Почему мы так говорим?
О длине или массе принято говорить, что они большие или маленькие, увеличиваются или уменьшаются. А об атмосферном давлении говорят, что оно высокое или низкое, повышается или понижается. Эта традиция установилась еще со времен Эванджелиста Торричелли в 17 веке. Тогда атмосферное давление измеряли с помощью жидкостного барометра, где основную роль играл столб ртути, который, соответственно, повышался или понижался (см. рис. 1).
Рис. 1. Ртутный барометр
Сегодня атмосферное давление принято измерять с помощью барометров-анероидов – безжидкостных барометров (см. рис. 2).
Рис. 2. Барометр-анероид
Устройство барометра-анероида
Основу барометра-анероида составляет гофрированная (волнистая) металлическая коробка А (см. рис. 3). Внутри коробки воздуха нет, его откачивают при изготовлении барометра. Чтобы коробку не расплющило атмосферным давлением, ее удерживает упругая металлическая пластина, один конец которой соединен с основанием барометра. Второй конец упругой пластины специальным механизмом соединен со стрелкой барометра В.
Рис. 3. Устройство барометра-анероида
Если атмосферное давление будет изменяться, соответственно, будет изменяться и сила, сдавливающая металлическую коробку. Тогда через пластину и механизм даже небольшое изменение толщины коробки вызовет заметное перемещение конца стрелки на фоне шкалы С.
Зависимость атмосферного давления от высоты
Барометр-анероид – очень чувствительный прибор. Его показания изменяются в зависимости от высоты над уровнем моря. Измерения показали, что если высота небольшая (до 1 км), то увеличение высоты на 12 м приводит к уменьшению атмосферного давления на 1 мм рт. ст. Чем выше мы будем подниматься над уровнем моря, тем ниже будет атмосферное давление. Даже если с барометром в руках подняться на лифте с первого этажа на последний этаж многоэтажного дома, барометр-анероид зафиксирует уменьшение атмосферного давления.
Измеряя атмосферное давление, можно определить высоту, на которой находится барометр (см. рис. 4). Приборы, работающие на этом принципе, называются альтиметрами. Они широко используются в авиации.
Рис. 4. Определение высоты по атмосферному давлению
В ясную погоду на уровне моря атмосферное давление составляет 760 мм рт. ст. или 760∙133,3 Па = 101,3 кПа. Это так называемое нормальное атмосферное давление.
Манометры
Часто бывает необходимо знать не атмосферное давление, а так называемое относительное давление. Это разница между атмосферным давлением и давлением в каком-либо сосуде. Для этого применяют приборы, которые называются манометрами.
Рассмотрим устройство жидкостного манометра. Его основу составляет стеклянная U-образная трубка, заполненная жидкостью (обычно водой). Правое колено сообщается с атмосферой. При помощи шланга к манометру присоединен сосуд, который в начале опыта тоже сообщается с атмосферой. При этом уровни воды в манометре находятся у отметки 0 см. Затем, откачивая насосом воздух, мы уменьшаем его давление в сосуде. При этом вода в манометре смещается влево, и по разнице уровней воды в коленах манометра можно судить о том, насколько давление в левом колене (давление воздуха в сосуде) меньше, чем атмосферное. Например, на рис. 5 разница уровней воды в коленах составляет 40 см. Можно сказать, что давление в сосуде меньше атмосферного на 40 сантиметров водяного столба (см вод. ст.)
Рис. 5. Жидкостный манометр
Переведем 40 см вод. ст. в паскали с помощью известной формулы для расчета давления на дно и стенки сосуда:
Применение жидкостных манометров не всегда удобно. Для получения давления необходимо переводить сантиметры водного столба в паскали, жидкостные манометры не могут работать в условиях тряски (например, на транспорте). Поэтому на практике широкое применение получили так называемые деформационные металлические манометры, на шкале которых сразу показаны значения давления в паскалях (точнее, строго говоря, превышение давления над атмосферным).
В основе работы металлического деформационного манометра лежит, как следует из названия, деформация металлической дугообразной трубки. Внутри трубки содержится газ, давление которого необходимо измерить. При помощи двух тяг движение трубки передается стрелке (см. рис. 6), которая вращается на оси. Конец стрелки передвигается по шкале. Трубка, стрелка, шкала помещены внутрь корпуса, закрытого стеклом.
При увеличении давления газа внутри трубки она немного распрямляется, ее концы удаляются друг от друга, и это движение тягами передается стрелке, конец которой смещается вправо по шкале. При уменьшении давления стрелка сместится в обратном направлении под действием сил упругости в трубке.
Рис. 6. Металлический манометр
Заключение
В заключение необходимо еще раз обратить внимание на то, что атмосферное давление измеряют с помощью барометров-анероидов. А давление, которое больше или меньше атмосферного, измеряют с помощью манометров той или иной конструкции.
Список литературы
- Перышкин А. В. Физика. 7 кл. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2010.
- Перышкин А. В. Сборник задач по физике, 7–9 кл.: 5-е изд., стереотип. – М: Издательство «Экзамен», 2010.
- Лукашик В. И., Иванова Е. В. Сборник задач по физике для 7–9 классов общеобразовательных учреждений. – 17-е изд. – М.: Просвещение, 2004.
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
- Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов (Источник).
Домашнее задание
- Лукашик В. И., Иванова Е. В. Сборник задач по физике для 7–9 классов №570, 572, 574, 576, 577, 599, 600, 601.
