เขาเป็นคนแรกที่วัดความดันบรรยากาศ จะทราบความดันบรรยากาศได้อย่างไร? บรรยากาศคืออะไร
บรรยากาศโดยรอบ โลก, ออกแรงกดดันบนพื้นผิวโลกและวัตถุทั้งหมดที่อยู่เหนือพื้นดิน ในบรรยากาศพักผ่อน ความดัน ณ จุดใดๆ เท่ากับน้ำหนักของคอลัมน์อากาศที่วางอยู่ ซึ่งขยายไปจนถึงขอบนอกของบรรยากาศ และมีหน้าตัด 1 ซม. 2
นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีวัดความดันบรรยากาศเป็นครั้งแรก เอวานเจลิสต้า ตอร์ริเชลลีในปี 1644 อุปกรณ์จะเป็นท่อรูปตัว U ยาวประมาณ 1 เมตร ปิดผนึกที่ปลายด้านหนึ่งและเต็มไปด้วยสารปรอท เนื่องจากไม่มีอากาศในส่วนบนของท่อ ความดันของปรอทในท่อจึงถูกสร้างขึ้นตามน้ำหนักของคอลัมน์ปรอทในท่อเท่านั้น ดังนั้นความดันบรรยากาศจึงเท่ากับความดันของคอลัมน์ปรอทในท่อและความสูงของคอลัมน์นี้ขึ้นอยู่กับ ความดันบรรยากาศอากาศแวดล้อม: ยิ่งความดันบรรยากาศสูง คอลัมน์ปรอทในท่อก็จะยิ่งสูงขึ้น ดังนั้น ความสูงของคอลัมน์นี้จึงสามารถใช้เพื่อวัดความดันบรรยากาศได้
ความดันบรรยากาศปกติ (ที่ระดับน้ำทะเล) คือ 760 mmHg (mmHg) ที่ 0°C เช่น ถ้าความดันบรรยากาศเท่ากับ 780 มม.ปรอท ข้อ หมายความว่า อากาศสร้างแรงดันเดียวกันกับแรงดันที่เกิดจากคอลัมน์แนวตั้งที่มีปรอทสูง 780 มม.
เมื่อสังเกตความสูงของคอลัมน์ปรอทในท่อวันแล้ววันเล่า Torricelli พบว่าความสูงนี้มีการเปลี่ยนแปลง และการเปลี่ยนแปลงของความดันบรรยากาศมีความเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศ ด้วยการติดตั้งสเกลแนวตั้งติดกับท่อ Torricelli จึงได้รับอุปกรณ์ง่ายๆ สำหรับวัดความดันบรรยากาศ - บารอมิเตอร์ ต่อมา วัดความดันโดยใช้บารอมิเตอร์แบบแอนรอยด์ ("ไร้ของเหลว") ซึ่งไม่ใช้ปรอท และวัดความดันโดยใช้สปริงโลหะ ในทางปฏิบัติ ก่อนที่จะอ่านค่า คุณต้องแตะนิ้วของคุณเบา ๆ บนกระจกของอุปกรณ์เพื่อเอาชนะการเสียดสีในระบบส่งกำลังแบบคันโยก
ทำจากท่อ Torricelli บารอมิเตอร์ถ้วยสถานีซึ่งเป็นเครื่องมือหลักในการวัดความดันบรรยากาศของสถานีอุตุนิยมวิทยาในปัจจุบัน ประกอบด้วยท่อวัดความกดอากาศที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 8 มม. และยาวประมาณ 80 ซม. โดยหย่อนปลายที่ว่างลงในถ้วยวัดความกดอากาศ ท่อความกดอากาศทั้งหมดถูกปิดอยู่ในกรอบทองเหลือง โดยส่วนบนของท่อมีการทำส่วนแนวตั้งเพื่อสังเกตวงเดือนของเสาปรอท
ที่ความดันบรรยากาศเดียวกัน ความสูงของคอลัมน์ปรอทขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความเร่งของแรงโน้มถ่วง ซึ่งจะแตกต่างกันไปบ้างขึ้นอยู่กับละติจูดและระดับความสูง หากต้องการไม่รวมการพึ่งพาความสูงของคอลัมน์ปรอทในบารอมิเตอร์กับพารามิเตอร์เหล่านี้ ความสูงที่วัดได้จะลดลงเหลืออุณหภูมิ 0 ° C และความเร่งของแรงโน้มถ่วงที่ระดับน้ำทะเลที่ละติจูด 45 ° และโดยการแนะนำเครื่องมือ แก้ไขจะได้แรงดันที่สถานี
ตาม ระบบระหว่างประเทศหน่วย (ระบบ SI) หน่วยพื้นฐานสำหรับการวัดความดันบรรยากาศคือเฮกโตปาสกาล (hPa) อย่างไรก็ตามในการให้บริการของหลายองค์กรอนุญาตให้ใช้หน่วยเก่า: มิลลิบาร์ (mb) และมิลลิเมตรปรอท (มม. ปรอท) .
