримати в барометрі порівняно невеликий стовп рідини, зручний для вимірювання. Ртутні барометри являють собою дві сполучені посудини, заповнені ртуттю, одна з яких – скляна трубка довжиною близько 90 см, яка запаяна зверху і не містить повітря.

Залежно від форми сполучених посудин ртутні барометри поділяють на 3 основних типи: чашкові, сифонні й сифонно-чашкові (рис. 1.1). На практиці використовують чашкові й сифонно-чашкові барометри. На метеорологічних станціях використовують станційний чашковий барометр (рис. 1.1, 1.2). Деформаційний барометр або барометр-анероїд (від грецької а – заперечна частка, nerys – вода, тобто який діє без рідини, додаток А, Б) вимірює атмосферний тиск на основі пружніх деформацій. Приймальною частиною анероїду (рис. 1.1) є кругла металічна коробка А з гофрованою основою, всередині якої створюється сильне розрідження. При підвищенні атмосферного тиску коробка стискується і тягне пружину, яка причеплена до неї; при зниженні тиску пружина розтискається і верхня основа коробки піднімається. Переміщення кінчика пружини передається стрілці В, яка переміщується шкалою С. В останніх конструкціях замість пружин використовують більш пружні коробки. До шкали причеплено дугоподібний термометр, який служить для внесення поправки до показань анероїда на температуру. Для отримання істинного значення тиску показники анероїду потребують поправки, які визначаються порівнянням із ртутним барометром. Похибка вимірювань складає 1-2 мбар.

Рис. 1.1 – Ртутні барометри

Рис. 1.2 – Барометр-анероїд

Барограф М-22А (додаток В) призначений для безперервної реєстрації атмосферного тиску. Прийомна частина барографа складається з декількох анероїдних коробок. Частиною приладу, що реєструє, є барабан (з годинним механізмом усередині) зі стрічкою, на якій записується тиск протягом доби або тижня.

Лабораторна робота № 2

Тема: спостереження за атмосферним тиском

Мета: набути практичних навичок та засвоїти методи вимірювання атмосферного тиску; проаналізувати зміну атмосферного тиску з висотою відносно поверхні Землі.

Прилади, обладнання, матеріали: барометр - анероїд, компас, таблиці та графіки.

Хід роботи

1. Ознайомитись з будовою та призначенням анероїда.

2. Визначити атмосферний тиск по черзі на нижньому та верхньому пунктах (це може бути багатоповерховий будинок, пагорб, скеля й ін.). Спостереження розпочинають лише після того, як температура анероїда зрівняється з температурою повітря. У опорному пункті проводиться відлік температури та атмосферного тиску ( не менше двох разів).

3. В показники анероїда ввести шкалові, температурні та додаткові виправлення, які містяться в сертифікаті приладу.

4. Підрахувати середні значення тиску і температури повітря для верхнього та нижнього пунктів.

5. Визначити рівень перевищення верхнього пункту над нижнім за формулою барометричного нівелювання ( формула Бабінє).

H = 16000 (1+0.00366 t₁+t₂/2) p₁-p₂/p₁+p₂

де Н - перевищення, у м; р₁ і р₂ - тиск повітря на нижньому й верхньому рівнях, у гПа, мбар або мм рт. ст.; t₁ і t₂ - температура повітря відповідно на нижньому й верхньому рівнях; 0,00366 — коефіцієнт розширення газу.

Результати спостережень і розрахунків занести в таблицю:

№ варіанта	р1, ГПа	t1,ºС	р2, гПа	t2, ºС
1	399	9¸2	992	7,1
2	994	9¸1	991	7,2
3	990	8¸8	988	5,8
4	890	7¸1	888	5,2
5	895	6¸0	890	3,0
6	880	8¸8	871	4,8
7	875	9¸9	872	4,3
8	870	9¸1	863	4,7
9	865	9¸3	861	4,9
10	860	9¸5	854	5,2

6. За результатами нівелювання визначити вертикальний барометричний градієнт Р та барометричний ступінь Н.

Н(м)= 8000/Р = ( 1+t)

Завдання:

1 На нижньому рівні тиск повітря p₁=1004,6гПа, температура повітря t₁=10,5⁰С, на верхньому рівні тиск повітря p₂=1002,6гПа, температура повітря t₂=10,0⁰С. Знаходим рівень перевищення між двома пунктами.

2. Визначити висоту гір, якщо атмосферний тиск у підніжжя складає 1020 гПа, а температура повітря дорівнює 26⁰С, на вершині гори тиск – 980 гПа, температура – 14⁰С.

3. Визначити барічну ступінь у поверхні Землі при тиску 1000 гПа и температурі повітря – 30⁰С; 0⁰С; 20⁰С.

4. На метеорологічній станції, висотою 300 м, тиск дорівнює 980 гПа, а температура – 6⁰С. Визначити тиск на рівні моря.

5. Визначити горизонтальний барічний градієнт (ГБГ), якщо на синоптичній карті на двох станціях, розміщених на відстані 400 км, проходять ізобари 995 и 990 гПа.

Контрольні запитання:

1. Для чого вимірюється температура година барометричного нівелювання?

2. Що таке барометричний ступінь?

3. Що таке горизонтальний барометричний градієнт?

4. Одиниці вимірювання атмосферного тиску? Їх співвідношення.

4. Яка причина атмосферного тиску?

5. Якими приладами вимірюється тиск?

7. Які одиниці вимірювання тиску?

До звіту включається: а) система анероїда; б) матеріали спостережень та їх опрацювання; в) таблиці; г)текстова частина; д) відповіді на контрольні запитання.