Измерение атмосферного давления

Для измерения атмосферного давления служат ртутные и металлические барометры. Из ртутных широкое применение имеет сифонный барометр.

Атмосферное давление измеряется разностью высот ртути в длинной (запаянной) и короткой (открытой) трубках барометра. Перед измерением давления необходимо, освободив зажим, установить указатель у короткого конца трубки против мениска ртути и после этого, совместив верхний указатель с мениском, отсчитать давление в миллиметрах с точностью до 0,1 мм.Отсчитанная по барометру величина атмосферного давления требует внесения поправок.

Высота ртутного столба в барометре при одном и том же давлении зависит от температуры ртути; чем выше температура, тем меньше плотность ртути и тем больше высота ртутного столба. С целью сравнения отсчетов давления его приводят к одной и той же температуре, обычно к 0⁰ С, для чего пользуются таблицами. При температурах выше 0⁰ поправка отрицательна, при температурах ниже 0⁰ – положительна.

Вес определенного столба ртути зависит от напряжения силы тяжести. Вследствие этого показания барометра приводят к напряжению силы тяжести на широте 45⁰ на уровне моря, для чего имеются специальные таблицы.

Кроме того, барометр имеет еще свою постоянную инструментальную поправку, зависящую от несовершенства его конструкции (для данного барометра она равна 0,0 мм.).

Давление воздуха уменьшается с высотой, поэтому для сравнения величин давления их обычно по специальным таблицам приводят к уровню моря.

Пример:

Температура воздуха 15⁰.

Широта города Владикавказ 43⁰ 03^΄.

Высота над уровнем моря 700 м.

Отсчет по барометру 710 мм.

Поправка на температуру –1,74 мм.

Давление, приведенное к 0⁰ 708,26 мм.

Поправка на широту –0,19 мм.

Поправка на высоту –0,10 мм.

Приведение к уровню моря +61,10 мм.

Исправленное давление 769,1 мм.

Основной частью металлического барометра, или анероида, является герметически замкнутая тонкостенная металлическая коробка, внутри которой воздух разрежен. Стальная пружина растягивает ее с силой, соответствующей среднему атмосферному давлению. Для большей упругости крышка и дно коробки имеют волнистую поверхность.

При изменении давления коробка деформируется; эти деформации системой рычагов передаются стрелке, движущейся перед шкалой. Показания анероида необходимо сверять с показаниями ртутного барометра.

Для непрерывной записи атмосферного давления применяется барограф, существенную часть которого составляет ряд анероидных коробок, наложенных одна на другую. При изменении давления перемещение верхней крышки передается системой рычагов стрелке с пером. По ленте барографа давление отсчитыается обычно в миллибарах.

За единицу измерения давления обычно принимают бар. Давление в 0,001 бара называется миллибаром (мб0. 1 мм ртутного столба равен 1,333 мб. Давление воздуха в 760 мм соответствует давлению 1013, 2 миллибара.

В данной работе предлагается измерить три основных элемента погоды: температуру, влажность и давление с внесением всех необходимых поправок, а также записать показание самописцев для тех же элементов погоды.

 

Запись рекомендуется вести по прилагаемой форме.

Температура	Влажность
Отсчет по термометру Поправка Температура Температура по термографу	Показания сухого термометра Поправка Температура по сухому термометру Показания смоченного термометра Поправка Температура по смоченному термометру Относительная влажность Влажность по гигрометру Влажность по термографу

 

Давление
Отсчет по ртутному барометру Поправка на температуру Давление, приведенное к 0^0С Поправка на широту Поправка на высоту Поправка для приведения к уровню моря Исправленное давление на уровне моря Исправленное давление в миллибарах Давление по анероиду Давление по барографу

Широта города Владикавказ 43⁰ 03΄. Высота места наблюдения над уровнем моря 700 м.

 

Порядок выполнения работы

1. Снять показания по «сухому» и «увлажненному» термометрам. При снятии показаний глаз работающего должен находиться на уровне горизонтальной касательной к мениску жидкости так, чтобы отметка шкалы в точке отсчета была видима прямолинейной.

2. Работающий с гигрометром должен находиться от него на расстоянии нормальной видимости отметок шкалы и остерегаться во время отсчетов дышать на термометры. При отсчете показаний термометров вначале быстро отсчитываются десятые доли градуса, затем целые градусы.

3. Определить температуру по термометрам с точностью до 0,1⁰С, введя к отсчитанным показаниям поправки к термометрам, приведенные в паспорте на гигрометр. Вычислить разность температур по «сухому» и «увлажненному» термометрам. Поправки вводятся путем алгебраического сложения.

4. Определить относительную влажность воздуха по психрометрической таблице. Искомая относительная влажность будет на пересечении строк температуры по «сухому» и «увлажненному» термометрам.

5. Определить относительную влажность воздуха по психрометрической таблице. Искомая относительная влажность будет на пересечении строк температуры по «сухому» и «увлажненному» термометрам.

6. При отсутствии в таблице полученной разности температур по «сухому» и «увлажненному» термометрам для определения влажности примените интерполирование.

При отсутствии в таблице температуры по «сухому» термометру, для определения влажности применяйте интерполирование только для тех областей психрометрической таблицы, в которых изменение температуры по «сухому» термометру на 1⁰С дает изменение относительной влажности более чем на 1%.