1 เมกะไบต์ = 1 เฮกโตพาสคาล; 1 มิลลิเมตรปรอท = 1.333224 เฮกตาร์
เรียกว่าการกระจายตัวของความดันบรรยากาศเชิงพื้นที่ สนามความดัน- สนามความดันสามารถแสดงได้ด้วยสายตาโดยใช้พื้นผิวทุกจุดที่ความดันเท่ากัน พื้นผิวดังกล่าวเรียกว่าไอโซบาริก เพื่อรับ การแสดงภาพแผนที่ของไอโซบาร์ที่ระดับน้ำทะเลสร้างขึ้นจากการกระจายแรงกดบนพื้นผิวโลก เพื่อทำสิ่งนี้ต่อไป แผนที่ทางภูมิศาสตร์แสดงความดันบรรยากาศที่วัดได้ที่สถานีอุตุนิยมวิทยาและปรับให้เป็นมาตรฐานกับระดับน้ำทะเล จากนั้นจุดที่มีความดันเท่ากันจะเชื่อมต่อกันด้วยเส้นโค้งเรียบ พื้นที่ไอโซบาร์ปิดด้วย ความดันโลหิตสูงตรงกลางเรียกว่า ความดันสูงสุด หรือ แอนติไซโคลน และพื้นที่ของไอโซบาร์ปิดด้วย ความดันโลหิตต่ำตรงกลางเรียกว่าบาริกต่ำหรือพายุไซโคลน
ความกดอากาศในทุกจุดบนพื้นผิวโลกไม่คงที่ บางครั้งความกดดันอาจเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วเมื่อเวลาผ่านไป แต่บางครั้งก็แทบไม่เปลี่ยนแปลงเลยเป็นเวลานาน ในการแปรผันของความดันในแต่ละวัน จะตรวจพบค่าสูงสุด 2 ค่าและค่าต่ำสุด 2 ค่า เวลาสูงสุดจะสังเกตได้ประมาณ 10 และ 22 ชั่วโมงตามเวลาท้องถิ่น ต่ำสุดประมาณ 4 และ 16 ชั่วโมง ความกดดันที่แปรผันในแต่ละปีขึ้นอยู่กับสภาพทางกายภาพและทางภูมิศาสตร์เป็นอย่างมาก การเคลื่อนไหวนี้มองเห็นได้ชัดเจนในทวีปต่างๆ มากกว่าในมหาสมุทร
ความสนใจ! การดูแลไซต์ไม่รับผิดชอบต่อเนื้อหา การพัฒนาระเบียบวิธีเช่นเดียวกับการปฏิบัติตามการพัฒนามาตรฐานการศึกษาของรัฐบาลกลาง
- ผู้เข้าร่วม: Vertushkin Ivan Aleksandrovich
- หัวหน้า: Elena Anatolyevna Vinogradova
การแนะนำ
วันนี้ฝนตกนอกหน้าต่าง หลังฝนตก อุณหภูมิอากาศลดลง ความชื้นเพิ่มขึ้น และความดันบรรยากาศลดลง ความกดอากาศเป็นหนึ่งในปัจจัยหลักที่กำหนดสภาพอากาศและสภาพอากาศ ดังนั้นความรู้เกี่ยวกับความดันบรรยากาศจึงมีความจำเป็นในการพยากรณ์อากาศ ความสามารถในการวัดความดันบรรยากาศมีความสำคัญอย่างยิ่งในทางปฏิบัติ และสามารถวัดได้ด้วยอุปกรณ์บารอมิเตอร์แบบพิเศษ ในบารอมิเตอร์ของเหลว เมื่อสภาพอากาศเปลี่ยนแปลง คอลัมน์ของเหลวจะลดลงหรือเพิ่มขึ้น
ความรู้เรื่องความกดอากาศเป็นสิ่งจำเป็นในทางการแพทย์ค่ะ กระบวนการทางเทคโนโลยีชีวิตมนุษย์และสิ่งมีชีวิตทั้งหลาย มีความเชื่อมโยงโดยตรงระหว่างการเปลี่ยนแปลงของความกดอากาศและการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศ การเพิ่มหรือลดความกดอากาศอาจเป็นสัญญาณของการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศและส่งผลต่อความเป็นอยู่ที่ดีของบุคคล
คำอธิบายปรากฏการณ์ทางกายภาพ 3 ประการที่สัมพันธ์กันจาก ชีวิตประจำวัน:
- ความสัมพันธ์ระหว่างสภาพอากาศกับความกดอากาศ
- ปรากฏการณ์เบื้องหลังการทำงานของเครื่องมือวัดความดันบรรยากาศ
ความเกี่ยวข้องของงาน
ความเกี่ยวข้องของหัวข้อที่เลือกก็คือ จากการสังเกตพฤติกรรมของสัตว์ ผู้คนจึงสามารถคาดการณ์การเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศ ภัยพิบัติทางธรรมชาติ และหลีกเลี่ยงการบาดเจ็บล้มตายของมนุษย์ได้ตลอดเวลา
