Барометр

Барометр, прибор для измерения атмосферного давления. Величина давления воздуха зависит от ускорения силы тяжести и от плотности воздуха. Ускорение силы тяжести больше в высших география, широтах, чем в низших, и уменьшается с возвышением места над уровнем моря. Плотность воздуха в высших слоях меньше, чем у поверхности земли; она зависит также от темп-ры воздуха и заключающихся в нем количеств паров п углекислоты. Вблизи уровня моря и при обычных средних условиях воздушный столб над некоторою поверхностью уравновешивается ртутным столбом примерно 0,76 .я высоты н с тем же основанием. Если достаточно длинную стеклянную трубку, с одного конца запаянную и наполненную до верха ртутью, погрузить открытым концом в ртуть, закрыв его только во время переворачивания трубки. то ртутный столб в трубке опустится до указанной высоты; над ртутным столбом образуется в трубке пустое пространство (торричеллиева пустота—vacuum), и посредством масштаба, приставленного к трубке, можно измерять вертикальное расстояние между уровнями ртути в трубке п в сосуде,—получим Б. простейшего устройства. Обе поверхности ртути, вследствие явления капиллярности (ртути и стекла), имеют форму выпуклых менисков; вертикальное расстояние между ними и называется барометрическою высотою. Атмосферное давление меняется с t°, поэтому и ба-рометрпч. высота зависит от t. При отсчетах по барометру 1^: должен быть поэтому измерена н принята в расчет. Для этой цели рядом с барометрической трубкой помещают термометр, указывающий Г ртути. Барометрическая высота но упомянутым причинам не только различна в разных местах земной поверхности, но она испытывает изменения и в одном и том же месте. Такие колебания бывают пли периодические, наступающие в определенные времена, или случайные. Б. изобрел Торричелли (1643 год). Название б а р о-м е т р (1665 г.) приписывают Бойлю; до него прибор назывался торричеллиевой трубкой. Конструкции барометра очень разнообразны. Барометры бывают ртутные и пружинные.

Т. Э. m. II.

I) Среди р т у т н ы х барометров различают: чашечный, сифонный и чашечно-сифонный; по применению их делят на постоянные и переносные.

Ч а ш е ч н ы ii Б. Фигура 1 представляет фортеновский переносный Б., видоизмененный Фюсом. Посредством ввинчивания сосуда G ртуть поднимается до прикосновения ее зеркальной поверхности со стальным острием на нижнем крае латунной трубки, заключающей в себе стеклян. барометрич. трубку. На этой латунной трубке нанесен масштаб, нулевая точка которого совпадает с острием. Уровень ртути наблюдается

Фигура 1. Фигура 2.

Фигура 3.

через два противоположных отверстия, прорезанных в латунной трубке. Отсчет производится при помощи нониуса N с приспособлением для установки на верхний уровень ртути. Нониус нанесен на особой подвижной латунной трубке, надетой на масштабную трубку. Точная установка производится винтом S. Воздух сообщается с сосудом посредством узкого отверстия О, которое в случае надобности может быть закрыто. Нижняя часть стеклянной трубки переходит в бунтеновское острие. В случае переноски прибора закрывают отверстие трубки пружинной кожаной подушкой F, подвинчивая сосуд, и затем переворачивают прибор вверх дном. Другой способ уста новки нониуса производится посредством зубчатки и кремальерки. В других форте-новских Б. подобного устройства ртуть заключается в кожаном или в эластичном каучуковом мешке, покрытом кожей; мешок этот может быть приподнят посредством винта (фигура 3). Для переноски всю верхнюю часть сосуда и торричеллиеву пустоту посредством винта заполняют ртутыо и затем весь прибор переворачивают вверх дном.

