Чем измеряют давление воздуха


Описание приборов измерения атмосферного давления

Давление воздуха изменяется в широких пределах. Если оно больше 760 миллиметров ртутрного столба, то считается повышенным, если меньше – то пониженным.

Наблюдения за изменением атмосферного давления позволяют предсказывать погоду. Например, при повышении давления в зимний период погода становится морозней, а летом – жаркой. Пониженное атмосферное давление способствует появлению облачности, выпадению осадков. Поэтому постоянно знать величину атмосферного давления и контролировать его изменения необходимо не только ученым, медикам, но и всем нам.

Атмосферное давление

Атмосферное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба, а также в Паскалях и гектоПаскалях. Принято считать нормальным давление, которое равно 760 мм рт. ст. (1013,25 гПа) .

Атмосферное давление, как правило, изменяется в зависимости от изменений погодных условий. Зачастую давление падает перед ненастной погодой, повышается – перед хорошей. Ведение учета изменения давления позволяет определить перемещение циклонов и направление ветров.

На самочувствие человека, проживающего долгое время в определенной местности, изменение характерного давления зачастую не влияет. В случаях, когда происходят непериодические колебания атмосферного давления, даже у здоровых людей появляется головная боль, падает работоспособность и ощущается тяжесть тела.

Изменение атмосферного давления также влияет на многие технологические процессы. Например, при переработке нефтепродуктов, где давление является одним из основных контролируемых технических параметров; хлебо-булочное производство, где показания давления сильно влияют на влажность полуфабрикатов из теста; в авиационной промышленности это очень важный параметр, оказывающий влияние на сроки и условия эксплуатации.

Приборы для измерения атмосферного давления

На сегодняшний день существует несколько видов барометров, с помощью которых осуществляют измерение давления воздуха:

  • Ртутный сифонный барометр – представляет У-образную, наполненную ртутью трубку с открытым и запаянным концом.
  • Ртутный чашечный барометр – состоит из вертикальной, наполненной ртутью трубки, верхний конец которой запаян, а нижний находится в специальной чашечке с ртутью.
  • Барометр-анероид – является безвоздушной металлической коробкой с волнообразными стенками.
  • Барограф – самопищущий прибор, который применяют для наблюдения за барометрическим давлением в определенные промежутки времени.
  • Электронный барометр – цифровой прибор, работающий по принципу обычного анероида или по принципу измерения давления воздуха на чувствительный кристалл.

Ртутные барометры являются более точными и надежными по сравнению с анероидами, по ним проверяют работу других видов барометров. Высота давления в них определяется по высоте столба ртути. Метеорологические станции оборудованы чашечными барометрами.

Измерение атмосферного давления с помощью термогигрометра

Атмосферное давление измеряется не только с помощью различных видов барометров, но и такими универсальными цифровыми приборами, как термогигрометры. Несмотря на то, что основная задача данных устройств – определение относительной влажности и температуры, они прекрасно справляются и с измерением давления воздуха, показывая максимально точные величины. Поэтому такие многофункциональные приборы приобрести намного выгоднее, чем устаревшие барометры и психрометры.

АО «ЭКСИС» предлагает Вашему вниманию огромный ассортимент электронных измерителей давления и других контрольно-измерительных приборов высокого качества и всегда по доступным ценам.  

В частности, в нашей копании Вы сможете приобрести следующие модели термогигрометров:

  • Термогигрометр ИВТМ-7 М 2-Д-В. Прибор, помимо измерения и регистрации температуры и относительной влажности воздуха и других неагрессивных газов, измеряет атмосферное давление в миллиметрах ртутного столба и гПа, может регистрировать данные в энергонезависимой памяти, пересчитывать результаты измерений в различные единицы (процент относительной влажности, г/м3), осуществлять одновременную индикацию измеряемых значений. ИВТМ-7 М 2-Д-В обладает высокой степенью пылевлагозащиты (IP65), благодаря чему возможно его использование в помещениях с повышенной влажностью.
  • Термогигрометр ИВТМ-7 К-1. Прибор измеряет атмосферное давление в кПа, может пересчитывать значения различных единиц влажности, осуществлять одновременную индикацию измеряемых значений, регистрировать данные на microSD, возможно подключение различных типов первичных преобразователей.
  • Термогигрометр ИВТМ-7 Р-03-И-Д. Прибор оснащен жидкокристаллическим индикатором, предназначенным для визуального контроля значений относительной влажности, температуры и давления. Имеет малые габариты и эргономичный корпус.
  • Термогигрометр ИВТМ-7 М 6-Д (в эргономичном корпусе). Прибор измеряет атмосферное давление в кПа, может регистрировать данные на энергонезависимой карте памяти, пересчитывать результаты измерений в различные единицы, осуществлять одновременную индикацию измеряемых значений. Имеет эргономичный корпус, большой и удобный дисплей.
  • Термогигрометр ИВТМ-7 М 3-Д-В. Прибор, помимо измерения и регистрации температуры и относительной влажности воздуха и других неагрессивных газов, измеряет атмосферное давление в миллиметрах ртутного столба и гПа, может регистрировать данные в энергонезависимой памяти, пересчитывать результаты измерений в различные единицы (процент относительной влажности, г/м3), осуществлять одновременную индикацию измеряемых значений. Модель ИВТМ-7 М3-Д-В предназначена для создания измерительной сети. Степень влагозащиты корпуса и датчика IP65, благодаря чему возможно его использование в помещениях с повышенной влажностью.
  • Термогигрометр ИВТМ-7 М 6-Д. Прибор измеряет атмосферное давление в кПа, может регистрировать данные на энергонезависимой карте памяти (microSD), пересчитывать результаты измерений в различные единицы, осуществлять одновременную индикацию измеряемых значений.

Все модели термогигрометров имеют интерфейс связи с ПК посредством USB, RS-232 и могут крепиться к стене.

Приборы для измерения давления. Виды и работа. Применение

Характеристикой давления является сила, которая равномерно воздействует на единицу площади поверхности тела. Эта сила оказывает влияние на различные технологические процессы. Давление измеряется в паскалях. Один паскаль равен давлению силы в один ньютон на площадь поверхности в 1 м2. Применяют приборы для измерения давления.

Виды давления
  • Атмосферное давление образуется атмосферой Земли.
  • Вакуумметрическое давление – это давление, не достигающее величины атмосферного давления.
  • Избыточное давление – это величина давления, превосходящая значение атмосферного давления.
  • Абсолютное давление определяется от величины абсолютного нуля (вакуума).
Виды и работа

Приборы, измеряющие давление, называются манометрами. В технике чаще всего приходится определять избыточное давление. Значительный интервал измеряемых величин давлений, особые условия измерения их во всевозможных технологических процессах обуславливает разнообразие видов манометров, которые имеют свои различия по конструктивным особенностям и по принципу работы. Рассмотрим основные из применяемых видов.

Барометры

Барометром называют прибор, измеряющий давление воздуха в атмосфере. Существует несколько видов барометров.

Ртутный барометр действует на основе перемещения ртути в трубке по определенной шкале.

Жидкостный барометр работает по принципу уравновешивания жидкости давлением атмосферы.

Барометр-анероид работает на изменении размеров металлической герметичной коробки с вакуумом внутри, под действием давления атмосферы.

Электронный барометр является более современным прибором. Он преобразовывает параметры обычного анероида в цифровой сигнал, отображающийся на жидкокристаллическом дисплее.

 
Жидкостные манометры

В этих моделях приборов давление определяется высотой столба жидкости, которое выравнивает это давление. Жидкостные приборы для измерения давления чаще всего выполняют в виде 2-х стеклянных сосудов, соединенных между собой, в которые залита жидкость (вода, ртуть, спирт).

Рис-1

Один конец емкости соединен с измеряемой средой, а второй открыт. Под давлением среды жидкость перетекает из одного сосуда в другой до выравнивания давления. Разность уровней жидкости определяет избыточное давление. Такими приборами замеряют разность давлений и разрежение.

На рисунке 1а изображен 2-х трубный манометр, измеряющий вакуум, избыточное и атмосферное давление. Недостатком является значительная погрешность измерения давлений, имеющих пульсацию. Для таких случаев применяют 1-трубные манометры (рисунок 1б). В них один край сосуда большего размера. Чашка соединена с измеряемой полостью, давление которой передвигает жидкость в узкую часть сосуда.

При замере берется во внимание только высота жидкости в узком колене, так как жидкость изменяет свой уровень в чашке незначительно, и этим пренебрегают. Чтобы произвести замеры малых избыточных давлений используют 1-трубные микроманометры с трубкой, наклоненной под углом (рисунок 1в). Чем больше наклон трубки, тем точнее показания прибора, вследствие увеличения длины уровня жидкости.

Особой группой считаются приборы для измерения давления, в которых движение жидкости в емкости действует на чувствительный элемент – поплавок (1) на рисунке 2а, кольцо (3) (рисунок 2в) или колокол (2) (рисунок 2б), которые связаны со стрелкой, являющейся указателем давления.

Рис-2

Преимуществами таких приборов является дистанционная передача и их регистрация значений.

Деформационные манометры

В технической области приобрели популярность деформационные приборы для измерения давления. Их принцип работы заключается в деформации чувствительного элемента. Эта деформация появляется под действием давления. Упругий компонент связан со считывающим устройством, имеющим шкалу с градуировкой единицами давления.

Деформационные манометры делятся на:
  • Пружинные.
  • Сильфонные.
  • Мембранные.

Рис-3

Пружинные манометры

В этих приборах чувствительным элементом является пружина, соединенная со стрелкой передаточным механизмом. Давление воздействует внутри трубки, сечение старается принять круглую форму, пружина (1) пытается раскручиваться, в результате стрелка передвигается по шкале (рисунок 3а).

Мембранные манометры

В этих приборах упругим компонентом является мембрана (2). Она прогибается под давлением, и воздействует на стрелку с помощью передаточного механизма. Мембрану изготавливают по типу коробки (3). Это увеличивает точность и чувствительность прибора из-за большего прогиба при равном давлении (рисунок 3б).

Сильфонные манометры

В приборах сильфонного типа (рисунок 3в) упругим элементом является сильфон (4), который выполнен в виде гофрированной тонкостенной трубки. В эту трубку воздействует давление. При этом сильфон увеличивается в длину и с помощью механизма передачи передвигает стрелку манометра.