อิทธิพลของความกดอากาศที่มีต่อร่างกายของเราเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ การเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันของความกดอากาศส่งผลกระทบต่อความเป็นอยู่ที่ดีของบุคคล และโดยเฉพาะอย่างยิ่งคนที่ต้องอาศัยสภาพอากาศ แน่นอนว่าเราไม่สามารถลดอิทธิพลของความดันบรรยากาศที่มีต่อสุขภาพของมนุษย์ได้ แต่เราสามารถช่วยร่างกายของเราเองได้ ความสามารถในการวัดความดันบรรยากาศ ความรู้เรื่อง สัญญาณพื้นบ้าน,การใช้อุปกรณ์โฮมเมด
วัตถุประสงค์ของงาน:ค้นหาว่าความกดอากาศมีบทบาทอย่างไรในชีวิตประจำวันของมนุษย์
งาน:
- ศึกษาประวัติความเป็นมาของการวัดความดันบรรยากาศ
- ตรวจสอบว่ามีความเชื่อมโยงระหว่างสภาพอากาศและความดันบรรยากาศหรือไม่
- ศึกษาประเภทของเครื่องมือที่ออกแบบมาเพื่อวัดความดันบรรยากาศที่มนุษย์สร้างขึ้น
- สำรวจ ปรากฏการณ์ทางกายภาพซึ่งเป็นรากฐานการทำงานของเครื่องมือวัดความดันบรรยากาศ
- การขึ้นอยู่กับแรงดันของเหลวกับความสูงของคอลัมน์ของเหลวในบารอมิเตอร์ของเหลว
วิธีการวิจัย
- การวิเคราะห์วรรณกรรม
- สรุปข้อมูลที่ได้รับ
- ข้อสังเกต.
สาขาวิชา:ความดันบรรยากาศ
สมมติฐาน: ความกดอากาศมี สำคัญสำหรับมนุษย์ .
ความสำคัญของงาน: เนื้อหาของงานนี้สามารถนำมาใช้ในบทเรียนและกิจกรรมนอกหลักสูตรในชีวิตของเพื่อนร่วมชั้นนักเรียนในโรงเรียนของเราและผู้รักการวิจัยธรรมชาติทุกคน
แผนการทำงาน
I. ส่วนทางทฤษฎี (การรวบรวมข้อมูล):
- ทบทวนและวิเคราะห์วรรณกรรม
- แหล่งข้อมูลทางอินเทอร์เน็ต
ครั้งที่สอง ส่วนปฏิบัติ:
- การสังเกต;
- รวบรวมข้อมูลสภาพอากาศ
III. ส่วนสุดท้าย:
- ข้อสรุป
- การนำเสนอผลงาน.
ประวัติความเป็นมาของการวัดความดันบรรยากาศ
เราอาศัยอยู่ที่ก้นมหาสมุทรแห่งอากาศขนาดมหึมาที่เรียกว่าชั้นบรรยากาศ การเปลี่ยนแปลงทั้งหมดที่เกิดขึ้นในบรรยากาศมีผลกระทบต่อบุคคล ต่อสุขภาพ วิถีชีวิตของเขาอย่างแน่นอน เพราะ... มนุษย์เป็นส่วนหนึ่งของธรรมชาติ แต่ละปัจจัยที่กำหนดสภาพอากาศ: ความดันบรรยากาศ อุณหภูมิ ความชื้น ปริมาณโอโซนและออกซิเจนในอากาศ กัมมันตภาพรังสี พายุแม่เหล็ก ฯลฯ มีผลกระทบโดยตรงหรือโดยอ้อมต่อความเป็นอยู่และสุขภาพของมนุษย์ มาดูความกดอากาศกันดีกว่า
ความกดอากาศ- นี่คือความกดดันของบรรยากาศต่อวัตถุทั้งหมดในนั้นและพื้นผิวโลก
ในปี 1640 แกรนด์ดุ๊กแห่งทัสคานีตัดสินใจสร้างน้ำพุบนระเบียงพระราชวัง และสั่งให้ส่งน้ำจากทะเลสาบใกล้เคียงโดยใช้ปั๊มดูด ช่างฝีมือชาวฟลอเรนซ์ที่ได้รับเชิญกล่าวว่าสิ่งนี้เป็นไปไม่ได้เพราะต้องดูดน้ำให้สูงกว่า 32 ฟุต (มากกว่า 10 เมตร) พวกเขาไม่สามารถอธิบายได้ว่าทำไมน้ำถึงไม่ดูดซับถึงความสูงขนาดนั้น ดยุคขอให้กาลิเลโอ กาลิเลอี นักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ชาวอิตาลีช่วยคิดเรื่องนี้ แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะแก่และป่วยแล้วและไม่สามารถทำการทดลองได้ แต่เขาแนะนำว่าวิธีแก้ปัญหานั้นอยู่ที่การกำหนดน้ำหนักของอากาศและความดันบนผิวน้ำของทะเลสาบ Evangelista Torricelli