Что такое барометр и для чего нужен?

Нашу планету окружает плотный атмосферный слой, состоящий из смеси различных газообразных веществ. Толщина такого слоя составляет не один десяток километров и имеет определенный вес, который хоть и в незначительной мере, но все же оказывает на поверхность Земли определенную долю давления. Обитатели Земли – люди, животные, птицы, рыбы и так далее, не ощущают на себе вес атмосферного давления, так как организмы живых существ к этому воздействию имеют эволюционно сложившееся приспособление.

Однако перепады величины давления влияют на погодные условия, и чтобы их предопределить с максимальной точностью, в XVII веке был изобретен прибор, называемый барометром.

Слово «барометр» с греческого имеет такой перевод: «барос» – вес, тяжесть и «метрос» – измерять. То есть барометр – это не что иное, как измеритель тяжести атмосферного слоя.

Первый прибор был разработан в 1643 году учениками Галилея – Э. Торричелли и В. Вивиани. Они развили идею своего учителя о том, что погоду можно предсказывать, если создать для этого определенный измерительный прибор. Торричелли со своим помощником решили взять трубку и поместили внутрь ее ртуть, конец трубки при этом был запаянным с одной стороны. Далее трубку погружали в емкость, где также была налита ртуть. Во время опыта при погружении ртуть в трубке поднималась вверх.

После серии длительных экспериментов ученые сделали вывод, что при увеличении давления атмосферы ртуть в трубке шла кверху, а при снижении – опускалась вниз. Так ученики Галилея создали первый ртутный барометр. Однако применять его в бытовых условиях было небезопасно – ртуть могла вытечь из прибора и вызвать своими парами сильное отравление. Но наука не стоит на месте, и уже через 13 лет в 1657 году Отто Герике в Пруссии создает водный барометр. Суть его конструкции была такова: трубку из меди помещали в емкость, наполненную водой. К трубке подключали стеклянный наконечник с краном от воздушного насоса. Воздух откачивали и кран перекрывали, создавая вакуумное пространство.

После серии трехлетних наблюдений за поведением уровня воды в трубке Отто Герике пришел к выводу, что погодные условия напрямую влияют на движение уровня жидкости в барометре. Однажды во время очередного исследования ученому за 2 часа удалось предсказать развитие сильной бури. Но, несмотря на рабочие свойства прибора, определить точные показатели еще не удавалось никому, пока в 1670 году англичанин Роберт Гук не разработал специальную градацию в виде шкалы, позволяющую точно определить показания барометра.

В начале XVII века немец Готфрид Лейбниц, являясь известным ученым в сфере точных математических наук, разработал проект анероидного барометра, который мог работать без применения ртути и воды. Воплотить идею Лейбница в 1847 году удалось французу Люсьену Види. Анероидная конструкция представляла собой запаянный металлический цилиндр, из которого откачивали воздух, создавая внутри вакуум. При повышении уровня атмосферного давления цилиндр сжимался, а когда давление падало – расширялся. К цилиндру прикреплялась пружина, которая на шкале отображала показания прибора.

Анероидные барометры имели погрешности, но были безопасны в бытовом применении. К началу XVIII века этими приборами начали активно пользоваться мореплаватели, заранее определяя наступление шторма. Мода на барометры стала набирать обороты, и в гостиных состоятельных людей барометры стали привычной деталью, украшающей интерьер.

Со времен Галилея человеку настолько стал привычен барометр, что сегодня без этого прибора сложно представить современную жизнь. Он используется в различных сферах нашей деятельности и выполняет следующие функции.

• Для определения погоды. Одной из важных задач, для которой предназначены барометры, является определение погоды. Ценность показателей прибора состоит именно в том, что прогнозы можно сделать заблаговременно. Если предстоит солнечная и теплая погода, показатели барометра будут высокими, а если собирается пойти дождь – низкие. Заметить понижение температурного режима также можно по снижению уровня атмосферного давления. Для определения погоды барометр не требуется держать на улице, в домашних условиях он будет определять уровень давления ничуть не хуже. Однако если вы живете в небоскребе, тогда давление на вашем приборе будет низким даже в ясный и погожий день.

