Barometr

Barometr – instrument meteorologiczny, przyrząd służący do mierzenia wartości ciśnienia atmosferycznego. Barometry to duża grupa urządzeń o różnych zasadach działania, najbardziej popularne są jednak barometry hydrostatyczne (w tym rtęciowe). W związku z faktem, że ciśnienie zmienia się wraz z dystansem n.p.m. i p.p.m., barometry służyć mogą także do pomiaru wysokości i głębokości (zwłaszcza jako wysokościomierze używane w lotnictwie – niwelacja barometryczna stosowana jest także w geodezji, jest jednak mało dokładna).


Zobacz też: aktynometr, barograf, ceilometr, ewaporometr (atmometr, ewaporymetr).

Prócz barometrów rtęciowych, wyróżnia się barometry ze sprężystym elementem pomiarowym (w tym aneroidy), barometry obciążnikowo-tłokowe oraz termobarometry. Barometry zalicza się do ciśnieniomierzy, a więc przyrządów do mierzenia ciśnienia w cieczach i w gazach. Barometr to przy tym ciśnieniomierz bezwzględny (absolutny), a więc taki, w którym ciśnieniem odniesienia jest próżnia. Inne rodzaje ciśnieniomierzy to np. próżniomierz (wakuometr) do pomiaru ciśnienia niższego, niż atmosferyczne oraz manometr, do pomiaru ciśnienia względem ciśnienia otoczenia.

Historia barometru i stosowane jednostki ciśnienia (skalowanie barometru)

Barometr wynalazł Evangelista Torricelli (1608-1647), uczeń Galileusza, pionier badań w dziedzinie hydrostatyki, w 1643 roku. Barometr Torricellego był barometrem cieczowym, w którym nie zastosowano jednak rtęci, ale słup wody o wysokości 10 metrów. Istnieją jednak doniesienia o wcześniejszych eksperymentach z mierzeniem ciśnienia – kilkanaście lat wcześniej barometr stosować mógł Kartezjusz.

W 1593 sam Galileusz stworzył pierwszy nowożytny termometr (termoskop), a od 1641 istniały już termometry alkoholowe podobne do współczesnych – wynalazek barometru przynależy do okresu szybkiego rozwoju naukowej fizyki opartej na obserwacji, której podstawy metodologiczne stworzył właśnie Galileusz. Eksperymenty Torricellego powtarzał następnie Blaise Pascal, który przyczynił się znacznie do rozpowszechnienia stosowania barometrów w nauce. W 1662 roku niemiecki fizyk i wynalazca Otto von Guericke skonstruował udoskonalony barometr wodny. Dzięki temu urządzeniu wykazał, że zjawiska pogodowe zależne są od wysokości n.p.m. W 1665 roku angielski fizyk i wynalazca Robert Hooke udoskonalił konstrukcję barometru rtęciowego, zaopatrując go w podziałkę do bezpośredniego odczytywania wartości słupa rtęci.

W pomiarze ciśnienia stosować można wiele jednostek miary, w których wyskalowana jest podziała barometru. Jednostką ciśnienia w układzie SI jest paskal (Pa), a więc jeden Newton (N) na m2. Do podawania wartości ciśnienia częściej jednak stosuje się hektopaskale (hPA) – jeden hektopaskal to sto paskali. Dawniej stosowano powszechnie milibary – 1 milibar (1 mbar) to jednostka o wartości identycznej z hektopaskalem. 1 hektopaskal to także 0,75 mm słupa rtęci oraz 1000 dyn na centymetr2. Inne typowe jednostki to funt na cal kwadratowy, dyna na centymetr kwadratowy, sama wysokość słupa rtęci (podawana w milimetrach, centymetrach lub calach) oraz tor (1/760 atmosfery).

Średnie ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza wynosi 1013,25 hPa (wartość ta także jest jednostką miary – 1 atmosfera), czyli 760 mm słupa rtęci.

We współczesnych prognozach pogody wartości podawane przez barometry kontrolowane są zazwyczaj przez instrumenty elektroniczne, a dane analizowane są za pomocą programów komputerowych. Rezultaty nakładane są na mapy referencyjne tak, aby umożliwić wyróżnienie systemów ciśnienia atmosferycznego, które wywierają wpływ na zjawiska pogodowe. Typowym przykładem zastosowania barometru w prognozowaniu pogody jest przewidywanie deszczu i burz – burza jest oczekiwana, jeśli następuje gwałtowny spadek wskazania wartości ciśnienia przez barometr. Jeśli ciśnienie atmosferyczne wzrasta, oczekiwać można natomiast słonecznej pogody.