นักเรียนของกาลิเลโอรับหน้าที่แก้ไขปัญหานี้ เพื่อทดสอบสมมติฐานของครู เขาได้ทำการทดลองอันโด่งดัง หลอดแก้วยาว 1 ม. ปิดผนึกที่ปลายด้านหนึ่งเต็มไปด้วยปรอท และปิดปลายเปิดของหลอดให้แน่น แล้วพลิกด้านนี้ให้เป็นถ้วยที่มีปรอท ปรอทบางส่วนไหลออกจากท่อ บางส่วนยังคงอยู่ พื้นที่ไร้อากาศก่อตัวเหนือสารปรอท บรรยากาศกดปรอทในถ้วย ปรอทในหลอดก็กดปรอทในถ้วยด้วย เนื่องจากสมดุลได้ถูกสร้างขึ้น ความกดดันเหล่านี้จึงเท่ากัน การคำนวณความดันของปรอทในท่อหมายถึงการคำนวณความดันของบรรยากาศ หากความดันบรรยากาศเพิ่มขึ้นหรือลดลง คอลัมน์ของปรอทในท่อจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงตามลำดับ นี่คือลักษณะที่หน่วยวัดความดันบรรยากาศปรากฏ - มม. ปรอท ศิลปะ. – มิลลิเมตรปรอท. ขณะสังเกตระดับปรอทในท่อ Torricelli สังเกตว่าระดับมีการเปลี่ยนแปลง ซึ่งหมายความว่ามันไม่คงที่และขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศ หากความกดดันเพิ่มขึ้นอากาศจะดี: หนาวในฤดูหนาว ร้อนในฤดูร้อน หากความดันลดลงอย่างรวดเร็ว แสดงว่าคาดว่าจะมีเมฆมากและความชื้นในอากาศอิ่มตัว ท่อ Torricelli ที่มีไม้บรรทัดติดอยู่เป็นเครื่องมือชิ้นแรกในการวัดความดันบรรยากาศ - บารอมิเตอร์แบบปรอท (ภาคผนวก 1)
นักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ ก็สร้างบารอมิเตอร์เช่นกัน: Robert Hooke, Robert Boyle, Emil Marriott บารอมิเตอร์น้ำได้รับการออกแบบโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Blaise Pascal และนายอำเภอชาวเยอรมันแห่งเมือง Magdeburg, Otto von Guericke ความสูงของบารอมิเตอร์ดังกล่าวมากกว่า 10 เมตร
ความดันใช้หน่วยต่าง ๆ ได้แก่ มิลลิเมตรปรอท บรรยากาศทางกายภาพในระบบ SI – ปาสคาล
ความสัมพันธ์ระหว่างสภาพอากาศกับความกดอากาศ
ในนวนิยายของจูลส์ เวิร์น เรื่อง “The Fifteen-Year-Old Captain” ฉันสนใจที่จะอธิบายวิธีทำความเข้าใจการอ่านค่าบารอมิเตอร์
“กัปตันกุล นักอุตุนิยมวิทยาที่ดีสอนให้เขาเข้าใจค่าบารอมิเตอร์ เราจะบอกวิธีใช้อุปกรณ์ที่ยอดเยี่ยมนี้โดยย่อ
- หลังจากสภาพอากาศดีเป็นเวลานาน บารอมิเตอร์เริ่มลดลงอย่างรวดเร็วและต่อเนื่อง นี่ถือเป็นสัญญาณของฝนอย่างแน่นอน อย่างไรก็ตามหาก อากาศดียืนเป็นเวลานานมากคอลัมน์ปรอทสามารถลดลงได้สองหรือสามวันและหลังจากนั้นการเปลี่ยนแปลงที่เห็นได้ชัดเจนจะเกิดขึ้นในบรรยากาศเท่านั้น ในกรณีเช่นนี้ ยิ่งเวลาผ่านไประหว่างจุดเริ่มตกของดาวพุธและฝนเริ่มตกมากเท่าไร สภาพอากาศที่ฝนตกก็จะยิ่งนานขึ้นเท่านั้น
- ในทางตรงกันข้าม หากในช่วงฝนตกเป็นเวลานาน บารอมิเตอร์เริ่มสูงขึ้นอย่างช้าๆ แต่ต่อเนื่อง ก็สามารถทำนายการเริ่มมีอากาศดีได้อย่างมั่นใจ และอากาศที่ดีก็จะคงอยู่นานขึ้นเรื่อย ๆ ยิ่งเวลาผ่านไปตั้งแต่เริ่มปรอทขึ้นจนถึงวันแรกที่อากาศแจ่มใส
- ในทั้งสองกรณี การเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศที่เกิดขึ้นทันทีหลังจากการขึ้นหรือลงของคอลัมน์ปรอทจะคงอยู่ในช่วงเวลาสั้นๆ