Сильфонные и мембранные виды манометров используют для замеров незначительных избыточных давлений и вакуума, так как упругий компонент имеет небольшую жесткость. При применении таких приборов для измерения вакуума они получили название тягомеров. Прибор, измеряющий избыточное давление, является напоромером, для измерения избыточного давления и вакуума служат тягонапоромеры.

Приборы для измерения давления деформационного типа имеют преимущество в сравнении с жидкостными моделями. Они позволяют производить передачу показаний дистанционно и записывать их в автоматическом режиме.

Это происходит вследствие преобразования деформации упругого компонента в выходной сигнал электрического тока. Сигнал фиксируется приборами измерений, которые имеют градуировку по единицам давления. Такие приборы имеют название деформационно-электрических манометров. Широкое использование нашли тензометрические, дифференциально-трансформаторные и магнитомодуляционные преобразователи.

Дифференциально-трансформаторный преобразователь

Рис-4

Принципом работы такого преобразователя является изменение силы тока индукции в зависимости от величины давления.

Приборы с наличием такого преобразователя имеют трубчатую пружину (1), которая передвигает стальной сердечник (2) трансформатора, а не стрелку. В итоге изменяется сила индукционного тока, подающегося через усилитель (4) на измерительный прибор (3).

Магнитомодуляционные приборы для измерения давления

В таких приборах усилие преобразуется в сигнал электрического тока вследствие передвижения магнита, связанного с упругим компонентом. При движении магнит воздействует на магнитомодуляционный преобразователь.

Электрический сигнал усиливается в полупроводниковом усилителе и поступает на вторичные электроизмерительные устройства.

Тензометрические манометры

Преобразователи на основе тензометрического датчика работают на основе зависимости электрического сопротивления тензорезистора от величины деформации.

Рис-5

Тензодатчики (1) (рисунок 5) фиксируются на упругом элементе прибора. Электрический сигнал на выходе возникает вследствие изменения сопротивления тензорезистора, и фиксируется вторичными устройствами измерения.

Электроконтактные манометры

В схемах сигнализации, системах авторегулирования технологических процессов, приборах тепловой защиты популярными стали электроконтактные манометры. На рисунке изображена схема и вид прибора.

Рис-6

Упругим компонентом в приборе выступает трубчатая одновитковая пружина. Контакты (1) и (2) выполняются для любых отметок шкалы прибора, вращая винт в головке (3), которая находится на внешней стороне стекла.

При уменьшении давления и достижении его нижнего предела, стрелка (4) с помощью контакта (5) включит цепь лампы соответствующего цвета. При возрастании давления до верхнего предела, который задан контактом (2), стрелка замыкает цепь красной лампы контактом (5).

Классы точности
Измерительные манометры разделяют на два класса:
  1. Образцовые.
  2. Рабочие.

Образцовые приборы определяют погрешность показаний рабочих приборов, которые участвуют в технологии производства продукции.

Класс точности взаимосвязан с допустимой погрешностью, которая является величиной отклонения манометра от действительных величин. Точность прибора определяется процентным соотношением от максимально допустимой погрешности к номинальному значению. Чем больше процент, тем меньше точность прибора.

Образцовые манометры имеют точность намного выше рабочих моделей, так как они служат для оценки соответствия показаний рабочих моделей приборов. Образцовые манометры применяются в основном в условиях лаборатории, поэтому они изготавливаются без дополнительной защиты от внешней среды.

Пружинные манометры имеют 3 класса точности: 0,16, 0,25 и 0,4. Рабочие модели манометров имеют такие классы точности от 0,5 до 4.

Применение манометров

Приборы для измерения давления наиболее популярные приборы в различных отраслях промышленности при работе с жидким или газообразным сырьем.

Перечислим основные места использования приборы для измерения давления в:
  • Газо- и нефтедобывающей промышленности.
  • Теплотехнике для контроля давления энергоносителя в трубопроводах.
  • Авиационной отрасли промышленности, автомобилестроении, сервисном обслуживании самолетов и автомобилей.
  • Машиностроительной отрасли при применении гидромеханических и гидродинамических узлов.
  • Медицинских устройствах и приборах.
  • Железнодорожном оборудовании и транспорте.
  • Химической отрасли промышленности для определения давления веществ в технологических процессах.
  • Местах с применением пневматических механизмов и агрегатов.
Похожие темы:

Приборы для измерения давления атмосферы – барометры

 

Давление возникает в разных средах. Поэтому, различают:

  • Атмосферное
  • Вакуумметрическое – это то, параметры которого не достигают величин нормального показателя давления воздуха
  • Гидростатическое.

В зависимости от величины параметра выделяют:

  • Избыточное, его параметры превышают стандартные нормативные значения атмосферы.
  • Абсолютное – отсчитывается от параметров вакуума.

Но, независимо от того, как измеряется данный параметр и в какой среде, применяют для этого измерительные изделия (приборы), называющиеся манометрами. А те, которые измеряют непосредственно давление атмосферы – являются барометрами. Но, в зависимости от конструктивных особенностей и принципов работы, они могут быть самыми разнообразными.

Измерение давления воздуха

 

Чтобы измерить давление воздушного столба используют барометры. Они могут быть по своим конструктивным особенностям самыми разнообразными, от простых изделий, до высокотехнологичных приборов http://www.asu-kip.ru/products/ .


Ртутные

Данный вид относится к жидкостным. В трубке шкалы используется ртуть, которая поднимаясь под воздействием внешнего давления воздуха, указывает его значение (в мм рт. ст., барах или Па) на градуированной шкале. Несмотря на свою простоту, являются достаточно точными, поэтому используются на метеорологических станциях. По ним сверяются остальные приборы. Кстати, при их эксплуатации всегда вводят поправку на силу тяжести, создаваемую земной поверхностью и на инструментальную неточность.

В зависимости от устройства ртутного барометра выделяют:

— Чашечный тип. Чаще всего в него встраивают дополнительно термометр, который также может быть ртутным или спиртовым. Точность такого прибора достигает 0,1 мм ртутного столба.
— Сифонно-чашечный и сифонный. Их принципы работы схожи. В конструкции имеется коленная трубка с перетекаемой жидкостью. Один конец ее запаян, а другой остается открытым. Благодаря специфики ртути, как металла, достигается высокий показатель точности – 0,05 мм рт.ст.

Основанные на работе жидкости

Здесь используется принцип уравновешивания жидкости в двух переливающихся сосудах. Но в качестве жидкого вещества не используется ртуть, а применяется, например, подкрашенная спиртовая жидкость.

Благодаря большой погрешности, их использование на сегодняшний день практически сведено к минимуму.

Анероиды

Более сложная конструкция, включающая в себя металлическую коробку с полостью, внутри которой создается вакуум. В зависимости от изменения положения пластины, регулируется направление стрелки, указывающее на шкале значение давления воздуха.

Их используют в походных условиях, но перед этим сверяют и выставляют по более точному ртутному барометру.

Альтиметр

Это так называемый анероидный высотометр. Он измеряет атмосферное давление в зависимости от высоты над поверхностью уровня моря. Ведь, в смысл 1 атмосферы вкладывается понятие давление воздушного столба ровно на уровне моря. Чем выше человек поднимается в горы, тем меньшее давление оказывается атмосферой. Ведь в этом случае слой воздуха становится тоньше ровно на ту величину, на которую поднялся человек над поверхностью водной глади.

Альтиметры имеют одновременно 2 шкалы – на одной отображается давление, тогда как вторая указывает высоту. Устанавливают альтиметр на летательных аппаратах, где шкала преобразована в циферблат. Именно по такому прибору определяется высота полета.

Барограф

Также такой аппарат называют барометром самописцем. Его основная особенность заключается в том, что он непрерывно регистрирует атмосферное давление, то есть по нему можно сориентироваться в степени его изменения с течением времени.
Электронный

Прибор наиболее точный и современный. В нем применяется принцип анероида. Но полученные с гибкой пластины и гофра данные передаются не на стрелку, а отображаются с помощью цифровой кодификации сигнала на жидкокристаллическом табло.

Важно понимать, что и этот точный прибор изначальной выставляется и градуируется по ртутному барометру.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Поделиться ссылкой:

Похожее

Атмосферное давление. Урок 13

Земля путём силы гравитации притягивает к себе молекулы воздуха. Они имеют вес, а значит создают давление как внутри самой атмосферы, так и на её границе с различными телами на земной поверхности. Атмосферное давление – это сила, с которой воздух давит на земную поверхность и на все находящиеся на ней предметы.

Атмосферное давление изменяется с высотой и зависит от погодных условий: температуры воздуха и перемещения воздушных масс в вертикальном направлении (конвекции). Вблизи земной поверхности оно приблизительно равно 105 Па (в интернациональной системе (СИ) давление измеряется в Паскалях – русское Па, международное – Pa).

За нормальное атмосферное давление принято давление ртутного столба высотой 76 см сечением в 1 см2 на уровне моря на широте 45° при температуре 0°С. Оно равно 760 мм рт. ст.(101325 Па, но реально берётся 100 000 Па) – это 1 атмосфера (атм.).


<!— Реклама —>

Атмосферное давление по-традиции измеряют в миллиметрах ртутного столба, современные аналоги этой меры – миллибары и гектопаскали. Один Паскаль – это давление силой в 1 Ньютон (Н), приходящееся на площадь 1 м2.

Интересно, что среднее давление атмосферы на поверхности Марса в 160 раз меньше, чем у поверхности Земли.

Как заметить атмосферное давление?

Хотя молекулы газа не имеют запаха и цвета, они постоянно взаимодействуют с рецепторами нашей кожи, сдавливают со всех сторон все предметы, заполняют пустоты, а их быстрое перемещение в горизонтальном направлении, называемое ветром, может сбить нас с ног. Доказать, что атмосферное давление существует, можно при помощи простых опытов.

Опыт 1 – «Непроливайка»

В стакан налить воды до краёв. Прикрыть его листком плотной бумаги и, придерживая бумагу ладонью, быстро перевернуть стакан кверху дном. Убрать ладонь. Вода из стакана не выльется, так как на бумагу снизу давит атмосфера.

