Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
МеТеОрОл.ЛАБОРАТОРНІ 2009.doc
Скачиваний:
3
Добавлен:
09.11.2019
Размер:
1.03 Mб
Скачать

3.5. Лабораторна робота № 5. Вивчення методів визначення атмосферного тиску та їх практичного застосування

Обладнання: барометр-анероїд метеорологічний, барометр побутовий.

Завдання 1. Проаналізувати систему одиниць, що застосовуються при визначенні атмосферного тиску, та взаємопереходи між ними.

Завдання 2. Ознайомитись з будовою та принципами роботи основних приладів для визначення атмосферного тиску:

  • барометра – анероїда,

  • барометра ртутного чашечного,

  • барографа-самописця.

Замалювати їх будову в зошиті, описати принципи роботи.

Завдання 3. Ознайомитись з основними барометричними формулами і сферами їх практичного застосування.

Завдання 4. Розв’язати задачі за барометричними формулами Бабіне та Лапласа.

Завдання 5 (висновок). Дати порівняльну оцінку барометричних формул, що застосовуються у метеорології.

Теоретичні відомості до роботи

Атмосферний тиск – це сила, з якою повітря тисне на одиничну площу біля поверхні землі.

Стандартний атмосферний тиск – це тиск, що врівноважується масою стовпчика ртуті висотою 760 мм з основою 1 м2 при температурі 150С на географічній широті 450 і на рівні моря, де прискорення вільного падіння дорівнює g=9,80665 м/с2.

Саме тому початковою одиницею для вимірювання атмосферного тиску став 1 мм. рт. стовпчика. Це – умовна одиниця, а абсолютною одиницею для виміру атмосферного тиску у системі одиниць СІ є Паскаль.

1 Паскаль – це тиск, що спричиняється силою в 1 Ньютон, яка рівномірно діє на одиничну поверхню площею 1 м2.

1 Па = 1 Н/1 м2

На практиці частіше використовують гектопаскалі.

1 гПа = 100 Па

Стандартний тиск на рівні моря при температурі 150С на географічній широті 450 становить 1013,25 гПа (або 760 мм. рт. ст.)

Перехід від однієї системи одиниць для виміру атмосферного тиску до іншої здійснюється за формулами:

1 мм. рт. ст. = 3/4 гПа

1 гПа = 4/3 мм.рт.ст.

В метеорології широко використовується поняття баричного ступеня та вертикального баричного градієнта.

Баричний ступінь – це кількісний показник, що характеризує висоту в атмосфері, при піднятті чи опусканні на яку значення атмосферного тиску змінюється на модиницю (1 гПа). Середнє значення баричного ступеня дорівнює 8 м (для приземного шару атмосфери).

Баричний градієнт – це кількісний показник, що характеризує зміну в атмосфері тиску на одиницю висоти (найчастіше – на 100 м). Середнє значення баричного градієнта дорівнює 12 гПа/100 м (у приземному шарі атмосфери).

Баричний градієнт розраховують за формулою:

G = 3,42*(Р/Т)

Тут Р і Т – відповідно значення тиску і температури, осереднене для деякого шару (100 м).

Баричний ступінь розраховують за формулою:

Нб = 100/ G або Нб = 8 000/Р*(1+аt)

Барометричні формули та сфери їх застосування.

Між висотою, температурою та атмосферним тиском існує чітка залежність, яку фізично обґрунтовує основне рівняння статики атмосфери:

  • dp/dz = rg,

де:

р – атмосферний тиск,

z - висота над рівнем моря,

r - густина повітря,

g - прискорення вільного падіння.

У результаті інтегрування даного рівняння отримують ряд барометричних формул, які мають широке застосування на практиці. Найбільш відомими з них є формули Бабіне та Лапласа, які мають такий вигляд:

Формула Бабіне:

Н = 16 000*((Р0 – Р1)/ (Р01))*(1 + аt)

Формула Лапласа:

Н = 18 400*(1 + аt)*lgР01,

де:

Н – перевищення між двома рівнями 0 і 1,

Р0, Р1 – атмосферний тиск на цих рівнях,

а – коефіцієнт об’ємного розширення газів, а = 0,004,

t - середня температура шару Н.