- หากบารอมิเตอร์เพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ แต่ต่อเนื่องเป็นเวลาสองหรือสามวันหรือนานกว่านั้น นี่แสดงว่าอากาศดี แม้ว่าฝนจะตกไม่หยุดตลอดทั้งวันนี้ และในทางกลับกัน แต่หากบารอมิเตอร์ขึ้นช้าๆ ในวันที่ฝนตก และเริ่มลดลงทันทีเมื่ออากาศดีมาถึง อากาศดีก็อยู่ได้ไม่นาน และในทางกลับกัน
- ในฤดูใบไม้ผลิและฤดูใบไม้ร่วง บารอมิเตอร์ที่ลดลงอย่างรวดเร็วบ่งบอกถึงสภาพอากาศที่มีลมแรง ในฤดูร้อนที่ร้อนจัด คาดว่าจะเกิดพายุฝนฟ้าคะนอง ในฤดูหนาว โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังจากน้ำค้างแข็งเป็นเวลานาน การลดลงอย่างรวดเร็วของคอลัมน์ปรอทบ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงทิศทางลมที่กำลังจะเกิดขึ้น พร้อมด้วยการละลายและฝน ในทางตรงกันข้าม การเพิ่มขึ้นของสารปรอทในช่วงที่มีน้ำค้างแข็งเป็นเวลานานบ่งบอกถึงหิมะตก
- ความผันผวนของระดับคอลัมน์ปรอทบ่อยครั้งบางครั้งเพิ่มขึ้นบางครั้งลดลงไม่ว่าในกรณีใดไม่ควรถือเป็นสัญญาณของการเข้าใกล้ระยะเวลาอันยาวนาน ช่วงที่อากาศแห้งหรือมีฝนตก การตกหรือเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ ของสารปรอทเท่านั้นที่บ่งบอกถึงสภาพอากาศที่มั่นคงเป็นระยะเวลายาวนาน
- เมื่อปลายฤดูใบไม้ร่วง หลังจากมีลมและฝนเป็นเวลานาน บารอมิเตอร์เริ่มสูงขึ้น จะเป็นการประกาศลมเหนือเมื่อเริ่มมีน้ำค้างแข็ง
ต่อไปนี้เป็นข้อสรุปทั่วไปที่สามารถดึงได้จากการอ่านอุปกรณ์อันมีค่านี้ Dick Sand เป็นผู้ตัดสินที่ยอดเยี่ยมในการทำนายของบารอมิเตอร์ และเชื่อมั่นหลายครั้งว่าคำทำนายนั้นถูกต้องเพียงใด ทุกวันเขาจะตรวจดูบารอมิเตอร์ของเขาเพื่อไม่ให้เกิดความประหลาดใจกับการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศ”
ฉันสังเกตการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศและความกดอากาศ และฉันก็มั่นใจว่ามีการพึ่งพาอาศัยกันนี้อยู่
วันที่ |
อุณหภูมิ,องศาเซลเซียส |
ปริมาณน้ำฝน |
ความดันบรรยากาศ มิลลิเมตรปรอท |
ความขุ่นมัว |
เมฆมาก |
||||
เมฆมาก |
||||
เมฆมาก |
||||
เมฆมาก |
||||
เมฆมาก |
||||
เมฆมาก |
||||
เมฆมาก |
เครื่องมือวัดความดันบรรยากาศ
เพื่อวัตถุประสงค์ทางวิทยาศาสตร์และในชีวิตประจำวัน คุณต้องสามารถวัดความดันบรรยากาศได้ มีอุปกรณ์พิเศษสำหรับสิ่งนี้ - บารอมิเตอร์- ความดันบรรยากาศปกติคือความดันที่ระดับน้ำทะเลที่อุณหภูมิ 15 °C มีค่าเท่ากับ 760 มม.ปรอท ศิลปะ. เรารู้ว่าเมื่อระดับความสูงเปลี่ยนแปลง 12 เมตร ความดันบรรยากาศจะเปลี่ยน 1 มิลลิเมตรปรอท ศิลปะ. นอกจากนี้ เมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น ความกดอากาศจะลดลง และความสูงลดลง ความกดอากาศก็จะเพิ่มขึ้น
บารอมิเตอร์สมัยใหม่ถูกสร้างขึ้นมาแบบไร้ของเหลว เรียกว่าบารอมิเตอร์แบบแอนรอยด์ บารอมิเตอร์แบบโลหะมีความแม่นยำน้อยกว่า แต่ไม่เทอะทะหรือแตกหักง่าย
- อุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อนมาก เช่น เมื่อปีนขึ้นไปชั้นบนสุดของอาคาร 9 ชั้น เนื่องจากความกดอากาศที่แตกต่างกันในระดับความสูงต่างๆ เราจะพบว่าความดันบรรยากาศลดลง 2-3 มิลลิเมตรปรอท ศิลปะ.