Объяснение: фраза «на нас давит столб атмосферного воздуха», иногда употребляемая, в том числе и в школьных учебниках, некорректна. Она произносится по ассоциации с силой давления, действующей со стороны твёрдого тела. Эта сила действует на тела, расположенные ниже, и не действует на тела сбоку или, тем более, сверху данного тела. Иное дело давление жидкости или газа.

По закону Паскаля давление передаётся не только в точки на дне сосуда, но также и в точки на стенках и крышке. Силы гидростатического и атмосферного давлений действуют перпендикулярно произвольно ориентированной поверхности тела, контактирующей со средой, и могут иметь любое направление.

Воздух, давящий на бумагу снизу наполненного стакана – это доказательство несостоятельности такой ассоциации. Интересно, что если стакан наполнить водой только наполовину, то оставшийся воздух будет давить с такой же силой, как и наружный, и бумага не удержит воду (и воздух) в стакане.

Опыт 2 – «Сухим из воды»

Положить на плоскую тарелку монету или металлическую пуговицу и налить воды. Монета окажется под водой. Наша задача – выловить монету голыми руками, не замочив их.

Зажгите внутри сухого стакана бумагу и, когда воздух нагреется, опрокиньте стакан на тарелку рядом с монетой так, чтобы монета не очутилась под стаканом. Ждать придётся недолго. Бумага в стакане сразу погаснет, и воздух начнёт остывать. По мере его остывания вода будет втягиваться стаканом и вскоре вся соберётся там, обнажив дно тарелки.

Объяснение: когда воздух в стакане нагрелся, он расширился, как и все нагретые тела, избыток его нового объёма вышел из стакана. Когда же оставшийся воздух начал остывать, его стало недостаточно, чтобы в холодном состоянии оказывать прежнее давление, уравновешивать наружное давление атмосферы. Теперь вода под стаканом испытывает на каждый сантиметр своей поверхности меньшее давление, чем в открытой части тарелки. Неудивительно, что она вгоняется под стакан, втискиваемая туда избытком давления наружного воздуха. Вода вдавливается воздухом!

По этой же теме посмотрите эксперимент программы «Галилео».

Почему мы не чувствуем атмосферное давление?

Зная, что 1 м3 воздуха при температуре 0° на уровне моря весит 1,3 кг, легко подсчитать, что на крышу дома, имеющую площадь, например 100 м², атмосфера давит с силой 107 Н, что соответствует весу тела массой 1000 т. Однако крыша дома не проваливается.

Площадь спины лежащего на пляже человека заведомо больше 0,2 м2; следовательно, атмосфера давит на спину человека с силой, большей чем 20 000 Н, что соответствует камешку массой 2 т. Однако человек вообще не ощущает никакого давления сверху.

Опыт «Сухим из воды» демонстрирует нам ещё и доказательство внутреннего давления, уравновешивающего наружное давление атмосферы.

Мы не чувствуем давления воздуха, потому что давление атмосферы равномерно распределяется со всех сторон и потому что внутри нас есть такое же давление воздуха и жидкости, а адаптационные способности организма постоянно уравновешивают внутреннее давление, подстраивая его под изменение атмосферного. Но адаптации проходят только в небольшом интервале. 

Если люди живут длительное время на большой высоте, то их организм приспосабливается как к меньшему количеству кислорода, так и к более низкому давлению. Самые высокогорные поселения мира:

  • Ла-Ринконада (Перу) – 5100 м;
  • Эль-Альто (Боливия) – 4150 м;
  • Потоси (Боливия) – 4090 м;
  • Лхаса (Т ибет) – 3650 м;
  • Намче-базар (Непал) – 3450 м;
  • в России это Куруш (Дагестан) – 2600 м.
Посёлок золотоискателей Ла Ринконада-Ананея, 5100 м.
Автор: IJISCAY

А вот рыбы, живущие на глубине океана, привыкли к более высокому давлению, и быстро перестроиться их организм не способен. Их тело адаптировалось к нему, и внутреннее давление его намного выше 1 атм. Поэтому когда их достают из глубины, они взрываются из-за высокого внутреннего давления. То же произошло бы и с человеком в безвоздушном пространстве (в космосе).

Фильм по теме «Атмосферное давление и самочувствие человека».

Из истории открытия знаний о весе, давлении воздуха и изобретении барометра

О том, как измерить атмосферное давление, догадался итальянский математик и физик, выпускник иезуитского колледжа Э. Торричелли. Вместе с В. Вивиани – юным учеником Галилея – он провёл опыты по его измерению. Торричелли тоже был одним из последних учеников Галилея, и основываясь на его догадках доказал, что воздух имеет вес и оказывает давление.

Эванжелиста Торричелли и его барометр.
Автор: Saperaud~commonswiki

Торричелли впервые открыто выступил против догм Аристотеля. Рассуждая о насосе, он заявил, что

«прежде всего вода поднимается вслед за поршнем вовсе не потому, что «природа боится пустоты», просто воду гонит в насос давление, которое оказывает воздух на поверхность реки. В трубе же насоса, под поршнем, воздуха нет, поэтому вода входит в неё до тех пор, пока вес водяного столба в трубе насоса не уравновесит наружное давление воздуха».

Но доказал он это немного позже. Предложенный им опыт был осуществлён в 1643 г. В этом опыте использовалась запаянная с одного конца стеклянная трубка длиной около 1 м. Её наполняли ртутью и, закрыв пальцем (чтобы ртуть не выливалась раньше времени), перевернув, опускали в широкую чашку со ртутью.

Часть ртути из трубки выливалась, и в её верхней части образовывался вакуум (первая настоящая пустота, обнаруженная на Земле – Торричеллиева пустота). При этом высота столба ртути в трубке оказалась равной примерно 760 мм (если отсчитывать её от уровня ртути в чашке). Воздух давил на ртуть чашки и не давал вылиться из трубки.

Учёный также догадался, что давление атмосферы связано с изменением погоды. Наблюдая за высотой ртутного столба в трубке, Торричелли заметил, что атмосферное давление непостоянно и зависит от «теплоты или холода». Столбик в трубке то опускался, то поднимался, указывая на нужное деление шкалы. Вот почему в качестве одной из единиц давления взят миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.). Тяжесть по-гречески «барос», и прибор Торричелли стали называть барометром.

Принцип действия барометра Торричелли

О давлении и весе воздуха почти одновременно с Торричелли догадался и другой известный учёный того времени – Декарт. Он объяснил, почему из продырявленного на дне флакона при закрытой крышке духи не вытекают, а при открытой вытекают, именно разностью в давлении воздуха на разные площади поверхности. Когда крышка флакона закрыта, поверхностное натяжение воды на небольшом отверстии способно удерживать жидкость во флаконе. При открытой крышке оно преодолевается силой давления воздуха и духи начинают вытекать. Декарт выдвинул гипотезу, что с высотой воздух становится реже, а значит, должно уменьшаться и его давление.

Уже после опытов Торричелли Декарт поручил талантливому французскому математику и физику Блезу Паскалю проверить его догадку – верно ли, что давление с высотой убывает. Для этого он должен был подняться в горы с трубкой Торричелли. Опустившийся вниз столбик ртути на высоте горы Пюи де Дом подтвердили гипотезы Торричелли и Декарта.

Паскаль сделал вывод:

«законы давления жидкостей, известные ещё со времён славного Архимеда и развитые голландцем Симеоном Стевином, во многом справедливы и для воздуха». 

Давление воздуха не замечается человеком, потому что по законам давления в жидкостях и газах оно направлено и в стороны, и вниз.

Как измеряют атмосферное давление?

Барометр Торричелли используют до сих пор. Этот простой прибор помогает определить примерную высоту над уровнем моря. Альпинисты берут его с собой высоко в горы. Барометр – обязательный прибор кабины каждого летательного аппарата, будь то самолёт или спутник Земли. В наши дни его «братья» спускаются и на дно морей. Из высотомеров они превратились в глубиномеры.

За три с лишним века барометры изменились: стали автоматическими, самозаписывающими, научились управлять другими механизмами.

Ртутный барометр измеряет атмосферное давление с наибольшей точностью

Старые ртутные барометры.
Автор: GianniG46

На метеорологических станциях давление атмосферного воздуха измеряют всё те же ртутные барометры, так как они обладают наибольшей точностью. Они работают по тому же принципу, что и изобретение Торричелли.

При измерении величины давления вводят поправки на температуру, так как при повышении температур, ртуть и шкала барометра расширяются. На практике пользуются готовой таблицей поправок, которая сразу же даёт нужную величину.

Мембранные барометры

Для измерения атмосферного давления применяют также мембранные манометры. Простейший мембранный манометр показан схематически на рис 1.

Рис. 1. Мембранный барометр

Тонкая упругая пластинка-мембрана 1 герметически закрывает коробку 2, из которой откачана часть воздуха. С мембраной соединён указатель 3, поворачивающийся около О на угол, зависящий от степени прогиба мембраны, которая в свою очередь зависит от разности измеряемой силы давления воздуха вне коробки и внутри коробки.

Такие манометры называют барометрами-анероидами. Их градуируют и выверяют по ртутному барометру. Они менее точны, зато более удобны в обращении, поскольку не содержат ртути. При определении давления анероидом вносятся три поправки (на шкалу, на температуру и дополнительная на прибор), указанные в сертификате прибора. Анероид может давать надежные показания только в том случае, если он время от времени подвергается тщательной проверке.

Барометр-анероид.
Изображение Wolfgang Eckert с сайта Pixabay

Анероид может быть градуирован непосредственно на высоту атмосферы. Такие анероиды называют альтиметрами; или высотомерами, они используются в авиалайнерах и позволяют пилоту контролировать высоту полёта.

Высотомер Булова Б-11, с самолёта-истребителя.
Автор: Дозиметр

Для непрерывной регистрации изменения атмосферного давления применяется самопишущий прибор — барограф . Приёмной частью барографа является несколько соединённых между собой малых анероидных коробок.

Другие приборы

Гипсотермометр (гипсометртермобарометрбаротермометр) — прибор для измерения атмосферного давления по температуре кипящей жидкости (обычно воды). Он более точен, чем анероид.

Состоит из кипятильника и термометра со шкалой, разделённой на 0°,01. Этот прибор обычно применяется в экспедиционных условиях для барометрического нивелирования.

