Как найти погрешность барометра анероида

Параграф 43. Барометр – анероид. Атмосферное давление на различных высотах

Ответы на вопросы

1. Барометр- анероид — Основной его деталью является герметично закрытая коробочка. Воздух из неё откачан. А чтобы коробочку не раздавило атмосферным давлением, плоская пружина 2 оттягивает её крышку, силой упругости уравновешивая силу внешнего давления. Увеличение или уменьшение внешнего давления ведёт к большему или меньшему прогибу крышки коробочки, а, следовательно, и к разной деформации плоской пружины. Плоская пружина 2 с помощью специального механизма 3 связана со стрелкой указателем 4.

Действие: При увеличении атмосферного давления крышка коробочки прогибается и тянет за собой пружину, при уменьшении давления пружина выпрямляет крышку. Стрелка при этом перемещается по шкале влево или вправо. Барометр-анероид градуируется по показаниям ртутного барометра и обычно имеет две шкалы. Значения атмосферного давления наносятся на шкалы в миллиметрах ртутного столба и в гектопаскалях

2. В гектопаскалях градуируют шкалы барометра-анероида

3. Атмосферное давление уменьшается с увеличением высоты подъёма над уровнем моря потому что при удалении от поверхности Земли уменьшается высота столба воздуха, который оказывает давление. Как вам известно, с увеличением высоты убывает плотность воздуха: он становится всё более и более разреженным. Поэтому давление с высотой убывает неравномерно.

4. Атмосферное давление, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0^ᵒС, называют нормальным атмосферным давлением. Нормальное атмосферное давление равно 760 мм рт. ст. = 101 300 Па = 1013 гПа

5. Барометром-анероидом со специальной шкалой, применяемым, например, в авиации, можно измерять высоту. Этот прибор называют высотомером

Стр. 146

Обсуди с товарищем

Если к барометру подвесить одну трубку, то он будет показывать вес трубки, так как действующее сверху на закрытый конец трубки давление наружного воздуха сравняется с давлением воздуха, находящегося в трубке. Если в трубке находится ртуть, то атмосферное давление не будет уравновешено давлением воздуха внутри трубки снизу. Атмосферное давление почти равно весу столба ртути в трубке, тогда динамометр будет показывать сумму весов трубки и ртути

Стр. 146

Упражнение 26

1. Показания барометра-анероида (см. рис. 137) по каждой шкале с учётом погрешности измерений, равной половине цены деления шкалы прибора:

по верхней шкале давление p = (750 ± 0,5) мм.рт. ст.

по нижней шкале давление p = (1000 ± 0,5) гПа.

Цена деления верхней шкалы: (710-700)/10= 1 мм.рт.ст

Цена деления нижней шкалы: (940-930)/10= 1 гПа

Погрешность ½=0,5

Верхней шкалы: 0,5 мм.рт.ст.

Нижней шкалы: 0,5 гПа

Р_в=750(pm 0,5 мм.рт.ст.)

Р_н= 1000(pm 0,5 гПа)

Цена деления равна 1 ᵒ С, погрешность 0,5ᵒ

Значение температуры t= 24(pm 0,5)ᵒ С

2. Шарик, наполненный гелием, при поднятии на высоту увеличивается в объеме из-за уменьшения атмосферного давления

3.

4.

5. Показания барометра увеличатся, так как давление прямо пропорционально высоте по формуле (p = rho gh)

6.

Ответ:

С учетом погрешности прибора:

по верхней шкале давление p = (750 ± 0,5) мм.рт. ст.

по нижней шкале давление p = (1000 ± 0,5) гПа.

Объяснение:

Требуется записать показания барометра-анероида по каждой шкале с учётом погрешности измерений, равной половине цены деления шкалы прибора.​

• Барометр-анероид — это безжидкостный прибор для измерения атмосферного давления.

1) Рассмотрим прибор.
На изображенном на рисунке барометре нанесены две шкалы.

Верхняя шкала — для измерения давления атмосферы в мм.рт.ст. (миллиметрах ртутного столба).

Нижняя шкала — для измерения атмосферного давления в гПа (гектоПаскаль).