บารอมิเตอร์สามารถใช้เพื่อกำหนดระดับความสูงในการบินของเครื่องบินได้ บารอมิเตอร์นี้เรียกว่าเครื่องวัดความสูงด้วยความกดอากาศหรือ เครื่องวัดระยะสูง- แนวคิดของการทดลองของปาสคาลเป็นพื้นฐานสำหรับการออกแบบเครื่องวัดระยะสูง โดยจะกำหนดความสูงเหนือระดับน้ำทะเลโดยการเปลี่ยนแปลงของความดันบรรยากาศ
เมื่อสังเกตสภาพอากาศในอุตุนิยมวิทยาหากจำเป็นต้องบันทึกความผันผวนของความกดอากาศในช่วงระยะเวลาหนึ่งให้ใช้เครื่องบันทึก - บาโรกราฟ.
(สตอร์มกลาส) (สตอร์มกลาส, ภาษาดัตช์. พายุ- "พายุ" และ กระจก- “แก้ว”) เป็นสารเคมีหรือบารอมิเตอร์แบบผลึกที่ประกอบด้วยขวดแก้วหรือหลอดบรรจุสารละลายแอลกอฮอล์ โดยละลายการบูร แอมโมเนีย และโพแทสเซียมไนเตรตในสัดส่วนที่กำหนด
บารอมิเตอร์ทางเคมีนี้ถูกใช้อย่างแข็งขันในระหว่างการเดินทางทางทะเลโดยรองพลเรือเอกโรเบิร์ต ฟิตซ์รอย นักอุทกศาสตร์และนักอุตุนิยมวิทยาชาวอังกฤษ ซึ่งบรรยายพฤติกรรมของบารอมิเตอร์อย่างละเอียดถี่ถ้วน และยังคงใช้มาจนถึงทุกวันนี้ ดังนั้น สตอร์มกลาสจึงถูกเรียกว่า "Fitzroy Barometer" ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1831–36 ฟิตซ์รอยเป็นผู้นำการสำรวจทางทะเลบนเรือ HMS Beagle ซึ่งรวมถึงชาร์ลส์ ดาร์วินด้วย
บารอมิเตอร์ทำงานดังนี้ ขวดถูกปิดผนึกอย่างแน่นหนา แต่ถึงกระนั้นการเกิดและการหายตัวไปของผลึกก็เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในนั้น ผลึกที่มีรูปร่างหลากหลายจะก่อตัวขึ้นในของเหลว ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศที่กำลังจะเกิดขึ้น สตอร์มกลาสอ่อนไหวมากจนสามารถคาดเดาได้ การเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันสภาพอากาศเมื่อ 10 นาทีก่อน หลักการทำงานไม่เคยได้รับคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ที่สมบูรณ์ บารอมิเตอร์ทำงานได้ดีขึ้นเมื่อตั้งอยู่ใกล้หน้าต่าง โดยเฉพาะในบ้านคอนกรีตเสริมเหล็ก ในกรณีนี้ บารอมิเตอร์ไม่ได้รับการปกป้องมากนัก
บารอสโคป– อุปกรณ์สำหรับติดตามการเปลี่ยนแปลงของความดันบรรยากาศ คุณสามารถสร้างบารอสโคปด้วยมือของคุณเอง ในการสร้างบารอสโคป จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ดังต่อไปนี้: โถแก้วปริมาตร 0.5 ลิตร
- แผ่นฟิล์มจากบอลลูน
- แหวนยาง.
- ลูกศรฟางน้ำหนักเบา
- ลวดสำหรับยึดลูกศร
- สเกลแนวตั้ง
- ตัวอุปกรณ์.
การขึ้นอยู่กับแรงดันของเหลวกับความสูงของคอลัมน์ของเหลวในบารอมิเตอร์ของเหลว
เมื่อความดันบรรยากาศเปลี่ยนแปลงในบารอมิเตอร์ของเหลว ความสูงของคอลัมน์ของเหลว (น้ำหรือปรอท) จะเปลี่ยนไป: เมื่อความดันลดลง ความดันจะลดลง และเมื่อความดันเพิ่มขึ้น ความดันจะเพิ่มขึ้น ซึ่งหมายความว่ามีการขึ้นอยู่กับความสูงของคอลัมน์ของเหลวกับความดันบรรยากาศ แต่ของเหลวนั้นกดที่ด้านล่างและผนังของภาชนะ
นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส บี. ปาสกาล ในช่วงกลางศตวรรษที่ 17 ได้ก่อตั้งกฎเชิงประจักษ์ที่เรียกว่า กฎของปาสคาล:
ความดันในของเหลวหรือก๊าซจะถูกส่งอย่างเท่าเทียมกันในทุกทิศทาง และไม่ขึ้นอยู่กับทิศทางของพื้นที่ที่ของเหลวหรือก๊าซกระทำ
เพื่ออธิบายกฎของปาสคาล รูปนี้แสดงปริซึมสี่เหลี่ยมเล็กๆ ที่แช่อยู่ในของเหลว หากเราสมมติว่าความหนาแน่นของวัสดุปริซึมเท่ากับความหนาแน่นของของเหลว ปริซึมนั้นจะต้องอยู่ในสภาวะสมดุลที่ไม่แยแสในของเหลว ซึ่งหมายความว่าแรงกดที่กระทำต่อขอบปริซึมจะต้องมีความสมดุล สิ่งนี้จะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อแรงกดดัน เช่น แรงที่กระทำต่อหน่วยพื้นที่ผิวของแต่ละหน้าเท่ากัน: พี 1 = พี 2 = พี 3 = พี.