Барометричні формули широко використовуються для розв’язання таких типів задач:

  • визначення атмосферного тиску на верхньому або нижньому рівнях, якщо відоме перевищення між рівнями та середня температура шару,

  • визначення перевищення між двома рівнями в атмосфері, якщо відомі тиск і температура на них,

  • приведення тиску до рівня моря (з метою стандартизації та уніфікації даних),

  • визначення середньої температури шару на основі даних про зміну тиску.

Найчастіше застосовується формула Бабіне, оскільки вона є простішою у використанні, не містить логарифмів.

Нижче наведемо перетворений вираз для розрахунку атмосферного тиску на верхньому або нижньому рівнях:

Р10*((16 000(1 + аt) – Н)/ (16 000(1 + аt) + Н))

Р01*((16 000(1 + аt) + Н)/ (16 000(1 + аt) - Н))

Рис. 10. Ртутний чашечкоеий Рис. 11. Бараметр-анероїд

барометр

Крім того, є прилади, принцип дії яких грунтується на пружних дефор­маціях порожніх металевих коробочок під впливом зовнішнього тиску иа них. Це анероїди і барографи (рис. 11,12).

Рис. 12. Барограф

Задачі до лабораторної роботи № 5.

  1. Біля поверхні землі виміряно атмосферний тиск 980 гПа, температура повітря становить 270С. Визначити значення тиску на висоті 500 м, якщо вертикальний температурний сградієнт становить 0,80С/100 м.

  1. Визначити висоту київської телевежі, якщо відомо: біля її підніжжя виміряно атмосферний тиск, який дорівнює 993 гПа, температура -2,50С. На верхньому майданчику тиск становить 945 гПа, температура повітря -7,50С. Провести розрахунок двома методами, порівняти результати.

  1. На висоті 800 м атмосферний тиск становить 900 гПа, а температура повітря 150С. Визначити тиск на висоті 200 м, якщо у повітрі спостерігається ізотермія.

  1. На вершині гори атмосферний тиск становить 890 гПа, температура повітря 170С, а біля її підніжжя тиск становить 995 гПа, температура 280С. Визначити висоту гори двома способами, порівняти отримані результати.

  1. Привести тиск до рівня моря: на висоті 1,7 км р=975 гПа, температура на цьому рівні -8,50С. На рівні моря температура становить 1,40С.

  1. Привести тиск до рівня моря: на висоті 1000 м р=775 гПа, температура на цьому рівні – 5,00С. На рівні моря температура становить 3,40С.

  1. Привести тиск до рівня моря: на висоті 1,5 км р=600 гПа, температура на цьому рівні -10,50С. На рівні моря температура становить 14,50С.

  1. Привести тиск до рівня моря: на висоті 11 км р=10 гПа, температура на цьому рівні – 50,00С. На рівні моря температура становить 15,00С.

  1. Перевести у мм. рт. ст. : р1=990 гПа, р2=1000 гПа.

Перевести у гПа: р1=750 мм. рт. ст, р2=765 мм. рт. ст.

  1. Перевести у мм. рт. ст. : р1=90 гПа, р2=10 гПа.

Перевести у гПа: р1=50 мм. рт. ст, р2=15 мм. рт. ст.

  1. Перевести у мм. рт. ст. : р1=500 гПа, р2=100 гПа.

Перевести у гПа: р1=740 мм. рт. ст, р2=100 мм. рт. ст.

  1. Якою повинна була б бути середня температура тропосфери, якби на її верхньому рівні атмосферний тиск становив би:

Варіант

Значення тиску на верхньому рівні тропосфери, гПа

1

100

2

40

3

50

4

200

5

25

6

150

7

10

8

5

9

15

10

75

11

60

12

55

13

65

14

110

15

125

16

120

17

40

18

250

19

225

20

175

21

180

22

35

23

30

24

90

25

95

Примітка: за приземний тиск брати значення стандартного атмосферного тиску. При розрахунку також приймати за основу середню висоту тропосфери в помірних широтах.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.