2) Определим цену деления верхней шкалы.

Для этого разность между двумя числовыми значениями шкалы разделим на количество делений между ними.

Цена деления верхней шкалы равна 1 мм. рт. ст.

3) Определим цену деления нижней шкалы.

Для этого разность между двумя числовыми значениями шкалы разделим на количество делений между ними.

Цена деления нижней  шкалы равна 1 гПа.

• Погрешность измерения прибора — это допустимое отклонение измеренной величины от ее истинного значения (по другому, допустимая ошибка измерения).

4) Определим погрешность прибора, если она равна половине цены деления.

Цена деления на обоих шкалах равна 1 единице измерения.

1 : 2 = 0,5

Погрешность верхней шкалы равна 0,5 мм. рт. ст., погрешность нижней шкалы равна 0,5 гПа.

5) Запишем показания прибора (p — давление).

На верхней шкале стрелка прибора показывает величину 750 мм. рт. ст. С учетом погрешности показание прибора будет следующим:
p = (750 ± 0,5) мм.рт. ст.

На нижней шкале стрелка прибора показывает величину 1000  гПа.

С учетом погрешности показание прибора будет следующим:

p = (1000 ± 0,5) гПа.

6) Дополнение.

На приборе в самом низу есть температурная шкала, для измерения температуры воздуха.
Ее цена деления равна 1°С, погрешность измерения температурной шкалы 0,5°.

Значение температуры:
t = (24 ± 0,5)°С.

Задания

Версия для печати и копирования в MS Word

Федеральное
государственное автономное образовательное
учреждение

высшего
образования

«ТЮМЕНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Физико-технический
институт

Кафедра
Механики многофазных систем

Домашнее
задание №1 по дисциплине «Экспериментальные
методы исследований»

Тема:
«Барометры»

Тюмень
2019

Выполнила:
студентка 2 курса Айткужинова З.Ф.

Барометры

Физическая
основа метода и виды

Барометр
— это измерительный прибор, который
предназначается для определения давления
атмосферного воздуха.

Практически
используются три типа барометров,
принцип действия которых по определению
атмосферного давления различен:

Ртутный
барометр. Он состоит из вертикальной
стеклянной трубки, выполненной в виде
откалиброванной шкалы. Верхний конец
этой трубки запаян, а другой конец
находится в маленькой чашке с ртутью.
Ртутные барометры часто используются
на уроках физики в школах. По аналогичному
принципу действует и менее точный водный
барометр, только объём трубки заполняется
не опасной для человека ртутью, а
подкрашенной водой.

Барометр-анероид.
Он не содержит жидкости и состоит из
небольшой гибкой металлической коробки,
называемой анероидной капсулой, которая
изготовлена ​​из сплава бериллия с
медью. Металлическая коробка плотно
закрыта, поэтому изменения атмосферного
давления за пределами коробки вызывают
расширение или сжатие пружин внутри
коробки.

Электронный
барометр цифрового типа, который широко
используется в современных домашних и
профессиональных метеостанциях, а также
в различных современных приборах. Он
состоит из чувствительного узла
обнаружения, который реагирует на
изменение давления воздуха.

Ртутный
барометр показывает меняющееся положение
ртутного столба для данной местности
(за 0 берётся барометрическое давление
на уровне моря). Во время циклонической
природной деятельности давление падает,
что вызывает соответствующее уменьшение
высоты ртутного столба. Когда циклон
уступает место антициклону, низкое
атмосферное давление сменяется более
высоким, которое повышает уровень ртути
в стеклянной трубке. В анероидном
барометре индикатором изменяющегося
давления является линейное расширение
материала исполнительного элемента.
Существует целый класс сплавов, который
отличается определёнными значениями
коэффициента линейного расширения.
Чаще других используются немагнитный
коррозионно стойкий сплав на основе
никеля, либо бериллиевая бронза.

Те
же марки сплавов используются и в
регистрирующих датчиках электронных
барометров, а результат изменения их
размеров отображается на дисплее. В
таких приборах также учитывается
изменение температуры воздуха. Это, в
свою очередь, влияет на электропроводность
материала. Изменяющаяся ёмкость влияет
на силу электрического тока, протекающего
через датчик, который и регистрирует
изменения в давлении воздуха.