Штормгласс – это химический или кристаллический барометр, состоящий из стеклянной колбы или ампулы, заполненных спиртовым раствором, в котором в определённых пропорциях растворены камфора, нашатырь и калийная селитра.
<!— Реклама —>

Этим химическим барометром активно пользовался во время своих морских путешествий английский гидрограф и метеоролог, вице-адмирал Роберт Фицрой, который тщательно описал поведение барометра, это описание используется до сих пор. Поэтому штормгласс также называют «Барометром Фицроя». В 1831–1836 гг. Фицрой возглавлял океанографическую экспедицию на корабле «Бигль», в которой участвовал Чарльз Дарвин.

Весной и осенью резкое падение показателей барометра предвещает ветреную погоду. Летом, в сильную жару, оно предупреждает о грозе. Зимой, особенно после продолжительных морозов, быстрое падение ртутного столба говорит о предстоящей перемене направления ветра, сопровождающейся оттепелью и дождём. Напротив, повышение ртутного столба во время продолжительных морозов предвещает снегопад.

Закономерности в изменении атмосферного давления и способ использования этих знаний

Почти вся масса атмосферы Земли сосредоточена в слое высотой примерно до 50 км. По достижении высоты 50 км ускорение свободного падения уменьшается всего лишь на 1,5% по сравнению с ускорением на уровне моря; поэтому можно принять, что в пределах всего 50-километрового слоя атмосферы ускорение свободного падения остается равным g = 9,8 м/с2.

Представляя атмосферный воздух в виде сплошной среды, мы, конечно, не должны забывать, что в действительности это газ. Давление — статистическая величина, выражаемая через усреднённый по многим молекулам квадрат скорости их хаотического движения. Сила давления на любую реальную или мысленно выделенную площадку в газе обусловлена хаотической бомбардировкой этой площадки множеством молекул.

Давление понижается с высотой и повышается при спуске в глубокие шахты. Причина – в разрежении  воздуха (уменьшении плотности) с подъёмом и уплотнении со спуском, ведь он притягивается землёй и около неё сосредоточена основная его масса. В нижней тропосфере давление с высотой уменьшается примерно на 1 мм на каждые 10,5 м. Это позволяет с помощью барометра-высотомера определять высоту места.

Как изменяется атмосферное давление с высотой?

На самом деле эта закономерность соблюдается только до высоты  в 1 км. Расстояние в метрах, на которое надо подняться или опуститься, чтобы атмосферное давление изменилось на 1 мб, называется барической ступенью. Барическая ступень на высоте от 0 до 1 км составляет 10,5 м, от 1 до 2 км – 11,9 м, на высоте 2-3 км барическая ступень равна 13,5 км. Величина барической ступени зависит от температуры. В тёплом воздухе она больше. Более точно барометрическая формула описана тут: https://ru.wikipedia.org/wiki/

На практике же часто пользуются особыми таблицами, которые позволяют более или менее приблизительно получать данные о высотах. Но для решения задач, не требующих высокой точности, можно пользоваться и средним значением. Можно оценить давление по разности высот, высчитать высоту по разности давления.

Задача 1

Альпинисты поднимаются на гору, высота которой 5100 м. У подножия горы давление составляет 720 мм рт. ст. Какое давление будет на вершине?

Решение:

При подъёме на 10,5 м давление снижается на 1 мм рт. ст.

1) Узнаем, на сколько мм. рт. ст. снизится давление при подъёме на эту гору. 5100:10,5=486 (на 486 мм рт. ст.)

2) Узнаем, каким будет давление на вершине. 720-486=234 (мм рт. ст.)

Ответ: На вершине будет давление в 234 мм рт. ст.

Задача 2

Определите, на какой высоте летит самолёт, если за бортом давление 450 мм рт. ст., а у поверхности Земли 750 мм рт. ст.

1) Определяем разность в давлении. 750-450=300 мм рт. ст. – столько раз по 10,5 метров поднялся самолёт.

2) Узнаем, на сколько метров поднялся самолёт. 10,5  Х  300 = 3150 (м)

Ответ: самолёт на высоте 3150 м.

Задача 3

У подножия холма барометр показывает давление – 761 мм рт. ст., а на вершине – 761 мм рт. ст. Чему равна высота холма?

Задача решается по тому же принципу, что и предыдущая.

1) 761-750=11 (мм рт. ст.)

2) 11 Х 10,5 = 115,5 (м)

Ответ: высота холма равна 115,5 м.

Атмосферное давление постоянно изменяется

Плотность воздуха зависит от температуры, температура же и является главной причиной изменения давления воздуха. Давление тёплого воздуха меньше, чем холодного. Это объясняется тем, что при нагревании воздух, как и все предметы, расширяется, его объём увеличивается и он перетекает в верхние слои на место менее нагретого воздуха, что приводит к уменьшению давления около земной поверхности.

На климатических и синоптических картах точки с одинаковыми показателями давления, приведённые к уровню моря, соединяют изолиниями, называемыми изобарами. Изобары бывают замкнутыми и незамкнутыми. Система замкнутых изобар с пониженным давлением в центре (Н) называется барическим минимумом, или циклоном. Система замкнутых изобар с повышенным давлением в центре (В) называется барическим максимумом, или антициклоном. Незамкнутые системы изобар – барический гребень, ложбина и седловина.

Все барические области делят на две группы: постоянные и сезонные (сохраняют характерные особенности давлений в течение определенного периода года).

Пояса давления на Земле

Давление на Земле распределяется зонально. В обобщённом виде эту зональность представляют в виде поясов:

  • на экваторе расположен пояс низкого давления – экваториальная депрессия;
  • к югу и северу от экватора до 30-40° широты – пояс повышенного давления;
  • на 60-70° с. и ю. ш. – пояса пониженного давления;
  • приполярные районы – пониженное давление.
Пояса атмосферного давления на Земле

На самом деле реальная картина распределения давления на поверхности земли гораздо сложнее.

Постоянные барические области

Постоянным остаётся экваториальный пояс пониженного давления, только смещая ось вслед за Солнцем. В июле она перемещается в Северное полушарие на 15-20° с. ш., в декабре – в Южное, на 5° ю. ш. Зимой над океаном и над сушей возникает сплошной пояс повышенного давления. Летом повышенное давление сохраняется над океанами, а над сушей образуется термическая депрессия и понижение давления. Постоянны и барические максимумы Антарктиды и Гренландии.

Над незамерзающими океанами и тёплыми течениями умеренной зоны и зимой и летом ярко выражены барические минимумы:

  • Исландский;
  • Алеутский.
Сезонные барические области

30-40° широты

Только зимой тут действительно наблюдается пояс высокого давления. Летом над материком оно становится низким, а над океанами, прогревающимися медленно, давление остаётся высоким и даже повышается. Другими словами барические максимумы в течение всего года здесь сохраняются только над океанами:

  • Северо-Атлантический;
  • Северо-Тихоокеанский;
  • Южно-Атлантический;
  • Южно-тихоокеанский;
  • Южно-Индийский.

Умеренные и субполярные

В умеренных и субполярных широтах северного полушария, где чередуются океаны и материки, давление над сушей и водой различное, особенно зимой. Над сушей летом – минимум, а зимой – максимум. Летом же во всём поясе давление пониженное. Зимой над охлаждёнными материками давление высокое, здесь возникают сезонные барические максимумы:

  • Азиатский, с центром над Монголией;
  • Северо-Американский (Канадский).

Суточное колебание давления атмосферы

Наблюдается и суточное колебание давления. Ночью наблюдается один максимум, а днём – один минимум. Дважды за сутки, утром и вечером, оно повышается и столько же раз понижается, после полуночи и после полудня.

Изменение давления в течение суток связано с температурой воздуха и зависит от её изменений. Годовые изменения зависят от нагревания материков и океанов в летний период и их охлаждения в зимнее время. Летом область пониженного давления создается на суше, а область повышенного давления над океаном.

Минимальная величина атмосферного давления – 641,3 мм рт.ст или 854 мб  – была зарегистрирована над Тихим океаном в урагане «Ненси», а максимальная – 815,85 мм рт.ст. или 1087 мб – в Туруханске зимой. Максимальное давление в России зарегистрировано в Красноярском крае в 1968 г – 870 мм рт. ст.

Все барические системы оказывают большое влияние на воздушные течения, погоду и климат на значительных территориях. О вызываемых ими ветрах мы поговорим в следующий раз.

Тест для закрепления изученного материала

Источники:

  1. Томилин А. Н., Теребинская Н. В. Для чего ничего? Очерки. /Л., «Дет. лит.», 1975.
  2. Я. И. Перельман. Занимательные задачи и опыты. — М.: «Детская литература», 1972.
  3. Физическая география: Справ. пособие для подгот. отд. вузов/Г. В. Володина, И. В. Душина, С. Г. Любушкина и др.; Под ред. К. В. Пашканга — М.: Высш. шк., 1991.
  4. Тарасов Л. В. Атмосфера нашей планеты. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2012.
  5. Савцов Т. М. Общее землеведение: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений — М.: Издательский центр «Академия», 2003
  6. Дронов В. П. Землеведение. 5-6 кл.: Учебник/В. П. Дронов, Л. Е. Савельева. 5-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2015.
  7. География 5-6 классы: учеб. для общеобразоват. учреждений / А. И. Алексеев, Е. К. Липкина, В. В. Николина и др.; Под ред А. И. Алексеева. — М.: Просвещение, 2012.

Вам будет интересно

Что такое атмосферное давление и как его измеряют? — Природа Мира

Атмосферное давление – это то давление, которое оказывает воздух атмосферы на любой предмет, находящийся в ней. Как и любое другое давление, оно измеряется в паскалях (используется сокращение Па).

Численно давление атмосферы равно отношению веса столба воздуха, находящегося на некоторой поверхностью, к площади этой поверхности. Считается что давление атмосферы у поверхности планеты примерно равно 101 325 Па, хотя эта величина и зависит от ряда факторов. Используется специальная внесистемная единица измерения давления, называемая атмосферой (1 атм):

1 атм = 101 325 Па

Исторически первые опыты по определению давления проводились в XVII в., причем давление атмосферы измерялось через высоту подъема столбика ртути, вызванного давлением. Тот же принцип долгое время использовался во многих барометрах – приборах для измерения давления. Отсюда возникла ещё одна величина для измерения давление – миллиметры ртутного столба. Справедлива следующая пропорция:

760 мм рт. ст = 1 атм = 101 325 Па

Стоит отметить, что на высоте давление падает. Это связано с тем, что уменьшается высота столба воздуха, находящегося над поверхностью, а значит и его масса. Более того, так как давление на высоте меньше, то и воздух находится в более разряженном, то есть менее плотном состоянии. Это приводит к тому, что давление не просто падает с высотой, а падает очень быстро. В свою очередь это влияет на человеческий организм.