แรงดันของเหลวที่ด้านล่างหรือ ผนังด้านข้างเรือขึ้นอยู่กับความสูงของคอลัมน์ของเหลว แรงกดที่ด้านล่างของภาชนะทรงกระบอกที่มีความสูง ชม.และพื้นที่ฐาน สเท่ากับน้ำหนักของคอลัมน์ของเหลว มก, ที่ไหน ม = ρ GHSคือมวลของของเหลวในภาชนะ ρ คือความหนาแน่นของของเหลว ดังนั้น p = ρ GHS / ส
แรงดันเท่ากันที่ความลึก ชม.ตามกฎของปาสคาล ของเหลวยังส่งผลต่อผนังด้านข้างของเรือด้วย ความดันคอลัมน์ของเหลว ρ ghเรียกว่า ความดันอุทกสถิต.
อุปกรณ์หลายอย่างที่เราพบในชีวิตใช้กฎของแรงดันของเหลวและก๊าซ เช่น ถังสื่อสาร การจ่ายน้ำ เครื่องอัดไฮดรอลิก ประตูระบายน้ำ น้ำพุ บ่อน้ำบาดาล ฯลฯ
บทสรุป
วัดความกดอากาศเพื่อคาดการณ์การเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศที่อาจเกิดขึ้นได้มากขึ้น มีความเชื่อมโยงโดยตรงระหว่างการเปลี่ยนแปลงความดันและการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศ การเพิ่มหรือลดความดันบรรยากาศโดยมีความน่าจะเป็นบางประการอาจเป็นสัญญาณของการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศ คุณต้องรู้: หากความกดอากาศลดลง คาดว่าจะมีเมฆมากและมีฝนตก แต่หากเพิ่มขึ้น คาดว่าจะมีอากาศแห้ง โดยมีอากาศหนาวในฤดูหนาว หากความกดดันลดลงอย่างรวดเร็ว อาจเกิดสภาพอากาศเลวร้ายร้ายแรงได้ เช่น พายุ พายุฝนฟ้าคะนองรุนแรง หรือพายุ
แม้แต่ในสมัยโบราณ แพทย์ยังเขียนเกี่ยวกับอิทธิพลของสภาพอากาศที่มีต่อร่างกายมนุษย์ ในทางการแพทย์ของทิเบตมีการกล่าวถึงว่า “อาการปวดข้อเพิ่มมากขึ้น เวลาฝนตกและในช่วงที่มีลมแรง" นักเล่นแร่แปรธาตุและแพทย์ชื่อดัง พาราเซลซัส ตั้งข้อสังเกตว่า “ผู้ที่ศึกษาลม ฟ้าผ่า และสภาพอากาศ รู้ถึงที่มาของโรค”
เพื่อให้บุคคลมีความสะดวกสบาย ความดันบรรยากาศจะต้องเท่ากับ 760 มม. ปรอท ศิลปะ. หากความดันบรรยากาศเบี่ยงเบนไป 10 มม. ในทิศทางใดทิศทางหนึ่งบุคคลจะรู้สึกไม่สบายและอาจส่งผลต่อสุขภาพของเขาได้ ปรากฏการณ์ที่ไม่พึงประสงค์เกิดขึ้นในช่วงระยะเวลาของการเปลี่ยนแปลงของความดันบรรยากาศ - เพิ่มขึ้น (การบีบอัด) และโดยเฉพาะอย่างยิ่งการลดลง (การบีบอัด) ให้เป็นปกติ ยิ่งการเปลี่ยนแปลงของความดันเกิดขึ้นช้าลงเท่าใด ร่างกายก็จะปรับตัวเข้ากับความดันได้ดีขึ้นและไม่มีผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์
ความกดอากาศคือแรงที่อากาศรอบตัวเรากดทับ พื้นผิวโลก- คนแรกที่วัดได้คือ Evangelista Torricelli นักเรียนของกาลิเลโอ กาลิเลอี ในปี 1643 เขาได้ทำการทดลองง่ายๆ ร่วมกับเพื่อนร่วมงานของเขา Vincenzo Viviani
ประสบการณ์ตอร์ริเชลลี