Таким
образом, ртутные, анероидные и цифровые
барометры работают по одному и тому же
физическому принципу расширения и
сжатия в зависимости от температуры
окружающей среды, хотя и делают это
по-разному.

Принцип
работы барометра

Ртутный
барометр

Р
тутный
барометр — пара сообщающихся сосудов,
внутри — ртуть, верх одной стеклянной
трубки, длиной примерно в 90 см, закрыт,
там нет воздуха. В зависимости от
изменений в давлении ртуть под воздействием
воздуха поднимается либо опускается в
стеклянной трубке, а небольшой поплавок
показывает движение ртутной массы и
останавливается на отметке, показывающей
её уровень в миллиметрах. Норма – ртуть
на отметке 760 мм рт. ст., показания выше
этого значения – идет процесс повышения
давления, ниже – понижения. Барометры
такого типа практически не используются
в обычном обиходе, ведь ртуть является
опасным ядовитым веществом, конструкция
барометра довольно громоздка и требует
острожного отношения. Поэтому они широко
применяются только в лабораторных
условиях, на различных научных
метеорологических станциях и в
промышленности, там, где важная абсолютная
точность передачи данных.

Классический
барометр-анероид

(1
— корпус; 2 — гофрированная пустотелая
металлическая коробочка; 3 — стекло; 4 —
шкала; 5- металлическая плоская пружина;
6 — спиральная пружина; 7 — нить; 8 —
передаточный механизм; 9 — стрелка-указатель)

Система
работы механического барометр-анероида,
в котором отсутствует какая-либо
жидкость, основан на принципе воздействия
давления воздуха на металл. В середине
прибора располагается коробка с тонкими
гофрированными стенками из металла,
под силой действия воздуха стенки
сжимаются или разжимаются, рычажок
поворачивает стрелку в ту или иную
строну. Бывают настенного и настольного
типа, очень удобны и практичны в
использовании, поэтому их очень часто
используют в домашних условия, в офисах
и различных учреждениях.

Электронный
барометр

Электронный
(или цифровой) барометр — современная
разновидность данного прибора, линейные
показатели обычного барометра-анероида
преобразовываются в электронный сигнал,
который обрабатывается микропроцессором
и выводится на жидкокристаллический
экран. Имеет компактные размеры, прост
и удобен в использовании, например, для
рыбалки, туризма или как дачный вариант.

На
данный момент уже существует цифровой
вариант барометров, которые встроены
как дополнительная функция в мобильное
устройство или в часы-барометры.

Устройство
барометра-анероида

Основу
барометра-анероида составляет
гофрированная (волнистая) металлическая
коробка А (см. рис.). Внутри коробки
воздуха нет, его откачивают при
изготовлении барометра. Чтобы коробку
не расплющило атмосферным давлением,
ее удерживает упругая металлическая
пластина, один конец которой соединен
с основанием барометра. Второй конец
упругой пластины специальным механизмом
соединен со стрелкой барометра В.

Рис.
Устройство барометра-анероида

Если
атмосферное давление будет изменяться,
соответственно, будет изменяться и
сила, сдавливающая металлическую
коробку. Тогда через пластину и механизм
даже небольшое изменение толщины коробки
вызовет заметное перемещение конца
стрелки на фоне шкалы С.

Краткий
вывод

Различные
физические внешние факторы, действующие
на барометр -анероид создают погрешности
в его показаниях, поэтому более точным
являются измерения произведенный
ртутным барометром. Но так как
барометр-анероид является более
компактным прибором, он нашел широкое
применение в быту и в отраслях, где не
требуется эталонных показаний атмосферного
давления. На основе принципа действия
барометра-анероида созданы приборы для
измерения высоты над поверхностью
земли. Но более актуальными в наше время
стали электронные барометры, имеющие
плюсы такие, как водонепроницаемость,
ударопрочность, стойкость к вибрации
и размер.

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах. 

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте. 

Как быстро и эффективно исправить почерк?  Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.