Сифон и ы е Б. более удобны для переноски. Стеклянная трубка имеет вид сифона. Фигура 2 изображает барометр Д а р-м ера. Обе стеклянные трубки соединены между собой резиновою трубкой с двумя зажимами, чтобы ртуть в трубке при переворачивании прибора имела достаточно пространства при расширении от нагревания. Уровни для отсчета могут быть подняты посредством слабого зажатия нижнего зажима. Приспособления у нониусов для установки на уровни передвигаются помощью зубчатки. Масштаб состоит из двух отдельных частей, прикрепленных к деревянному бруску таким образом, чтобы они могли свободно расширяться; расширения их от теплоты одинаковы, вследствие чего влияние расширения на отсчет устраняется отчасти или совсем, смотря по положению уровня. В сифонных Б. трубки монтируются или на деревянной доске или же в деревянном ящике. Приборы эти при надлежащей укупорке могут быть в обращенном положении удобно переносимы.

С и ф о н н ы о Б. с ч а ш к а м и. Па фигура 3 показан Б. Б и л ь д а - Ψ го с а. Длинное колено находится у С на продолжения короткого колена К. F не сообщается с наружным воздухом. Давление воздуха на ртуть производится через отверстие 6, когда винтовый запор открыт. Ртуть заключена в кожаном мешке; посредством винта она м. б. поднята в малом колене до нулевого деления масштаба. Весь прибор заключен в латунную трубчатую оправу, поддерживающую и масштаб. Приспособления для установки и отсчета у верхнего уровня подобны тем, которые имеются и у фортеновского В.; они м. б. применены и к нижнему уровню. Для точных измерений употребляют однако особый установочный визир. В случае переноски Б. в собранном виде поднимают ртуть, пока она не заполнит трубки Е, закрывают отверстие & и прибор переворачивают. Для посылки прибора на дальние расстояния ero разбирают.

Нор м а л ь н ы и Б. Так называется прибор, сконструированный для очень точных измерений. Служит для проверки и определения поправок в других Б.

Специальные Б. Для измерения небольших изменении атмосферного давления в одном и том Hie месте изготовляют особые Б. с увеличенными указаниями. Б сифонном Б. Г ю и гене а над ртутыо в коротком колене, которое сообщается с узкой трубкой, вливается подкрашенная легкая жидкость, например вода или .При незначительных изменениях барометрической высоты подкрашенная жидкость соответственно поднимается или опускается на расстояния во много раз большие. Такое увеличение показаний может быть выражено формулой: т — ns: (2$ + п — 1);здесь п—отношение менаду поперечными сечениями трубки с ртутью и узкой трубки, as—отношение плотностей ртути и подкрашенной жидкости.

Поправ к и. а) Поправка на i рту т и. Так как объём ртути меняется с изменением Т, то приводят барометрическую высоту к I таяния льда, то есть к 0°. Вычисляется приведенная барометрическ. высота И₀ но барометрич. высоте В при темп-ре i и но коэфф. расширения ртути и на основании ф-лы Л„ - В : (1+а¹), или же, если пренебречь высшими степенями а‘, на основании формулы И₀=В — аШ, где «=0,00018. Чтобы термометр верно указывал t ртути, он должен быть защищен от посторонних влияний,

б) М а с ш т а 0 н а я ион р а в к а. Длина масштаба также меняется от изменения t. Поэтому необходимо вводить темн-рную поправку для масштаба. Она равна ЬВ (/—(„), где I —коэфф. расширения (линейный) масштаба. В барометрич. высота при температуре I и („—установленная темп-pa, при которой масштаб верен. Коэффициенты расширения: для дерева 0,000004, для стекла 0,000008 и для латуни 0,000010. Вследствие применения точных делительных машин, погрешности делений масштаба настолько малы, что их нет надобности принимать в расчет. Но ошибки могут произойти от неправильного положения пулевой точки, если она находится на острие, а также от неправильного положения нулевой точки нониуса относительно отсчетной линии установленного приспособления. В этих случаях требуются постоянные поправки, в) П о-правка на капиллярную депрессию. Ртуть как жидкость, не смачивающая стеклянных стенок, испытывает в узких сообщающихся трубках депрессию, или понижение относительно нормального положения уровня. Приведенная здесь таблица капиллярных депрессий составлена на основании опытов Менделеева и

Таблица капиллярных депрессий.