เขาสามารถระบุความดันบรรยากาศได้อย่างไร? ทอร์ริเชลลีใช้ท่อยาวเมตรปิดผนึกที่ปลายด้านหนึ่ง เทปรอทลงไป ปิดรูด้วยนิ้วของเขา แล้วพลิกกลับด้าน แล้วหย่อนลงในชามที่เต็มไปด้วยปรอทเช่นกัน ขณะเดียวกันก็มีสารปรอทบางส่วนไหลออกมาจากท่อ ปรอทหยุดที่ 760 มม. จากระดับพื้นผิวของปรอทในโถ
สิ่งที่น่าสนใจคือผลลัพธ์ของการทดลองไม่ได้ขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลาง ความเอียง หรือแม้แต่รูปร่างของท่อ เพราะปรอทจะหยุดที่ระดับเดียวกันเสมอ อย่างไรก็ตาม หากสภาพอากาศเปลี่ยนแปลงกะทันหัน (และความกดอากาศลดลงหรือเพิ่มขึ้น) คอลัมน์ปรอทจะลดลงหรือเพิ่มขึ้นสองสามมิลลิเมตร
ตั้งแต่นั้นมา วัดความดันบรรยากาศเป็นมิลลิเมตรปรอท และความดันอยู่ที่ 760 มม. ปรอท ศิลปะ. ถือว่าเท่ากับ 1 บรรยากาศ และเรียกว่า ความดันปกติ- นี่คือวิธีการสร้างบารอมิเตอร์เครื่องแรก - อุปกรณ์สำหรับวัดความดันบรรยากาศ
วิธีอื่นในการวัดความดันบรรยากาศ
ปรอทไม่ใช่ของเหลวชนิดเดียวที่สามารถใช้วัดความดันบรรยากาศได้ นักวิทยาศาสตร์หลายคนสร้างบารอมิเตอร์น้ำในเวลาต่างกัน แต่เนื่องจากน้ำเบากว่าปรอทมาก ท่อจึงสูงขึ้นถึง 10 เมตร นอกจากนี้น้ำกลายเป็นน้ำแข็งที่อุณหภูมิ 0 ° C ซึ่งสร้างความไม่สะดวกบางประการ
บารอมิเตอร์แบบปรอทสมัยใหม่ใช้หลักการของ Torricelli แต่ค่อนข้างซับซ้อนกว่า ตัวอย่างเช่น บารอมิเตอร์แบบกาลักน้ำเป็นหลอดแก้วยาวที่โค้งงอเป็นกาลักน้ำและเต็มไปด้วยปรอท ปลายด้านยาวของท่อถูกซีล ปลายด้านสั้นเปิดอยู่ น้ำหนักเล็กน้อยลอยอยู่บนพื้นผิวเปิดของปรอท และสมดุลด้วยน้ำหนักถ่วง เมื่อความดันบรรยากาศเปลี่ยนแปลง ปรอทจะเคลื่อนที่ โดยลากลอยไปด้วย ซึ่งในทางกลับกัน จะทำให้น้ำหนักถ่วงที่เชื่อมต่อกับลูกศรเคลื่อนที่
บารอมิเตอร์ปรอทใช้ในห้องปฏิบัติการที่อยู่กับที่และที่สถานีอุตุนิยมวิทยา มีความแม่นยำมาก แต่ค่อนข้างเทอะทะทั้งที่บ้านหรือที่บ้าน สภาพสนามความดันบรรยากาศวัดโดยใช้บารอมิเตอร์แบบไม่มีของเหลวหรือบารอมิเตอร์แบบแอนรอยด์
บารอมิเตอร์แบบแอนรอยด์ทำงานอย่างไร
ในบารอมิเตอร์ไร้ของเหลว ความผันผวนของความดันบรรยากาศจะถูกตรวจจับโดยกล่องโลหะทรงกลมขนาดเล็กที่มีอากาศบริสุทธิ์อยู่ภายใน กล่องแอนรอยด์มีผนังเมมเบรนลูกฟูกบางๆ ซึ่งถูกดึงกลับด้วยสปริงขนาดเล็ก เมมเบรนจะโค้งงอออกไปด้านนอกเมื่อความดันบรรยากาศลดลงและกดเข้าด้านในเมื่อความดันบรรยากาศเพิ่มขึ้น การเคลื่อนไหวเหล่านี้ทำให้เกิดการเบี่ยงเบนของลูกศรที่เคลื่อนที่ไปตามมาตราส่วนพิเศษ สเกลของบารอมิเตอร์แบบแอนรอยด์นั้นอยู่ในแนวเดียวกับบารอมิเตอร์แบบปรอท แต่ก็ยังถือว่าเป็นเครื่องมือที่มีความแม่นยำน้อยกว่า เนื่องจากเมื่อเวลาผ่านไป สปริงและเมมเบรนจะสูญเสียความยืดหยุ่น