Для остальных областей таблицы значения температуры по «сухому» термометру округляйте до ближайшего табличного значения по правилу арифметического округления.

7. Пример определения относительной влажности интерполированием.

8. Определяем температуры по «сухому» и «увлажненному» термометрам и разность между этими температурами.

 

Термометры	Измеренные температуры, ^0С	Поправки к термометрам по паспорту, ^0С	Температуры после введения поправок, ^0С
«Сухой» «Увлажненный»	tс=22,5 tв=16,1	–0,15 +0,20	22,35 16,3

Принимаем t_с=22,4⁰С, разность температуры (t_с–t_в) равна: 22,4–16,3=6,1⁰С.

9. Определяем относительную влажность для t_с=22,4⁰С t_с–t_в=6,0⁰С, для чего интерполированием значения относительной влажности по таблице для t_с от 22,4 до 23⁰С и t_с–t_в=6,0⁰С.

 

tс по таблице, ^0С	Разность tс–tв по таблице, ^0С	Относительная влажность, %
	6,0 6,0

При увеличении t_с на 1⁰С, относительная влажность увеличивается на 2%, поэтому, увеличение t_с на 0,4⁰С увеличит относительную влажность на 0,4^.2/1=0,8%. Для t_с=22,4⁰С и t_с–t_в=6,0⁰С, относительная влажность равна: 48+0,8=48,8%, Принимаем «Фп»=4,9%.

10. Определяем относительную влажность для t_с=22,4⁰С и t_с–t_в=6,5⁰С, для чего интерполируем значения относительной влажности по таблице для t_с от 22 до 23 и t_с–t_в=6,5⁰С.

 

tс по таблице, ^0С	Разность tс–tв по таблице, ^0С	Относительная влажность, %
	6,5 6,5

Для t_с=22,4⁰С и t_с–t_в=6,5⁰С, относительная влажность по расчету, аналогичному для п. 9, равна 44,8 %. Принимаем «Фп»=45%.

11. Определяем относительную влажность для t_с=22,4⁰С и t_с–t_в=6,1⁰С, для чего интерполируем найденные значения относительной влажности t_с–t_в от 6,0 до 6,5⁰С при t_с=22,4⁰С.

 

tс, ^0С	Разность tс–tв, ^0С	Относительная влажность, %
22,4 22,4	6,0 6,5

При увеличении t_с–t_в на 0,5⁰С относительная влажность уменьшается на 4,0%, поэтому увеличение t_с–t_в на 0,1⁰С уменьшит относительную влажность на 0,1^.4,0/0,5=0,8%. 49,0 – 0,8 = 48,2%. Принимаем «Фп»=48%.

 

Задачи:

1. Относительная влажность воздуха в комнате 63%, а температура 18⁰С. На сколько градусов должна понизиться температура воздуха на улице, чтобы оконные стекла в комнате запотели.

Ответы: 1) 10 К; 2) 5,7 К; 3) 15 К; 4) 8,7 К; 5) 7,5 К.

 

2. Какова масса водяных паров в 1 м³ воздуха в летний день при температуре 30⁰ С и относительной влажности 75%?

Ответы: 1) 33,7^.10^–2 кг; 2) 22,5^.10^–3 кг; 3) 15,6^.10^–3 кг; 4) 11,2^.10^–2 кг; 5) 5,85^.10^–3 кг.

 

3. В комнате объемом 40 м³ при температуре 20⁰С относительная влажность воздуха 20%. Какую массу воды нужно испарить для увеличения относительной влажности воздуха до 50%. Плотность насыщенного водяного пара при 20⁰С равна 17,3^.10^–3 кг/м³.

Ответы: 1) 0,35 кг; 2) 0,21 кг; 3) 0,75 кг; 4) 1,25 кг; 5) 0,11кг.

 

4. Температура комнаты 18⁰С относительная влажность 50%. В металлический чайник налили холодную воду. Какова температура воды, при которой чайник перестает запотевать?

Ответы: 1) 22⁰С; 2) 9,7 ⁰С; 3) 55 ⁰С; 4) 7⁰С; 5) 11,3⁰С.

 

5. Чему равна относительная влажность воздуха при 18⁰С, если абсолютная влажность его равна 8,3 10^–3 кг/м³.

Ответы: 1) 80%; 2) 53,9%; 3) 65%; 4) 48%; 5) 63%.

 

6. Определить абсолютную влажность воздуха, если его температура 15⁰С, а относительная влажность 80%.

Ответы: 1) 1,02^.10^–2кг/м³; 2) 2,31^.10^–2кг/м³; 3) 7,8^.10^–3кг/м³; 4) 12,8^.10^–3кг/м³.

Контрольные вопросы

 

1. Что изучает метеорология?

2. Методика измерения температуры в данной работе.

3. Методы измерения влажности, психрометр Асмана, психрометр

Августа.

4. Измерение атмосферного давления.

 

Лабораторная работа 1.20

Определение удельной теплоты парообразования воды

Цель работы: определить удельную теплоту парообразования.

Приборы и материалы: 1) калориметр, 2) сухопарник, 3) кипятильник,

4) электроплитка, 5) разновесы, 6) термометр,

7) весы.