Дням. Трубки В .ItAt		В Ы	сот	а м е	н и ска в миллиметров
Дням. Трубки В .ItAt	0,4	0,6	0.8	1,0	1,2	1,6	1,6	1,8
4	0,83	1.22	1,54	1,98	2,37
5	0,47	0,65	0;86	1,19	1,45	1,80
6	0,27	0,41	0,56	0,78	0,98	1,21	1,43
7	0,18	0,28	0,40	0.53	0,67	0,82	0,97	1,13
8		0,20	0,29	0,38	0,46	0,56	0,65	0,77
9		0,15	0,21	0,23	0,33	0,40	0,46	0,52
10			0,15	0,20	0,25	0,29	0,33	0,37
11			0,10	0,14	0,18	0,21	0,24	0,27
12			0,07	0,10	0,13	0,15	0,18	0,19
13			0,04	0,07	0,10	0,12	0,13	0,14

Гудковского. Депрессия тем меньше, чем меньше высота мениска и чем больше диаметр трубки. В трубках с сечением и 25 миллиметров - депрессия совсем ничтожна. Поправки таблицы положительны. Их величины не вполне надежны, так как данные различных наблюдателей до сих пор недостаточно согласуются между собой. Для В., предназначенных для точных измерений, но данным таблицы должен быть выбраны трубки с большим диаметром. Высота мениска не всегда одна и та же для каждого прибора и также не всегда одинакова для обоих колеи сифонного В. Причина этого заключается в окислении и загрязнении ртути, находящейся в сообщении с воздухом. Легким постукиванием по стеклянной трубке и подниманием ртути можно достигнуть образования нормального мениска, г) Поп р а в-ка на ускорение силы тяжести. От ускорения силы тяжести зависит как величина атмосферного давления, так и величина давления ртути. Так как ускорез ие силы тяжести зависит от географич. широты и от высоты над уровнем моря, то за исходную точку принимают нек-рое определенное ускорение силы тяжести и именно то, которое соответствует географической широте в 45° и уровню моря. Предполагая одинаковое давление воздуха, мы можем найти следующую зависимость между барометрич. высотой Lf в таком положении и барометрич. высотой В в другом положении: Z?^J0⁵ =В — Β(β cos 2φ + 2Н : Л). Здесь β=0,002644 (по Гельмерту), φ—географическ. широта, Н — высота над уровнем моря и R — радиус земного шара, равный около 6 370 000 метров Т. о. поправка на тяжесть равняется —Β(β cos 2φ + 2H:R). д) Поправка на воздух в вакууме. При осторожном наклонении Б. ртуть коснется закрытого конца трубки. Когда в вакууме нет совсем воздуха, тогда при толчке ртуть вызывает резкий звук; если же в вакууме имеется некоторое количество воздуха, то звук получается глухой, тусклый. Воздух собирается при этом в пузырек, к-рый легко заметить, если конец трубки свободен. Упругость заключенного воздуха меняется с величиною вакуума. Это влияние м. б. определено, если имеется возможность подниманием ртути значительно уменьшить вакуум. Определяют для этого барометрич. высоты By и В_г до и после уменьшения вакуума. Тогда, но Λ р а г о. (В, — В₂): (ν — 1) представляет собой поправку для В,; ν— отношение первоначального объёма к уменьшенному объёму вакуума. Проще однако можно определить влияние воздуха в вакууме совместно с другими погрешностями посредством сравнения отсчетов с одновременными отсчетами на нормальном Б. при разных температурах, е) И о и р а в к а н а упругость ртутных паров очень незначительна. Данные различ. наблюдателей относительно величины этой поправки значительно различаются между собой. Результаты упомянутых в (д) сравнений заключают в себе также и ошибки, обусловленные упругостью ртутных паров, ж) Поправка н а нечистоту ртути. Если а_г ист — удельные веса чистой и загрязненной ртути, то исправленная барометрич. высота равна В(ст—ст_г) : а,. В правильно сконструированных приборах эта поправка отсутствует.

