Как работает барометр и как он помогает прогнозировать погоду?

Барометр

Барометр — широко используемый метеорологический прибор, который измеряет атмосферное давление (также известное как давление воздуха или барометрическое давление) — вес воздуха в атмосфере. Это один из основных датчиков, включенных в метеорологические станции.

В то время как существует множество типов барометра, в метеорологии используются два основных типа: ртутный барометр и анероидный барометр.
Как работает классический ртутный барометр?

Классический ртутный барометр спроектирован как стеклянная трубка высотой около одного метра с одним открытым концом, а другой конец герметизирован.

Схема работы ртутного барометра

Труба заполнена ртутью. Эта стеклянная трубка сидит вверх дном в контейнере, называемом резервуаром, который также содержит ртуть. Уровень ртути в стеклянной трубке падает, создавая вакуум наверху. (Первый барометр этого типа был изобретен итальянским физиком и математиком Евангелистом Торричелли в 1643.)

Барометр работает, балансируя вес ртути в стеклянной трубке от атмосферного давления, подобно набору весов. Атмосферное давление представляет собой в основном вес воздуха в атмосфере над резервуаром, поэтому уровень ртути продолжает изменяться до тех пор, пока вес ртути в стеклянной трубке не будет точно равен весу воздуха над резервуаром. Как только они прекратили движение и уравновешиваются, давление регистрируется путем «считывания» значения на высоте ртути в вертикальной колонке.

Если вес ртути меньше атмосферного давления, уровень ртути в стеклянной трубке поднимается (высокое давление).

В областях высокого давления воздух опускается к поверхности земли быстрее, чем может перетекать в окружающие районы. Поскольку число молекул воздуха над поверхностью увеличивается, на этой поверхности появляется больше молекул. При увеличенном весе воздуха над резервуаром уровень ртути повышается до более высокого уровня.

Если вес ртути превышает атмосферное, уровень ртути падает (низкое давление). В областях с низким давлением воздух поднимается от поверхности земли быстрее, чем его можно заменить воздухом, поступающим из окружающих областей. Так как число молекул воздуха над областью уменьшается, молекул становится меньше, чтобы на нее воздействовать. При уменьшенном весе воздуха над резервуаром уровень ртути снижается до более низкого уровня.

См. также:  Газовые манометрические приборы. Ацетиленовые манометры

Ртуть против анероида

Мы уже изучили, как работают ртутные барометры. Следует знать что такие барометры не самые безопасные приборы (в конце концов, ртуть — очень ядовитый жидкий металл (!)).

Анероидные барометры более широко используются в качестве альтернативы «жидким» барометрам. Изобретенный в 1884 году французским ученым Люсьеном Види, анероидный барометр напоминает компас или часы. Вот как это работает: внутри анороидного барометра есть небольшой гибкий металлический полый ящик ,который выполнен из двух свареных между собой металлических мембран (см. рисунок).

Чувствительный элемент барометра

Поскольку в этой коробке был откачан воздух, небольшие изменения внешнего давления воздуха заставляют его металлические стенки расширяться и сжиматься. Движения расширения и сжатия прив

одят в движение механические рычаги, внутри которых перемещается игла. Поскольку эти движения приводят иглу вверх или вниз вокруг циферблата барометра, изменение давления легко отображается.

Анероидные барометры — это те виды, которые наиболее часто используются в домах и небольших самолетах.
Барометр в мобильном телефоне

Независимо от того, есть ли у вас барометр в вашем доме, офисе, лодке или самолете, скорее всего, ваш iPhone, Android или другой смартфон имеет встроенный цифровой барометр! Цифровые барометры работают как анероид, за исключением того, что механические детали заменяются простым датчиком давления. Итак, почему этот датчик, связанный с погодой, имеется в вашем мобильнике? Многие производители включают его для улучшения измерений высоты, предоставляемых службами GPS вашего телефона (поскольку атмосферное давление напрямую связано с его увеличением).

Если вам повезет с погодой, вы получаете дополнительное преимущество, заключающееся в том, что вы можете делиться и передавать данные о давлении воздуха с помощью группы других пользователей смартфонов через постоянное подключение к Интернету и приложения для погоды.

См. также:  Приборы жидкостного столба

Миллибары, Дюймы ртутного столба и Паскали

Барометрическое давление можно измерять в любой из следующих единиц измерения:

Миллиметры ртутного столба (мм. рт. ст., или дюймы ртутного столба inHg) — Используются в основном в Соединенных Штатах.

Миллибары (мБар, mb) — Используются метеорологами.
Паскали (Па, Ра) — Единица давления в СИ, используемая во всем мире.
Атмосферы (атм, аtm) — Давление воздуха на уровне моря при температуре 15 °C.
При преобразовании между ними используется следующая формула:

29,92 inHg = 1,0 Атм = 101325 Pa = 1013,25 мБар

Использование давления для прогнозирования погоды

Изменения атмосферного давления являются одним из наиболее часто используемых способов прогнозирования краткосрочных изменений погоды. Чтобы узнать больше об этом, и почему медленно повышающееся атмосферное давление обычно указывает на засушливую, сухую погоду, тогда как понижающееся давление часто указывает на появление бурь, дождя и ветреную погоду, читайте, как высокое и низкое давление воздуха управляет нашей ежедневной погодой.