Уже на высоте 2 км у неподготовленных людей начинается высотная болезнь. Дело в том, что из-за снижения давления человек с каждым вдохом вдыхает меньше кислорода, чем у поверхности, и у него может начаться кислородное голодание. До определенной степени можно натренировать организм и справляться с нехваткой кислорода, профессиональные спортсмены даже специально тренируются в горах, чтобы развивать выносливость при стайерском беге. Самые высокогорные постоянные поселения людей располагаются на высоте около 5100 метров, где давление вдвое меньше, чем на нулевой высоте.

Однако ещё выше дышать невероятно тяжело. На вершине Эвереста (высота 8848 м) давление в 4 раза ниже, чем на уровне моря. Даже несколько часов, проведенные так высоко без кислородных масок, могут привести неподготовленного человека к смерти, хотя отдельным альпинистам удавалось покорять Эверест и без использования кислородного оборудования.

На высоте около 20 км давление падает до 47 мм рт. ст. При таком давлении вода закипает не при 100°С, а уже при 36,6°С, то есть прямо в человеческом организме. Поэтому все пилоты, летающие на таких высотах (да и ниже тоже), используют специальные герметические костюмы. Если человек окажется на такой высоте без защитного оборудования, то он почти мгновенно погибнет.

Список использованных источников

• https://ru.wikipedia.org/wiki/Атмосферное_давление • https://nauka.club/geografiya/atmosfernoe-davlenie-v-chem-izmeryaetsya-i-ot-chego-zavisit.html

Не нашли, то что искали? Используйте форму поиска по сайту

Понравилась статья? Оставь комментарий и поделись с друзьями

Как измеряют атмосферное давление?

 Приборы для измерения атмосферного давления называются барометрами. Давление определяется весом столба атмосферного воздуха, давящего на данный участок поверхности Земли. Поскольку на больших высотах над уровнем моря, например, на вершине горы, слой вышележащего воздуха тоньше, атмосферное давление уменьшается с высотой. Атмосферное давление также изменяется при перемещении воздушных масс, образующих холодные и теплые атмосферные фронты. Поэтому можно предсказывать погоду по показаниям барометра.

В настоящее время применяются два основных типа барометров: ртутные и анероиды. В ртутном барометре, изобретенном в 1643 году итальянским ученым Эванжелиста Торричелли (Evangelista Torricelli), основным элементом является стеклянная трубка, заполненная ртутью, столбик которой поднимается и опускается по мере того, как атмосферное давление увеличивается или уменьшается. Барометр-анероид, похожий на тот, что показан на рисунке справа, был изобретен в 1843 году французским ученым Люсьеном Види (Lucien Vidie). Основной частью анероида является небольшая гофрированная металлическая мембранная коробка, из которой практически полностью выкачан воздух (схема внизу). При изменении атмосферного давления мембранная коробка расширяется или сжимается. Чувствительный механизм преобразует перемещение мембран в круговое движение стрелки, показывающей величину давления на шкале прибора.

Внутреннее устройство барометра-анероида

Серия рычагов внутри барометра усиливает небольшие перемещения при расширении и сжатии мембранной коробки. Большинство барометров-анероидов имеет менее 20 см в поперечнике.

Анероидный барограф

(Рисунок вверху статьи)

Тонкое пишущее перо барографа осуществляет непрерывную запись атмосферного давления на вращающемся барабане.

Барометр Торричелли

Изменение атмосферного давления заставляет ртуть в трубках подниматься или опускаться. Высота столбиков ртути зависит только от атмосферного давления, диаметр и форма трубок значения не имеют. На уровне моря столбик ртути поднимается на 760 миллиметров.

Магдебургские полушария

Два простых металлических полушария демонстрируют существование атмосферного давления. После того как из полушарий выкачан весь воздух и в них образовался вакуум, атмосферное давление делает невозможным их разъединение.

атмосферное давление | Национальное географическое общество

Воздух вокруг вас имеет вес, и он давит на все, чего касается. Это давление называется атмосферным давлением или давлением воздуха. Это сила, действующая на поверхность со стороны воздуха над ней, когда гравитация притягивает ее к Земле.

Атмосферное давление обычно измеряется барометром. В барометре столбик ртути в стеклянной трубке поднимается или опускается при изменении веса атмосферы. Метеорологи описывают атмосферное давление по тому, насколько высоко поднимается ртуть.

Атмосфера (атм) - это единица измерения, равная среднему атмосферному давлению на уровне моря при температуре 15 градусов Цельсия (59 градусов Фаренгейта). Одна атмосфера составляет 1013 миллибар, или 760 миллиметров (29,92 дюйма) ртутного столба.

Атмосферное давление падает с увеличением высоты. Атмосферное давление на Денали, Аляска, примерно вдвое меньше, чем в Гонолулу, Гавайи. Гонолулу - город на уровне моря. Денали, также известный как гора Мак-Кинли, - самая высокая вершина в Северной Америке.

По мере снижения давления количество кислорода, доступного для дыхания, также уменьшается. На очень больших высотах атмосферное давление и доступный кислород становятся настолько низкими, что люди могут заболеть и даже умереть.

Альпинисты используют баллон с кислородом при восхождении на очень высокие вершины. Им также нужно время, чтобы привыкнуть к высоте, потому что быстрый переход от более высокого давления к более низкому может вызвать декомпрессионную болезнь. Декомпрессионная болезнь, также называемая «изгибами», также является проблемой для аквалангистов, которые слишком быстро всплывают на поверхность.

Самолет создает в салоне искусственное давление, чтобы пассажирам было комфортно во время полета.

Атмосферное давление - индикатор погоды. Когда система низкого давления перемещается в область, это обычно приводит к облачности, ветру и осадкам. В системах высокого давления обычно бывает ясная безветренная погода.

.

Атмосферное давление: определение и факты

Книги по метеорологии часто описывают атмосферу Земли как огромный океан воздуха, в котором мы все живем. На диаграммах наша родная планета изображена как окруженная огромным атмосферным морем высотой в несколько сотен миль, разделенным на несколько различных слоев. И все же та часть нашей атмосферы, которая поддерживает всю жизнь, о которой мы знаем, в действительности чрезвычайно тонкая и простирается вверх только до 18000 футов - чуть более 3 миль. И та часть нашей атмосферы, которую можно измерить с некоторой степенью точности, достигает примерно 25 миль (40 километров).Кроме того, дать точный ответ относительно того, где в конечном итоге заканчивается атмосфера, практически невозможно; где-то между 200 и 300 милями появляется неопределенная область, где воздух постепенно разрежается и в конечном итоге растворяется в космическом вакууме.

Так что слой воздуха, окружающий нашу атмосферу, в конце концов не такой уж и большой. Как красноречиво выразился покойный Эрик Слоан, популярный специалист в области погоды: «Земля не висит в воздушном море - она ​​висит в космическом море, и на ее поверхности есть чрезвычайно тонкий слой газа.

И этот газ - наша атмосфера.

Воздух имеет вес

Если человек поднимется на высокую гору, например Мауна-Кеа на Большом острове Гавайи, где вершина достигает 13 796 футов (4206 метров), высока вероятность заражения высотной болезнью (гипоксией). Перед восхождением на вершину посетители должны остановиться в Информационном центре, расположенном на высоте 9 200 футов (2 804 м), где им говорят акклиматизироваться к высоте, прежде чем идти дальше на гору.«Ну, конечно, - скажете вы, - в конце концов, количество доступного кислорода на такой большой высоте значительно меньше, чем на уровне моря».

Но, делая такое заявление, вы ошиблись бы !

Фактически, 21 процент атмосферы Земли состоит из живительного кислорода (78 процентов состоит из азота, а оставшийся 1 процент - из ряда других газов). И доля этого 21 процента практически одинакова как на уровне моря, так и на высокогорье.

Большая разница не в количестве присутствующего кислорода, а скорее в плотности и давлении .

Эта часто используемая аналогия сравнения воздуха с водой («океан воздуха») хороша, поскольку все мы буквально плывем по воздуху. А теперь представьте себе это: высокое пластиковое ведро до краев заполнено водой. Теперь возьмите ледоруб и проделайте отверстие в верхней части ведра. Вода будет медленно стекать. Теперь возьмите кирку и проделайте еще одну дырочку около дна ведра.Что просходит? Там вода будет стремительно брызгать резким потоком. Причина в разнице давления. Давление, которое оказывает вес воды внизу у дна ведра, больше, чем вверх у вершины, поэтому вода «выжимается» из отверстия внизу.

Точно так же давление всего воздуха над нашими головами - это сила, которая выталкивает воздух в наши легкие и выжимает из него кислород в кровоток. Как только это давление падает (например, когда мы поднимаемся на высокую гору), в легкие поступает меньше воздуха, следовательно, меньше кислорода достигает нашего кровотока, что приводит к гипоксии; опять же, не из-за уменьшения количества доступного кислорода, а из-за уменьшения атмосферного давления.

Максимумы и минимумы

Итак, как атмосферное давление соотносится с суточными погодными условиями? Несомненно, вы видели прогнозы погоды, представленные по телевидению; встроенный в камеру метеоролог, ссылающийся на системы высокого и низкого давления. Что это вообще такое?

Короче говоря, каждый день солнечное тепло меняется по всей Земле. Из-за неравномерного солнечного нагрева температура меняется по всему земному шару; воздух на экваторе намного теплее, чем на полюсах.Таким образом, теплый легкий воздух поднимается и распространяется к полюсам, а более холодный и тяжелый воздух опускается к экватору.

Но мы живем на планете, которая вращается, поэтому эта простая картина ветра искажена до такой степени, что воздух искажен вправо от своего направления движения в Северном полушарии и влево в Южном полушарии. Сегодня мы знаем этот эффект как силу Кориолиса, и как прямое следствие этого возникают сильные спирали ветра, которые мы знаем как системы высокого и низкого давления.