Точность. При пользовании Б. средняя ошибка установки на уровень свободной рукой и простым глазом и отсчета по нониусу колеблется п пределах ±0.1—0.05 .«.ν; при измерении помощью катетометра она может быть доведена до ±0,01 .м.и и даже менее. Средняя ошибка в определении барометрической высоты больше. Для путевых барометров она сводится к ±0,2—0,15 миллиметров.

2) Б. пружинный (нивелирный, анероид, г о л о с т е р и ч е с к и fi м е-таллическин) служит главным образом для барометрич. измерения высот. Существенная часть прибора, предназначенного для измерения высот, состоит из герметически закрытой коробки В. воздух из которой по возможности выкачан; образована коробка двумя пружинящими волнообразными пластинками, припаянными к жесткому кольцу. Коробка лежит (фигура 4 и 5) на пластинке G и поддерживает цапфу а, к которой прилегает пружина F, уравновешивающая давление воздуха. Поперечник круглой коробки ок. δ—S см, соответственно чему давление воздуха на обе поверхности пластин составляет от 40 до 100 кв (приборы без пружин оказались менее надежными). При изменении атмосферного давления цапфа а перемещается в среднем на 0,005 миллиметров на каждый I миллиметров барометрической высоты. Такое малое передвижение измеряется посредством различных приспособлений. Смотря по устрой-, ству приспособления для отсчета, различают конструкции пружинных Б.: 1) с механическим увеличением передвижения а посредством рычагов и 2) с микрометрическим измерением этого передвижения посредством микрометрических винтов или же помощью оптического увеличения. Наиболее употребительными приборами такого рода являются: 1) Б. с указателем, системы Ноде, Боне н др. в которых передвижения точки а передаются указательной стрелке Ζ. поворачивающейся над разделенным кругом К посредством рычажного механизма (схематическое изображение см. на фигуре 4). Такое механич. увеличение, доходящее в больших инструментах до 500, оказалось на практике вполне удовле- ,_г_ __т_

творительным. ГР========Г-ГТТ7==Ш===Ч1

2)Б. винтовой Гольд-шмидтае чувствительной пружиной. Приспособление для отсчета см. на фигуре 5. Движения цапфы а передаются на шкалу S посредством рычага h. с указателем г; более точный отсчет делается помощью указателя О на окружности головкой измерительного винта ili, которым измеряется передвижение i до совпадения с г посредством чувствительной пружины.

