Лабораторна робота 3 Атмосферний тиск, прилади для визначення, спостереження і обробка інформації

Мета роботи: Засвоєння поняття «атмосферний тиск», вивчення будови приладів, якими вимірюється атмосферний тиск, та правила користування ними, одиниці вимірювання, спостереження, обробка інформації, реєстрація

Прилади та обладнання: барометр станційний, барометр-анероїд, барограф

Теоретичні відомості

Повітря, яке оточує земну кулю, має масу і тисне як на поверхню землі, так і на всі предмети, які є на ній.

Атмосферним тиском називається сила з якою тисне на одиницю площі підстилаючої поверхні маса вертикального стовпа повітря, що знаходиться між земною поверхнею і верхньою межею атмосфери. Нормальний тиск повітря (при температурі 0° С на рівні моря на широті 45°) врівноважується тиском (масою) ртутного стовпа висотою 760 мм і площею поперечного перерізу 1 см². Атмосферний тиск вимірюється висотою ртутного стовпа у міліметрах (мм), вага якого врівноважується тиском атмосфери, На висоту ртутного стовпа здійснює вплив, крім зміни атмосферного тиску, температура і сила тяжіння. Тому для порівняння значень, висота ртутного стовпа приводиться до температури 0° С, широти 45° і рівня моря. На рівні моря і на широті 45° прискорення сили тяжіння g = 980,6 см/сек².

У відповідності з міжнародною системою одиниць вимірювання СИ, основною одиницею для вимірювання атмосферного тиску є гектопаскаль (гПа), 1 гПа = 100 Па. Паскаль (Па) дорівнює силі в 1 ньютон (Н), що діє на площу 1 м², тобто 1 Па = 1Н/м².

Однак, на практиці застосовують в основному одиниці вимірювання тиску: мілібар (мб) і міліметр ртутного стовпа (мм рт. ст.). Мілібар – одиниця атмосферного тиску, яка дорівнює силі у 1000 дін, що діє на 1 см².

Співвідношення між системними та позасистемними одиницями атмосферного тиску:

1 гПа = 1 мб = 0,75 мм рт. ст.;

1 мм рт. ст. = 1,33 мб = 1,33 гПа.

Тиск атмосфери з підняттям вгору зменшується. Чим вище розміщена точка, або поверхня, тим на неї тисне менша маса атмосфери. Зміну тиску з висотою визначають за барометричним рівнянням, найпростіші формули якого мають вигляд:

1) формула Бабіне (застосовується при різниці висот до 2 – 3 км)

h = 16000 (1+αt_с) (P_H – P_B)/( P_H + P_B) (3.1)

2) скорочена формула Лапласа (застосовується при різниці висот понад 2 – 3 км)

h = 18400 (1+αt) lg (P_H / P_B), (3.2)

де h – різниця висот двох точок, м;

P_H і P_B – тиск у нижній і верхній точках, гПа;

α – коефіцієнт об’ємного розширення повітря

α = 1/273 К = 0,004,

де t_с – середня температура повітря, ⁰С

t_с = (t_н + t_в) / 2, (3.3)

де t_н і t_в – температура в нижній і верхній точках, ⁰С.

Зміна тиску з висотою характеризується поняттям барична ступінь (барометрична сходинка) – це відстань h (м) по вертикалі, на якій тиск змінюється на 1 мб або 1 гПа. Визначають баричну ступінь із рівняння Бабіне

h = 8000 (1+ αt) / P, (3.4)

де t і Р – відповідно температура ⁰С і тиск повітря, гПа, мб, у точці для якої визначають баричну ступінь.

Атмосферний тиск за допомогою формули 3.5 приводять до рівня моря:

Р_м = Р_ст + Н / h, (3.5)

де Р_м – тиск на рівні моря, гПа, мб, Р_ст – тиск на метеорологічній станції, гПа, мб, Н – висота станції над рівнем моря, м, h – барична ступінь, гПа, мб на 1 м.

За допомогою барометричних формул можна визначити висоти окремих точок місцевості над рівнем моря.

В

Рис. 3.1. Станційний чашечний барометр

изначення висоти (або різниці висот) за допомогою барометричних формул називається барометричним нівелюванням.

Згідно [1] на метеостанціях визначаються наступні характеристики атмосферного тиску: тиск на рівні станції; тиск приведений до рівня моря; значення баричної тенденції; характеристика баричної тенденції

Прилади для вимірювання атмосферного тиску.

Для вимірювання атмосферного тиску в даний момент часу використовують ртутні барометри і барометри-анероїди (М-67; М-98; БАММ-1), а для безперервної реєстрації змін атмосферного тиску протягом доби, або тижня застосовують добові, або тижневі барографи (М-22АС або М-22АН)

Р

Рис. 3.2. Шафа барометрична

тутні барометри – це точні прилади, які встановлюють у приміщеннях метеостанції, або дослідних установ. Для потреб народного господарства більш практичними є менш точні, але зручніші прилади – барометри-анероїди їх застосовують для вимірювання атмосферного тиску в межах від 400 до 1070 гПа при температурі від – 40 до + 50 °С. Дія барометра-анероїда ґрунтується на властивості мембранної анероїдної коробки деформуватися під час зміни атмосферного тиску.