• Для определения высоты. Связано это с тем, что при удалении от земли вверх давление атмосферы снижается. Прибор, определяющий показатель высоты над поверхностью земли, носит название альтиметр. Он незаменим в авиации при определении уровня высоты, набранной самолетом во время полета. Первые такие приборы давали погрешности в случае дождливой и ненастной погоды, но их современные аналоги работают по иному принципу, и корректировку показаний пилотам вносить уже не приходится.

Разновидностью барометра является прибор для измерения давления жидкости и газов, называемый манометром.

Современному человеку показания барометра нужны для управления своим самочувствием. Ни для кого не секрет, что многие люди являются метеозависимыми от перепадов атмосферного давления. Чтобы предотвратить ухудшение самочувствия, наблюдая за увеличением показателей барометра, можно вовремя принять лекарство и не допустить, например, скачка артериального давления крови. В некоторых случаях подобная осведомленность могла спасти жизнь человеку, что лишний раз подчеркивает то, что показатели уровня атмосферного давления имеют неоспоримую ценность.

Спустя два века с момента изобретения первого барометра его вид претерпевал значительные преобразования. Сегодняшний барометр – это не хрупкий стеклянный резервуар, заполненный ртутью, а твердотельный прибор, который человек использует не только в быту, но и для решения самых разнообразных задач в различных жизненных условиях.

Современный барометр чаще всего можно встретить в цифровом исполнении, его еще называют электронным. Устройство прибора состоит в том, что данные с анероидного барометра преобразуются в цифровой сигнал, который через микропроцессор выводится на дисплей. Электронный барометр может быть встроен в телефон, часы или просто иметь компактные размеры и использоваться как самостоятельный прибор, незаменимый в походе, на рыбалке или на даче. В периодической настройке электронный барометр не нуждается, но зато потребует регулярной смены батареек, и если пропустить момент их замены, прибором воспользоваться будет невозможно.

Этот вид барометра наиболее популярен из-за высокой точности показаний. Механизм его устроен довольно сложно и внешне прибор напоминает карманные круглые часы, но встречаются и настольные варианты, имеющие форму с прямыми углами. Внутри герметичного корпуса расположена пара мембран, находящихся в вакууме. Мембраны сделаны из тонкой жести и чутко реагируют на сжатие корпуса. При увеличении уровня атмосферного давления на наружные стенки прибора они сжимаются, передавая импульс внутренним мембранам.

Барометр механической конструкции приходится периодически подстраивать с помощью регулировочного винта, но они все равно пользуются высоким спросом из-за привлекательного внешнего вида, и не нуждаются в регулярной замене батареек питания.

Принцип работы ртутного барометра заключается в подъеме и опускании ртути относительно шкалы делений. Такие приборы и по сей день являются максимально точными, поэтому каждая метеорологическая станция оснащена ртутными барометрами, а давление традиционно измеряется в миллиметрах ртутного столба – средний показатель атмосферного уровня давления составляет 760 мм рт. ст. В бытовых барометрах также может быть использована ртуть, но этот прибор представляет собой угрозу для здоровья при неосторожном с ним обращении, поэтому ими мало кто пользуется.

Приборы, работа которых основана на применении жидкости, сегодня найти довольно сложно. Спрос на них крайне мал из-за того, что уровень атмосферного давления они определяют с большими погрешностями. Суть их работы основана на уравнивании уровня жидкости относительно шкалы измерения. Проблема таких приборов и их неточной работы состоит в том, что жидкости, заправляемые в них, могут испаряться или обладать различной плотностью. Наиболее часто в жидкостном барометре используется вода или глицерин. Жидкости могут быть окрашены специальными красителями, но точности это им не добавляет, скорее, воспринимается как декоративный эффект.

Приобретая барометр, необходимо отдавать себе отчет в том, что он не является метеостанцией, способной предсказывать точные погодные параметры. Оперируя данными уровня атмосферного давления, не получится определить температурный фон воздуха, направление перемещения воздушных фронтов или интенсивность осадков. Для определения таких данных на метеорологических станциях существует целый ряд специальных приборов. Применение барометра поможет нам только узнать, будет ли улучшение или ухудшение погодных условий, рыбаку он поможет выяснить, будет ли клев, путешественнику – вероятность дождя, пилоту – уровень набранной высоты.

О том, как сделать барометр своими руками, вы можете узнать ниже.