В Северном полушарии воздух в областях с низким давлением движется по спирали против часовой стрелки и внутрь - например, ураганы - это механизмы Кориолиса, циркулирующие воздух против часовой стрелки. Напротив, в системах высокого давления воздух движется по спирали по часовой стрелке и наружу от центра. В Южном полушарии направление спирали воздуха меняется на противоположное.

Итак, почему мы обычно ассоциируем высокое давление с хорошей погодой, а низкое - с неустойчивой погодой?

Системы высокого давления - это «купола плотности», которые давят вниз, а системы низкого давления похожи на «атмосферные долины», где плотность воздуха меньше.Поскольку холодный воздух имеет меньшую способность удерживать водяной пар, чем теплый воздух, облака и осадки вызываются охлаждением воздуха.

Итак, при увеличении давления воздуха температура повышается; под этими куполами высокого давления воздух имеет тенденцию опускаться (так называемое «проседание») на более низкие уровни атмосферы, где температуры выше и могут удерживать больше водяного пара. Любые капли, которые могут привести к образованию облаков, будут испаряться. Конечным результатом обычно становится более чистая и сухая среда.

И наоборот, если мы уменьшаем давление воздуха, воздух имеет тенденцию подниматься на более высокие уровни атмосферы, где температуры ниже. По мере того, как способность удерживать водяной пар уменьшается, пар быстро конденсируется, и облака (которые состоят из бесчисленных миллиардов крошечных капель воды или, на очень больших высотах, кристаллов льда) будут развиваться, и в конечном итоге выпадут осадки. Конечно, мы не могли прогнозировать зоны высокого и низкого давления без использования какого-либо устройства для измерения атмосферного давления.

Введите барометр

Атмосферное давление - это сила, действующая на единицу площади под действием веса атмосферы. Чтобы измерить этот вес, метеорологи используют барометр. Именно Евангелиста Торричелли, итальянский физик и математик, доказал в 1643 году, что он может сопоставить атмосферу со столбом ртути. Он фактически измерил давление, переведя его непосредственно в вес. Прибор, сконструированный Торричелли, был самым первым барометром. Открытый конец стеклянной трубки помещают в открытую емкость с ртутью.Атмосферное давление заставляет ртуть подниматься по трубке. На уровне моря столб ртути поднимется (в среднем) на высоту 29,92 дюйма или 760 миллиметров.

Почему бы не использовать воду вместо ртути? Причина в том, что на уровне моря высота водяного столба составляет около 34 футов! С другой стороны, ртуть в 14 раз плотнее воды и является самым тяжелым существующим веществом, которое остается жидкостью при обычных температурах. Это позволяет прибору иметь более удобный размер.

Как НЕ использовать барометр

Прямо сейчас у вас может быть барометр, висящий на стене вашего дома или офиса, но, скорее всего, это не трубка с ртутью, а циферблат со стрелкой, указывающей на текущий барометрический показатель. чтение давления. Такой прибор называется барометром-анероидом, который состоит из частично откачанной металлической ячейки, которая расширяется и сжимается при изменении давления, и прикреплен к механизму сцепления, который приводит в движение индикатор (стрелка) по шкале, градуированной в единицах давления, либо в дюймах. или миллибары.

Обычно на шкале индикатора вы также видите такие слова, как «Солнечный», «Сухой», «Неустойчивый» и «Бурный». Предположительно, когда стрелка указывает на эти слова, это означает, что впереди ожидаемая погода. «Солнечный», например, обычно встречается в диапазоне высокого барометрического давления - 30,2 или 30,3 дюйма. «Бурный», с другой стороны, можно найти в диапазоне низкого барометрического давления - 29,2 или ниже, а иногда даже ниже 29 дюймов.

Все это могло бы показаться логичным, но все это довольно упрощенно.Например, могут быть моменты, когда стрелка будет указывать на «Солнечно», а небо вместо этого будет полностью затянуто облаками. А в других случаях стрелка будет указывать на «бурно», но вы можете увидеть солнечный свет, смешанный с голубым небом и быстро движущимися пухлыми облаками.

Как правильно пользоваться барометром

Поэтому наряду с черной стрелкой индикатора стоит обратить внимание на еще одну стрелку (обычно золотую), которую можно вручную настроить на любую часть циферблата.Когда вы проверяете свой барометр, сначала слегка постучите по передней части барометра, чтобы устранить любое внутреннее трение, а затем совместите золотую стрелку с черной. Затем проверьте несколько часов спустя, чтобы увидеть, как черная стрелка изменилась относительно золотой. Давление растет или падает? Если он падает, происходит ли это быстро (возможно, падает на несколько десятых дюйма)? Если так, то, возможно, приближается шторм. Если шторм только что прошел и небо прояснилось, барометр все еще может показывать «бурную» погоду, но если бы вы установили золотую стрелку несколько часов назад, вы почти наверняка увидели бы, что давление сейчас быстро растет, что предполагает что - несмотря на признаки шторма - приближается ясная погода.

И ваш прогноз можно еще больше улучшить, объединив ваши записи об изменении атмосферного давления с изменением направления ветра. Как мы уже узнали, воздух циркулирует по часовой стрелке вокруг систем высокого давления и против часовой стрелки вокруг систем низкого давления. Поэтому, если вы видите тенденцию к повышению давления и северо-западному ветру, вы можете ожидать, что в целом наступит хорошая погода, в отличие от падающего барометра и восточного или северо-восточного ветра, которые в конечном итоге могут привести к облакам и осадкам.

.

Как научить детей давлению воздуха

Хотя мы редко задумываемся об этом, воздух постоянно окружает нас и воздействует на каждый дюйм нашего тела. Эта сила, известная как давление воздуха, является одной из самых важных тем в науке, поскольку она объясняет погодные условия, как летают самолеты и множество других чудес. Если вы планируете обучать детей атмосферному давлению, мы предоставили вам объяснение основ и несколько простых, забавных и увлекательных экспериментов, чтобы продемонстрировать силу этого природного явления.

Что такое давление воздуха?

Термин «давление воздуха» используется по отношению к весу молекул воздуха, давящих на землю. На уровне моря давление воздуха обычно составляет 14,7 фунта на квадратный дюйм, а это означает, что 14,7 фунта давят на каждый квадратный дюйм нашего тела. Причина, по которой мы все еще можем свободно перемещать наши тела, заключается в том, что воздух оказывает на нас давление во всех направлениях, а причина того, что мы не раздавлены, заключается в том, что давление воздуха внутри наших тел одинаково.Давление воздуха определяется следующими тремя факторами:

  • Температура: По мере того, как воздух становится теплее, он расширяется. Это расширение вызывает уменьшение плотности воздуха, что приводит к более низкому давлению. С другой стороны, когда воздух становится холоднее, он сжимается. Это сжатие приводит к тому, что воздух становится плотнее, что приводит к более высокому давлению. Это явление является причиной того, что в жарких областях у экватора обычно низкое давление воздуха, а в холодных областях у Северного и Южного полюсов - высокое.
  • Высота: Чем выше вы находитесь над уровнем моря, тем менее плотный воздух. Поскольку менее плотный воздух весит меньше, он создает более низкое давление воздуха, поэтому на вершине высокой горы может быть трудно дышать. Это также объясняет, почему ваши уши будут хлопать, когда вы поднимаетесь или спускаетесь с горы в машине: в вашем внутреннем ухе находится воздух, и по мере того, как давление воздуха снаружи уменьшается, воздух, попавший в ваше ухо, вызывает барабанные перепонки. толкать наружу. Это расширение является причиной появления «pop.”
  • Влажность: Количество влаги в воздухе также влияет на плотность воздуха и, следовательно, на давление воздуха. Водяной пар - это легкий газ по сравнению с газами, составляющими атмосферу, в основном кислородом и азотом. Поэтому, когда влажность в атмосфере увеличивается, количество азота и кислорода уменьшается на единицу объема, что приводит к уменьшению плотности воздуха.

Различия в давлении воздуха вызывают движение

Один из самых интересных аспектов давления воздуха заключается в том, что при изменении давления воздуха в кармане все начинает двигаться.Эта разница давлений, вызывающая движение, является причиной ветра, торнадо и многих других погодных явлений.

Когда вы обсуждаете движение воздуха, имейте в виду, что ученые говорят о том, что более высокое давление «толкает» предметы, а не более низкое давление «притягивает» предметы.

Как измерить давление воздуха

Давление воздуха обычно измеряют с помощью ртутного барометра. Ртутный барометр содержит столбик, заполненный ртутью, и чем выше давление воздуха, тем выше будет столбик ртути.Измерив высоту колонны, можно определить давление воздуха.

В наши дни более распространен цифровой барометр, который является портативным и более точным, чем традиционный. В этом устройстве используется электрический конденсатор для измерения давления воздуха.

Давление воздуха и погода

Районы с низким давлением обычно связаны с плохой погодой. Если в какой-либо области низкое давление воздуха, в нее будет поступать воздух из соседних областей с более высоким давлением.Это изменение, в свою очередь, заставит воздух двигаться вверх, так как ему больше некуда идти. Когда воздух поднимается вверх, водяной пар конденсируется, что приводит к образованию облаков и дождя.

С другой стороны, районы с высоким давлением обычно ассоциируются с хорошей погодой. В областях с высоким давлением воздух на нижнем уровне будет распространяться наружу, позволяя воздуху сверху спускаться. Это движение вниз нагревает воздух, вызывая испарение и приводя к хорошей сухой погоде.

Давление воздуха и научные эксперименты

Вот 10 простых экспериментов с давлением воздуха для детей, которые помогут им лучше понять его последствия.

1. Эксперимент «Торнадо в помещении»

Этот эксперимент позволит вам создать торнадо в бутылке. Вам понадобится:

  • Вода
  • Прозрачная банка для майонеза
  • Жидкое мыло для посуды
  • Пищевой краситель
  • Уксус

Чтобы провести эксперимент, выполните следующие действия:

  1. Налейте воду в кувшин примерно на две трети. Затем добавьте в воду несколько капель пищевого красителя.Любой цвет подойдет.
  2. Добавьте одну чайную ложку жидкого мыла для посуды и одну чайную ложку уксуса.
  3. Закройте банку крышкой. Убедитесь, что он затянут как можно плотнее, чтобы избежать протечек и серьезных повреждений.
  4. Встряхните банку, затем поверните ее, чтобы жидкость внутри начала вращаться.