Rodzaje barometrów

Barometr rtęciowy (cieczowy)

Barometry cieczowe to najczęściej barometry rtęciowe. Istnieje wiele rodzajów barometrów rtęciowych, najczęściej występujące opierają się przy tym na różnych sposobach pomiaru wysokości słupa rtęci. W barometrach można używać także innych niż rtęć płynów, mimo właściwości toksycznych jest ona jednak najbardziej wygodna w zastosowaniu. Gęstość rtęci umożliwia konstruowanie barometrów o krótkich słupach, a więc o niewielkich rozmiarach. Tak np. zastosowanie barometru z słupem wodnym sprawiałoby, że musiałby on mieć około 10 metrów wysokości. Zaletą termometrów rtęciowych jest też duża dokładność – często przeprowadza się np. weryfikację pomiarów barometrów metalowych na podstawie pomiarów barometrów rtęciowych.

Barometr rtęciowy to układ dwóch naczyń połączonych, które są częściowo wypełnione rtęcią. Pierwszym z nich jest pozbawiona wewnątrz powietrza rurka o wysokości około 800-900 mm. Rurka ta zamknięta jest od góry, od dołu styka się natomiast z drugim naczyniem, które stanowi zbiornik rtęci. Na wartość ciśnienia w barometrze rtęciowym wskazuje wysokość słupa rtęci w pierwszej z rurek. Ponad powierzchnią rtęci tworzy się próżnia, określana jako “próżnia Torricellego”. Ciśnienie atmosferyczne w zbiorniku z rtęcią powoduje wzrost jej poziomu w pierwszym z naczyń – wzrost ten zależny jest przy tym od wysokości n.p.m. (spada wraz w wysokością). Dokładność barometrów rtęciowych zależy m.in. od temperatury otoczenia i lokalnej wartości grawitacji. Barometry rtęciowe są więc często kalibrowane pod względem tych czynników.

Barometry sprężynowe (metalowe)

Barometry, których działanie nie opiera się na pomiarze słupa płynu, ale elementu sprężystego to aneroidy – najczęściej występują przy tym barometry metalowe. Cechują je często małe rozmiary, przenośność i wygoda użytkowania. Stosuje się je więc zwłaszcza do pomiaru wysokości – czuły barometr tego typu stosowany w samolotach to wysokościomierz (altymetr, altimetr). Zazwyczaj dokładność barometru metalowego jest jednak niższa, niż rtęciowego – barometry metalowe muszą być więc kalibrowane i weryfikowane za pomocą rtęciowych.

Pomiar umożliwia sprężystość stosowanej w barometrach sprężynowych puszki próżniowej. Jest to puszka, z której usunięto powietrze, o sprężystych, rozciągliwych ściankach. Odkształcenie puszki membranowej pod wpływem ciśnienia atmosferycznego wskazuje na jego wartość. Za pomocą systemów mechanicznych odkształcenia przekazywane są do igły, która pełni funkcję wskaźnika.

Termobarometry

Istnieją także barometry, których działanie opiera się na zależności pomiędzy temperaturą wrzenia cieczy a ciśnieniem atmosferycznym. Woda i inne ciecze wrą w innych temperaturach w zależności od ciśnienia atmosferycznego, co pozwala na pomiar jego wartości. Barometr tego rodzaju określa się jako termobarometr lub hipsotermometr.

Barometr samopiszący – barograf

Barometry, które dokonują stałych, automatycznych zapisów wartości ciśnienia to barografy, określane też jako barometry samopiszące. Najczęściej są to aneroidy, których działanie opiera się na zastosowaniu puszki próżniowej. Istnieją jednak również barometry rtęciowe tego rodzaju. Ruchy puszki próżniowej wzmacnia system dźwigni, który porusza specjalnym piórem nanoszącym na obracający się na walcu papier wykres z wartościami ciśnienia w określonych jednostkach czasu (tygodnie, doby, miesiące). Papier owinięty jest zazwyczaj na walcu obracanym przez mechanizm zegarowy. Współcześnie barografy mechaniczne tego typu wypierane są przez barometry elektroniczne.

Barometr w języku

Etymologia: z języka greckiego, od wyrazów báros – “waga”, “ciężar” i metreín – “mierzyć”. W języku polskim istnieje przymiotnik “barometryczny”, który w wielu kontekstach znaczeniowych stanowi rzadszą formę przymiotnika “baryczny”. Jest tak np. w przypadku określeń “stopień baryczny” (“stopień barometryczny”) i “tendencja baryczna” (“tendencja barometryczna”). Słowo “barometr” pojawia się często w różnych określeniach metaforycznych związanych z pomiarem i analizą, np. “barometr koniunktury”.


Dodaj komentarz