Ciśnienie atmosferyczne

Transkrypt

1 Ciśnienie atmosferyczne

2 Definicje Ciśnienie atmosferyczne jest to siła nacisku słupa powietrza o wysokości równej wysokości atmosfery od danego poziomu do jej górnej granicy i o powierzchni jednostkowe. Może być też: Ciśnienie atmosferyczne to ciśnienie wywierane przez ciężar atmosfery. Ciśnienie atmosferyczne określa nacisk słupa atmosfery na jednostkę powierzchni Ziemi Ciśnienie atmosferyczne jest siłą wywieraną na jednostkę powierzchni Cząsteczki gazów składających się na powietrze wywierają ciśnienie we wszystkich kierunkach. Najwyższe ciśnienie jest przy powierzchni ziemi ponieważ jest wywierane przez całe powietrze zawarte w słupie o jednostkowej podstawie. Wartość ciśnienia zależy od: 1. wysokości słupa atmosfery znajdującego się nad powierzchnią pomiaru, 2. gęstości powietrza znajdującego się w słupie atmosfery nad powierzchnią pomiaru, 3. wartości przyspieszenia ziemskiego (siły ciężkości) Ciśnienie normalne jest to ciśnienie, które równoważy słup rtęci o wysokości 760mm, w temperaturze 0 C, na poziomie morza, na 45 szerokości geograficznej.

3 Jako pierwszy pomiaru ciśnienia atmosferycznego dokonał Toricelli w 1643 roku. Toricelli uważany jest też za twórcę pierwszego barometru rtęciowego Jednostki ciśnienia atmosferycznego milimetry słupa rtęci milibary hektopaskale 1 mm Hg = 1,33 hpa 1 hpa = 0,75 mm Hg 1 hpa = 1mbar

4 Zasady pomiaru ciśnienia atmosferycznego P1 - ciśnienie wywierane przez powietrze na poziomie A. P2 - ciśnienie wywierane przez słup rtęci na poziomie A. P0 - ciśnienie nad słupem rtęci, w przybliżeniu równe zero. P2 = P0 +pgh ; P1=P2 ; P0 =0 Dlatego: P2 = pgh Gdzie: ρ - gęstość cieczy (tu rtęci), g - przyspieszenie ziemskie Jeżeli zamknięta na jednym końcu i opróżniona z powietrza rurka szklana zostanie umieszczona w naczyniu z rtęcią to wówczas pod wpływem ciśnienia atmosferycznego rtęć wypełni rurkę do poziomu, przy którym ciśnienie hydrostatyczne zrównoważy ciśnienie atmosferyczne Podobnie będzie gdy nalejemy rtęci do jednostronnie zamkniętej rurki, wygiętej w kształcie litery U. Usunięcie powietrza z zatopionego ramienia rurki spowoduje podniesienie się w nim poziomu rtęci powyżej jej menisku w ramieniu otwartym. W zależności od zmian ciśnienia zmieniać się będzie wysokość słupka rtęci. Wysokość tę można uznać za miarę ciśnienia

5 Przyrządy Barometry cieczowe deformacyjne naczyniowe lewarowe lewarowo- naczyniowe

6 Barometry naczyniowe najszerzej stosowane w meteorologii Barometr rtęciowy ( stacyjny) Budowa i zasada działania: Rurka barometryczna zatopiona u góry, wypełniona rtęcią, ponad rtęcią jest próżnia Metalowe naczyńko wypełnione rtęcią, w pokrywie naczynka jest otwór zakręcany śrubą, jej częściowe odkręcenie powoduje dopływ powietrza do rtęci co umożliwia pomiar ciśnienia metalowa obudowa, skala z noniuszem umożliwiająca pomiar z dokładnością do 0,1 hpa (0,1 mm Hg) Termometr Podczas wzrostu ciśnienia część rtęci ze zbiorniczka przemieszcza się do rurki, wydłużając w ten sposób słup rtęci, podczas spadku ciśnienia słup rtęci opada a poziom rtęci w naczyńku podnosi się

7 Barometr Fortina

8 Barometry deformacyjne Aneroid Budowa: Czujnik puszka Vidiego płaska zamknięta puszka pozbawiona powietrza wykonana z cienkiej i sprężystej karbowanej blachy, wewnątrz której ciśnienie jest obniżone puszka ta ulega deformacjom - przy wzroście ciśnienia jej ścianki ulegają ściskaniu, w przypadku spadku ciśnienia siły sprężystości blachy starają się ją "rozszerzyć". W rezultacie zmiany ciśnienia powodują zmiany "grubości" puszki Vidiego Układ dźwigni; wskazówka i skala (zmiany ciśnienia, za pomocą systemu odpowiednich przekładni przenoszone są na ruch wskazówki pomiarowej przyrządu, przesuwającej się na tle skali). Dodatkowo może być układ kompensujący wpływ zmian temperatury przyrządu na jego wskazania (układ kompensujący rozszerzalność termiczną jego metalowych części)..