Вы увидите небольшой вихрь, напоминающий торнадо.

2. Эксперимент с непроливаемой водой

В некоторых ситуациях давление воздуха сильнее силы тяжести.Этот эксперимент демонстрирует силу давления воздуха, поскольку он удерживает воду в стакане на месте - даже когда стакан перевернут.

Для этого эксперимента требуется:

  • Стакан для сока
  • Вода
  • Каталожная карточка (4 x 6 дюймов)

Шаги следующие:

  1. Наполните стакан водой до верха. Дайте воде стечь так, чтобы край стакана был влажным.
  2. Положите учетную карточку на полное стекло.Рукой плотно прижмите карту, плотно прилегая к влажной кромке стекла.
  3. Работая над раковиной или ванной, удерживайте карту одной рукой и переверните стакан. Затем осторожно отпустите карту. Он не сдвинется с места, а вода останется внутри стакана.

Этот эксперимент демонстрирует, что сила давления воздуха на учетную карточку даже больше, чем сила тяжести, действующая на воду в стакане. Давление воздуха удерживает карту от движения.

3. Эксперимент по выдуванию книги

Эксперимент с выдуванием книги демонстрирует, насколько мощным может быть сжатый воздух.

Для этого проекта вам понадобится:

  • Три книги
  • Большой герметичный пластиковый пакет.

Чтобы провести этот эксперимент, выполните следующие четыре шага:

  1. Сложите три книги друг на друга.
  2. Попросите ученика переместить книги, дуя в их направлении. Конечно, не смогут.
  3. Поместите полиэтиленовый пакет на стол, затем положите на него три книги. Открытый конец пакета должен свешиваться за край стола.
  4. Покажите, что если вы дунете с достаточной силой, книги начнут подниматься со стола. Это сжатый воздух в мешке, который вызывает движение.

4. Эксперимент с выдавленной банкой

Этот эксперимент включает использование силы давления воздуха для раздавливания консервной банки. Вам понадобится:

  • Вода
  • Большой контейнер
  • Кубики льда
  • Мерная чашка
  • Пустая банка из-под газировки
  • Печь
  • Прихватки или щипцы

После получения материалов выполните следующие действия:

  1. Наполните емкость кубиками льда и водой.Отложите этот контейнер в сторону, чтобы вы могли использовать его позже.
  2. Налейте 1/2 стакана воды в пустую банку из-под газировки.
  3. Поставьте банку на плиту. Если ваш ученик делает этот шаг, обязательно следите за ним.
  4. Когда пар начинает выходить из отверстия наверху, вы знаете, что вода внутри начинает закипать. Выключите плиту и с помощью прихваток или щипцов снимите банку с горелки.
  5. Быстро поместите банку в емкость с ледяной водой, перевернув ее вверх дном и поставив на верх.Теперь вы можете наблюдать, как банка схлопывается по мере остывания.

В этом эксперименте при нагревании воды в банке образовывался пар, выталкивающий воздух из банки. Затем, когда банку погрузили в ледяную воду, температура пара понизилась, заставив его снова конденсироваться в воду. Это изменение, в свою очередь, привело к тому, что давление воздуха внутри банки было намного ниже, чем давление воздуха снаружи, и вес воздуха снаружи раздавил банку.

5. Эксперимент с волшебным яйцом

В этом эксперименте используется сила давления воздуха, чтобы протолкнуть яйцо через горлышко бутылки.Для проведения эксперимента соберите следующие материалы:

  • Яйцо вкрутую
  • Бутылка с достаточно широким горлышком, чтобы сваренное вкрутую яйцо могло протиснуться сквозь него
  • Матч

Этот эксперимент включает следующие шаги:

  1. Снимите скорлупу с сваренного вкрутую яйца.
  2. Зажгите спичку и бросьте ее в бутылку.
  3. Положите очищенное яйцо на горлышко бутылки маленьким концом вниз. Затем яйцо выскочит в бутылку.

Когда воздух в бутылке поглощается пламенем зажженной спички, давление воздуха в бутылке становится ниже, чем за пределами бутылки. Более высокое давление воздуха снаружи оказывает давление на яйцо, выталкивая его внутрь бутылки.

6. Эксперимент с поршнем

Для этого простого эксперимента требуются только два чистых старомодных плунжера из резины и дерева. Для проведения эксперимента:

  1. Склейте два поршня вместе. Возможно, вам придется сначала намочить диски.
  2. Попробуйте разделить их.

Завершить разделение намного сложнее, чем думает большинство детей. Когда вы столкнули два поршня вместе, вы вытеснили воздух из полости, образовавшейся внутри, когда они были сдвинуты вместе. Вытеснение воздуха привело к тому, что давление воздуха внутри было намного ниже, чем снаружи. Поскольку давление воздуха всегда выше, два поршня удерживаются вместе.

7. Эксперимент с воронкой для пинг-понга

В эксперименте с воронкой для пинг-понга мяч для пинг-понга помещается в чашу воронки и продувается через воронку.Мяч вместо того, чтобы сдуть, плотно удерживается в чаше. Чтобы завершить эксперимент, выполните два шага:

  1. Вставьте шарик для пинг-понга в воронку и сильно дуйте на него. Попробуйте запрокинуть голову так, чтобы конец с мячом был направлен в потолок. Посмотрите, сможете ли вы подуть достаточно сильно, чтобы при переворачивании воронки мяч не улетел.
  2. Посмотри, сможешь ли ты подобрать мяч со стола.

Когда вы дуетесь в воронку, воздух, где находится мяч, движется быстрее и создает более низкое давление, чем остальной воздух, окружающий мяч.В результате давление воздуха под мячом ниже, чем давление окружающего воздуха, т.е. более высокое давление. Воздух с более высоким давлением толкает шар обратно в чашу воронки - независимо от того, в какую сторону вы направите воронку.

8. Эксперимент по запечатыванию фонтанной бутылки

Эксперимент с бутылкой с фонтаном демонстрирует использование давления воздуха для проталкивания воды через соломинку. Соберите следующие материалы:

  • Бутылка для воды (2 литра)
  • Кусок глины
  • Длинная соломинка
  • Вода

Выполните три простых шага:

  1. Наполните бутылку водой наполовину.
  2. Закройте бутылку комком глины, обернутым вокруг соломинки, так чтобы горлышко бутылки было полностью закрыто.
  3. Сильно подуйте на соломинку. Вы заметите, что из соломки начинает выходить вода.

Когда вы дуете в бутылку, давление воздуха внутри бутылки увеличивается, что, в свою очередь, оказывает давление на воду, заставляя ее подниматься по соломке.

9. Эксперимент со ставкой на миллион долларов

Для этого эксперимента вам понадобится:

  • Бутылка воды или газировки
  • Лист бумаги

Чтобы провести эксперимент, выполните следующие действия:

  1. Положите бутылку на стол горизонтально.
  2. Смочите бумажный комок и воткните его в горлышко бутылки. Шарик должен быть примерно вдвое меньше отверстия бутылки.
  3. Попросите ученика надуть пачку бумаги в бутылку, сказав: «Бьюсь об заклад, миллион долларов, вы не сможете выдуть бумагу в бутылку!»

Те, кто пытается провести эксперимент, обнаружат, что очень трудно заставить бумагу входить в бутылку, потому что воздуху, уже находящемуся внутри, негде выйти, кроме как через горловину бутылки, и в этом случае бумага уйдет с собой.

10. Эксперимент Flying Papers

Для эксперимента с летающими бумагами вам понадобится обычный лист бумаги. Прижмите простыню к нижней губе и подуйте на нее. Вы заметите, что лист летит вверх! Это же явление объясняет, как летают самолеты. Обдувая лист, вы понижаете давление воздуха, так как воздух движется быстрее. Поскольку давление воздуха на нижней стороне листа теперь относительно выше, он толкает лист бумаги вверх.

Узнайте больше обо всех наших научных программах

Если вы являетесь жителем Пенсильвании, Нью-Джерси, Мэриленда или Делавэра, ознакомьтесь с внешкольными программами Science Explorers и вариантами программ летних лагерей. Мы также с гордостью предлагаем выездные научные дневные экскурсии, вечера семейных наук и собрания. Не стесняйтесь обращаться к нам онлайн, чтобы узнать больше!

.

Руководство для начинающих по герметизации самолетов - AeroSavvy

Как и почему в самолетах находится давление?

Легко принять полет как должное. Мы садимся в комфортабельный авиалайнер и летим высоко в стратосфере, не задумываясь о , дыша . Это возможно благодаря системе наддува самолета. Вот как работает магия…

Гипотетический эксперимент: если вы поместите весы в вакуумную камеру и сравните вес заполненного шара с пустым, вы увидите, что воздух имеет массу.

Толщина атмосферы Земли составляет около 300 миль. На уровне моря наши тела подвергаются давлению около 14,7 фунта от этого высокого столба воздуха. Готов поспорить, вы даже не заметите! Для животных, бродящих по поверхности земли, атмосферное давление 14,7 фунтов на квадратный дюйм обеспечивает идеальное количество кислорода.

По мере того, как мы набираем высоту, давление воздуха, действующее на нас, быстро уменьшается. Вы замечаете уменьшение, когда у вас щелкают уши во время подъема в гору или езды на быстром лифте. Несмотря на то, что толщина атмосферы составляет 300 миль, большинство молекул воздуха сдавливаются на расстояние нескольких тысяч футов от поверхности Земли.

Денвер в порядке. Повышение чревато неприятностями.

По мере того как мы поднимаемся выше, молекулы воздуха расходятся дальше друг от друга. Когда мы дышим, наши легкие поглощают меньше воздуха и кислорода. Люди, живущие в Денвере, штат Колорадо (5600 футов), вполне счастливы, дыша атмосферой ниже 12 фунтов на квадратный дюйм. Но если подняться на большую высоту, давление падает очень быстро.

На высоте 18 000 футов атмосферное давление опускается до 7,3 фунтов на квадратный дюйм, что составляет примерно половину давления на уровне моря. Кислорода в воздухе просто не хватает для полноценного снабжения мозга.При таком давлении у здорового взрослого человека остается всего 20-30 минут полезного сознания.

Авиалайнеры летают на высоте от 30 000 до 43 000 футов. На этих высотах атмосфера обеспечивает давление менее 4 фунтов на квадратный дюйм. Если вы попробуете дышать на этой высоте, ваше полезное сознание будет меньше минуты (вскоре после этого наступит смерть).