Постоянные (константы) пружинных Б. Показания пружинных Б., зависящие также от В, должен быть переведены на показания нормального ртутного Б. Для этой цели необходимо ввести три поправки: 1) ί° - и а я поправка w, то есть приведение к нормальной t° показаний, обусловленных упругостью пружины, упругостью воздуха в коробке и расширяемостью различных частей прибора; 2) поправка де лений г, то есть приведение деления данного прибора к миллиметровым делениям ртутного Б.; 3) т. и. постоянная поправка s для устранения остающейся разницы после введения обеих первых поправок. Формула для приведения непосредственных отсчетов F на пружинном Б. к отнесенным к 0^е показаниям В₀ ртутного барометра следующая: В₀=F + го -)- г + s. Без таких поправок металлич. Б. нельзя пользоваться для сколько-нибудь серьезных целей. Трудности точного определения поправок для значительн. разниц В и шкалы, так же как и необходимость повторять такое определение несколько раз в году, представляют большое неудобство в практике барометричеек. измерения высот. О п р е д е-л е н и е постоянных производится посредством сравнения с одновременными показаниями ртутного Б. Последний должен допускать как установку, так и отсчет с точностью до ±0,1 миллиметров. Для этой цели применяются только нормальные Б. с трубками около 10—45 миллиметров¹ в сечения. Ртутный Б. в случае необходимости м. б. заменен тщательно проверенным и находящимся под постоянным контролем пружинным Б., предназначенным для сравнения показаний, что в некоторых случаях практики значительно упрощает сравнение. Правильнее определять различные поправки отдельно. П о-правка и а В проще всего определяется при возможно одинаковом атмосферном давлении посредством установления значительной разности В натопленной комнаты и охлажденной при открытой форточке во прими зимних морозов. Искусственное изменение В требует особых приборов и большого навыка, так как разница В должна достигаться только очень постепенно. В обоих случаях надо производить отсчеты в надлежащие промежутки (наир, через каждые 5°) в ту и другую стороны по нескольку раз. Разности В₀ — F (между показаниями ртутного Б. с искусственными приведениями и пружинного Б.) наносятся затем графически, принимая за абсциссы томп-ры прибора (тщательно определяемые по внутренним <°); отсюда, или из составленных таблиц, определяются затем поправки w. Поп р а в-к и д е л е н и и определяются при возможно постоянной температуре: 1) посредством подходящих изменений воздушных давлений в пределах от 30 до 40 миллиметров (соответствующих разностям высот от 300 до 400 jk); 2) посредством барометрич. сравнений во время восхождения на горы; 3) помощью применения особых аппаратов с искусственным изменением давления воздуха. Более простые приспособления такого рода возможны, если контрольным прибором служит также пружинный Б. Н последнем случае достаточно иметь герметически закрываемый стеклянной крышкой ящик, в котором при помощи насоса можно в известных пределах разрежать или сгущать воздух. Остающаяся после поправок на В и деления постоянная по п р а в к а в случае применения к измерениям высот пружинного Б. обыкновенно не принимается в расчет, так как она исключается при вычислении сама собой. Постоянные различия отдельных

приборов определяются контрольным (нормальным) барометром. Слишком большие различия и постоянных показаниях отдельных приборов устраняются посредством уравнительного впита г, изменяющего натяжение пружины F (фигура 4). Такой регулировки однако нужно по возможности избегать.

Т о ч и о с i ь п о к а з а н н и п р и б о р а. Пружинные Б. по самому своему устройству представляют интерполяционные приборы и поэтому прежде всего наиболее пригодны для измерения высот. Ошибка интерполяции пропорциональна времени. При малых промежутках времени, в несколько часов, как это бывает при технических измерениях высот, средняя интерполяционная ошибка не превышает 0,1—0,2 миллиметров;

при больших же промежутках возрастают ошибки и в течение месяцев и лет могут дойти до нескольких миллиметров. Ненадежные результаты измерений высот посредством пружинных Б. обусловливаются всегда ошибками в определении поправок, плохими качествами непроверенных приборов и малой опытностью лиц, пользующихся ими. Для определения поправок посредством контрольного прибора следует обращаться к соответствующему научному институту (техническому, геодезическому, физическому. метеорологическому и др.).

В а р о м е т p-а нереид в а в и а и и и и в о з д у х о п л а в а н и и —см. Iлътимет]>.

Пит.: Л ю г> о с л а в с к и ii Г. К., Основании учения о погоде, СПБ, 1912; Рахмапов Г. К. Основы метеорологии, М. Л. 1925; Нано J., Lelir-buch d. Meteorologie, Lpz., 1922; Rob i t z s c h M., BeobarhI ungsmethoden der inodorum Meteorologie, B., 1925; Bennewitz K., Fluffzeugmstrmnftlite, B., 1922; К x n e г I·. Iiynamische Metrorolouie,Lpz., 1917; Bjerknes V., тае Dynamics ot tbe Circular Vortex, Kristiania, 1921. а. Ясссн.