9 Wewnątrz przyrządu karbowana powierzchnia puszki Vidiego i mechanizm przenoszący deformacje puszki Vidiego na wskazówkę pomiaru ciśnienia (czarna). Druga wskazówka (złota) daje się przekręcać pokrętłem, po pomiarze ustawia się ją tak, aby pokrywała wskazówkę pomiarową. Przy następnym pomiarze ciśnienia można dzięki temu ocenić, w którą stronę (wzrost, spadek) i o jaką wielkość nastąpiła zmiana ciśnienia. Aneroid jest wyposażony w dwie skale -, zewnętrzna wewnętrzna - w hpa (lub mb). Przed odczytem ciśnienia należy delikatnie stuknąć paznokciem w szybkę przyrządu.

10 Barograf przyrząd samopiszący (mierzący i rejestrujący przebieg ciśnienia atmosferycznego) Budowa: kilka (zazwyczaj 4-6) puszek Vidiego połączonych szeregowo (bateria), tak, aby uzyskać odpowiednio dużą amplitudę deformacji i odpowiednio dużą siłę, pozwalającą na pokonanie oporów tarcia pisaka o papier. system dźwigni zakończony wskazówką z pisakiem, przylegającym do bębna bęben napędzany mechanizmem zegarowym; na bęben nałożony jest pasek papieru ( barogram) ze skalą czasową i wartościami ciśnienia atmosferycznego Zasada działania: odkształcenia puszek są przekazywane przez system dźwigni na barogram dobowy Barograf tygodniowy

11

12 Barometry na stacjach automatycznych Na stacjach automatycznych montuje się barometr PMT16A barometr pojemnościowy silikonowy dokładny, zachowuje dokładność przez długi okres czasu, kontrola1 raz w roku stabilny w szerokim zakresie temperatury Instalacja- płyta główna rejestratora danych

13 Sprowadzanie wskazań barometru do warunków normalnych Wysokość słupka rtęci w barometrze zależy nie tylko od ciśnienia atmosferycznego ale również od: Temperatury powietrza Wielkości przyciągania ziemskiego zależnej od: Szerokości geograficznej i wysokości n. p. m. Wraz ze wzrostem wysokości maleje wysokość słupa atmosfery, maleje również mierzone ciśnienie. Zmiany ciśnienia wraz z wysokością na pierwszych 2000 m od powierzchni morza zachodzą szybko - przy wzroście wysokości o około 8 m ciśnienie atmosferyczne maleje o 1 hpa. W rezultacie, pomiary wykonane w tym samym punkcie i tym samym czasie na różnych wysokościach, dadzą odmienne wartości ciśnienia. Dodatkowo na zmiany ciśnienia w tym samym punkcie wpływać będą zmiany temperatury powietrza..

14 Sprowadzanie wskazań barometru do warunków normalnych Wskazania barometru sprowadza się do warunków normalnych czyli Wysokość 0 m n.p.m. Szerokość geograficzna 45 temperatura powietrza równa 0 C. Wprowadzamy więc poprawki w zależności od warunków, w których mierzymy ciśnienie; jest to poprawka ze względu na: temperaturę powietrza Wysokość n.p.m. Szerokość geograficzną korzystamy z gotowych, stabelaryzowanych wartości poprawek, znak poprawki musimy, w zależności od warunków, wprowadzić samodzielnie.!!! temperatura Znak poprawki Wysokość n.p.m. Szerokość geograficzna <0 >0 <0 m >0 m < 45 >

15 Niwelacja barometryczna Dla porównywania pomiarów ciśnienia oraz przedstawiana jego zmian w przestrzeni zachodzi potrzeba doprowadzenia ciśnienia do postaci porównywalnej, czyli redukcji ciśnienia do poziomu morza Zależność ciśnienia od wysokości i temperatury wykorzystano do tzw. niwelacji barometrycznej. Zależność ciśnienia od wysokości wyraża ogólny wzór: tzw wzór Babineta h=8000 2(p1+ p2) p 1+ p 2 1+atśr gdzie a =0,004 Umożliwia on w sposób uproszczony obliczenie różnicy wysokości dwóch punktów, jeżeli znane są panujące w nich jednocześnie ciśnienie i temperatura powietrza

16 Praca samodzielna 1. Zamień ciśnienie w mm Hg na hpa 735 mm Hg, 755 mm Hg, 760 mm Hg, 775 mm Hg 2. Zamień ciśnienie w hpa na mm Hg: 1000 hpa, 970 hpa, 1013 hpa, 1020 hpa Oblicz wartość ciśnienia atmosferycznego ( sprowadź do warunków normalnych) P ( hpa) T h ϕ , , , , , ,

17

18