Чтобы выжить на большой высоте, пассажиры самолета нуждаются в помощи для дыхания. Решение состоит в том, чтобы накачать воздух в самолет, чтобы внутреннее давление было достаточно высоким, чтобы люди были счастливы.

Зачем заморачиваться с наддувом? Почему бы не полететь низко?

Самолеты определенно могут летать на высоте ниже 10 000 футов, где атмосферное давление составляет 10 фунтов на квадратный дюйм или выше, но у него есть некоторые недостатки:

  • Трудно пересечь горный хребет высотой 14 000 футов на высоте 10 000 футов.
  • Наиболее плохая погода бывает на малых высотах.
  • Турбореактивные двухконтурные двигатели очень неэффективны на низком уровне.
  • Скорость полета самолета ниже на малых высотах.

Если вам нужна быстрая и плавная поездка на экономичном самолете, который может летать над горным хребтом, нам нужно создать давление!

Как работает система наддува?

Корпус (фюзеляж) самолета представляет собой длинную трубу, способную выдерживать значительный перепад давления воздуха; представьте это как большую пластиковую бутылку из-под газировки.Теоретически мы могли бы запечатать бутылку, чтобы при подъеме самолета внутреннее давление воздуха оставалось прежним. Мы не можем этого сделать, потому что сложно полностью герметизировать фюзеляж огромного самолета. Даже если бы мы могли, пассажиры быстро израсходовали бы доступный кислород. А только представьте запах внутри идеально запечатанной трубки в долгом перелете! Ясно, что большая запечатанная бутылка из-под содовой не подойдет нам без каких-либо изменений.

Фюзеляж немного напоминает бутылку из-под газировки с дыркой в ​​задней части.

Для решения этих проблем системы наддува постоянно закачивают свежий наружный воздух в фюзеляж.Для контроля внутреннего давления и выхода старого, вонючего воздуха имеется моторизованная дверь, называемая выпускным клапаном , расположенная рядом с хвостовой частью самолета. Он размером с портфель и расположен сбоку или внизу фюзеляжа. На больших самолетах часто бывает два выпускных клапана. Клапаны автоматически управляются системой наддува самолета. Если внутри кабины требуется более высокое давление, дверь закрывается. Чтобы снизить давление в кабине, дверь медленно открывается, позволяя выходить большему количеству воздуха.Это одна из самых простых систем в самолете.

Выпускной клапан на Boeing 767-300F

Одним из преимуществ системы наддува является постоянный поток чистого свежего воздуха, проходящего через самолет. Воздух внутри самолета полностью меняется каждые две-три минуты, что делает его намного чище, чем воздух в вашем доме или офисе.

Системы наддува

предназначены для поддержания внутреннего давления в кабине от 12 до 11 фунтов на квадратный дюйм на крейсерской высоте. В обычном полете, когда самолет набирает высоту 36 000 футов, внутренняя часть самолета «набирает высоту» до 6 000-8 000 футов.

Внешний и внутренний высотный профиль в типичном полете.

Почему бы не поддерживать в кабине давление 14,7 фунтов на квадратный дюйм, чтобы имитировать давление на уровне моря и обеспечить максимальный комфорт? Самолет должен быть спроектирован так, чтобы выдерживать перепад давления , то есть разницу между давлением воздуха внутри и снаружи самолета. Превышение предела перепада давления - вот что заставляет воздушный шар лопнуть, когда он чрезмерно надут. Чем больше перепад давления, тем сильнее (и тяжелее) самолет должен быть построен.Можно построить самолет, который выдержит давление на уровне моря во время крейсерского полета, но это потребует значительного увеличения прочности и веса. Кабина 12 фунтов на квадратный дюйм - хороший компромисс.

Это просто мерзко!

Выпускной клапан Общая информация:

Если вы посмотрите фотографии авиалайнеров, сделанные до 1990 года, вы можете увидеть коричневые пятна вокруг выпускного клапана. Пятна от табачного дыма . Авиакомпании были в восторге, когда индустрия запретила курение. Смола и никотин склеили клапаны, инструменты и датчики, нанеся ущерб в тысячи долларов в год.Табак - это , действительно гадость .

Защита фюзеляжа от проблем с повышенным давлением

На фюзеляже установлены два типа механических устройств для защиты герметичной секции самолета от чрезмерного перепада давления.

Клапаны сброса положительного давления

Каждое воздушное судно под давлением имеет предел максимального перепада давления. Превышение этого предела (нагнетание слишком большого давления воздуха в фюзеляж) может привести к повреждению - даже к выбросу дверей и окон.Для защиты самолета от избыточного давления установлено клапанов сброса избыточного давления . Устройства (иногда называемые дроссельными заслонками) подпружинены для сброса избыточного давления воздуха, когда давление в кабине превышает максимальный предел.

Боинг 757 предохранительный клапан избыточного давления. Чрезмерное давление воздуха в фюзеляже заставляет подпружиненные двери открываться, сбрасывая избыточное давление наружу.

Двери сброса отрицательного перепада давления

Отрицательный перепад давления означает, что давление за пределами кабины превышает давление внутри кабины.Такая ситуация могла возникнуть при быстром спуске. Отрицательное давление - это плохо, потому что оно давит внутрь на двери и окна. Эти компоненты не предназначены для такого типа силы.

Опять же, подпружиненные устройства используются для защиты фюзеляжа от повреждений. Давление воздуха менее 1,0 фунта на квадратный дюйм на внешней стороне дверей заставляет их открываться внутрь против нагрузки пружины, выпуская воздух в фюзеляж для выравнивания давления.

Двери сброса отрицательного перепада давления на Боинг 757.Избыточное давление снаружи фюзеляжа заставляет двери открываться внутрь и выпускать воздух внутрь фюзеляжа.

Откуда берется сжатый воздух?

Boeing Stratocruiser от SDASM

Electric Compressors
Старые авиалайнеры с поршневым двигателем, такие как Boeing Stratocruiser, использовали электрические воздушные компрессоры для подачи свежего наружного воздуха в салон. Эта система работала хорошо, но компрессоры добавили много веса самолету.


Боинг 707 компании ClipperArctic CC BY-SA 2.0

Турбокомпрессоры
Ранние реактивные лайнеры, такие как Douglas DC-8 и Boeing 707, использовали стравливающий воздух из двигателей для вращения турбокомпрессоров. Затем турбокомпрессоры закачивали свежий наружный воздух в кабину.


MD-88 by Lvco99 CC BY-NC-SA 2.0

Отвод воздуха из двигателя
На большинстве современных авиалайнеров для создания давления в салоне используется отводимый воздух из компрессорной секции двигателей. Этот очень горячий воздух необходимо охладить до комфортной температуры, прежде чем направить в кабину.


Boeing 787, автор Tim Wang CC BY-SA 2.0

Электрические компрессоры (снова!)
В новом Boeing 787 Dreamliner снова появился электрический компрессор. Электрическая система 787 приводит в действие компрессоры, как и на старом Stratocruiser. Достижения в области технологий делают эту систему намного более эффективной, чем ее предшественник 1950-х годов.

Что такое стравливаемый воздух?

Реактивный двигатель состоит из трех основных частей: компрессора, внутреннего сгорания и турбины / выхлопа.Компрессор находится в передней части двигателя. Серия вращающихся лопастей всасывает свежий наружный воздух. Поскольку воздух сжимается, он становится очень горячим. Помните физику в средней школе? Когда газ сжимается, его температура повышается. Затем горячий сжатый воздух поступает в камеру сгорания, где он смешивается с топливом и сгорает. Расширенные газы продолжают проходить через лопатки турбины, которые приводят в действие лопатки компрессора, прежде чем выйти из двигателя, создавая тягу.

Работа турбовентиляторного двигателя К. Аайнскаци - CC BY-SA 3.0

Отборный воздух - это свежий, чистый, горячий воздух , забираемый из компрессорной секции двигателя , до он смешивается с топливом или выхлопными газами. Обычно горячий отбираемый воздух используется для защиты крыльев и двигателя от обледенения, создания избыточного давления в кабине, стартеров двигателя и гидравлических насосов с пневматическим приводом.

Как пилоты контролируют наддув?

Контроль наддува на 757 и 767

Это действительно, действительно просто. Панель управления высотой в кабине на 757 и 767 очень проста.Во время предполетной проверки пилоты поворачивают ручку «LDG ALT», чтобы отобразить высоту аэропорта посадки. Это оно! Мы не трогаем его до конца полета. Автоматический режим позаботится о выпускном клапане за нас.

Остальные индикаторы и ручки предназначены для резервирования на случай неисправности. Есть два отдельных автоматических режима. Ручной режим позволяет нам отрегулировать положение выпускного клапана в случае отказа обеих автоматических систем. Системы наддува работают отлично и редко вызывают какие-либо проблемы.

Последствия полета в герметичной кабине

Воздух в салоне самолета очень с низкой влажностью. Во время длительного перелета важно пить много воды, чтобы избежать обезвоживания. Когда бортпроводник предложит вам бутылку воды, выпейте ее. Вы можете не заметить, что у вас обезвоживание.

Употребление алкоголя : Обезвоживание усиливает воздействие алкоголя на организм. Что еще хуже, алкоголь усиливает обезвоживание; это двойной удар.Если вы решили употреблять алкоголь в полете, обязательно пейте много воды и перекусывайте, наслаждаясь коктейлем. Не будь тем парнем . Пейте extra -ответственно в полете.

Еда безвкусная? Да! Есть большая вероятность, что еда в полете действительно вкусная. Согласно исследованию, проведенному по заказу Lufthansa, низкая влажность в салоне самолета и пониженное давление воздуха снижают чувство вкуса и запаха на 30%.Кухни авиакомпаний часто добавляют в блюда дополнительные специи и ароматизаторы, чтобы компенсировать ваши ослабленные вкусовые рецепторы!
Особая благодарность моему другу в Twitter (и коллеге-блоггеру) @Jen_Niffer за то, что он сообщил мне об исследовании Lufthansa!

Дополнительная информация о повышении давления:

Что произойдет, если возникнет проблема с системой наддува?
Ваша кислородная маска против моей кислородной маски

Нравится:

Нравится Загрузка ...

.

Смотрите также