Barometar

Barometar je uređaj koji se koristi za mjerenje vazdušnog pritiska. Italijanski naučnik Galileo Galilej je 1640. dokazao da vazduh ima težinu. Evanđelista Toričeli (ital. Evangelista Torricelli) je odredio 1644. težinu atmosferskog vazduha ili vazdušni pritisak. Takođe je utvrdio da promjena pritiska vazduha mijenja visinu živinog stuba. S time su date osnove barometra. Po načinu rada postoje dvije vrste: metalni i barometri sa tečnošću.

Princip rada živinog barometra. Pritisak atmosferskog vazduha djeluje na živu u otvorenoj posudi. Potisnuta živa iz suda ulazi u vertikalnu cijev. Visina stuba žive očitana na skali označava pritisak vazduha.

Evanđelista Toričeli je izumeo barometar. Stari barometri iz *Musée des Arts et Métiers*, Pariz.

Brodski barometar je učvršćen kardanskim zglobom tako da je cev uvek uspravna.

Za apsolutna merenja pritiskaa najpogodniji su barometri sa živom. Najjednostavniji oblik barometra sa živom staklena je cev svinuta u obliku slova J, kojoj je duži krak, dug oko 90 centimetara, zatvoren, a kraći otvoren. Cev je napunjena živom tako da se u dužem kraku iznad žive nalazi vazduhoprazan prostor (vakuum), a na površinu žive u kraćem kraku deluje atmosferski pritisak. Pritisak vazduha određuje se tako što se na skali očita visina stuba žive u tim krakovima. Težina stuba žive, kojem je visina jednaka razlici pročitanih visina, mera je za pritisak vazduha. Kako težina stuba žive zavisi od njeze temperaturi i od zemljopisne širine mesta, treba dobijenu razliku visina stubova žive ispraviti (korigovati). Kod praktičnih implementacija barometarska cev sa živom ravna je i uronjena u posudu sa živom. Pritisak vazduha deluje na površinu žive u posudi. Kod Fortinovog barometra čita se samo visina žive u zatvorenoj cevi, a živa u posudi dovodi se uvek na isti nivo na taj način što se dno posude, koje je načinjeno od savitljivog materijala (na primjer kože), namesti tako da površina žive dotakne vrh šiljka učvršćenog na gornjem delu posude. Kod staničnog barometra, koji se upotrebljava i na našim meteorološkim postajama (Kju-barometri), promene nivoa žive u posudi uzete su u obzir na samoj lestvici barometra (redukovana lestvica), pa se visina stuba žive može odmah očitati.

Za merenje pritiska vazduha iskorištava se još i deformacija elastičnih tela zbog delovanja pritiska (aneroid) i promena vrelišta zbog promene pritiska. U savremenim je uređajima omogućeno električno ili elektroničko merenje pretvaranjem pritiska u električne veličine. Kako se pritisak vazduha smanjuje s porastom visine, to se visinska razlika može naći ako se pritisak vazduha izmeri barometrom na dva mesta različitih visina, uzimajući u obzir meteorološke elemente (temperaturu, vlagu). Barometarsko merenje visine primenjuje se u vazdušnom prometu.^[1]

Prvi barometar je bio takozvani vodeni barometar (nazvan još Geteov jer ga je Gete popularizovao) koji je radio na principu posude s nešto vazduha koja je uronjena u vodu, te je stub vode u posudi porastao kad je opao pritisak vazduha, jer se je tada stub vazduha smanjio. Najčešće se ipak koristi živin barometar (stub žive koji se povisuje ili smanjuje zavisno od promene pritiska vazduha). Otkrio ga je Evanđelista Toričeli. Još postoji i suvi barometar (aneroid). To je metalna kutija bez vazduha čije se stranice deformišu s promenom pritiska vazduha, jer vazduh vršu pritisak na vakuum unutar kutije. Barograf je barometar s pisaljkom koji stalno beleže promjene pritiska vazduha. Barometar je nezamenjiv instrument u meteorologiji. Koristan je i u takozvanoj narodnoj meteorologiji, jer se obično smatra da s porastom pritiska vazduha sledi sunčanije vreme, a s padom oblačnije.

Pritisak vazduha nije u svako doba isti na jednom mestu Zemlje. On nije jednak ni na dva mesta koja se razlikuju u nadmorskoj visini. Pritisak opada s visinom, a osim toga menja se s promenom količine vlage u vazduhu. Vlaga je naime lakša od vazduha, te što je ima više u vazduhu, to će vazduh biti lakši, a zbog toga je i pritisak manji.^[2]

Istorija

Iako je Evanđelista Toričeli univerzalno priznat kao pronalazač barometra 1643. godine,^[3]^[4] istorijska dokumentacija takođe sugeriše da je Gasparo Berti, italijanski matematičar i astronom, slučajno izgradio vodeni barometar negde između 1640. i 1643. ^[3]^[5] Francuski naučnik i filozof Rene Dekart opisao je dizajn eksperimenta za određivanje atmosferskog pritiska već 1631. godine, ali nema dokaza da je u to vreme izgradio funkcionalni barometar.^[3]

Dana 27. jula 1630, Điovani Batista Balijani napisao je pismo Galileu Galileju objašnjavajući eksperiment koji je izveo u kojem sifon, vođen preko brda visokog oko dvadeset jedan metar, nije funkcionisao. Galileo je odgovorio objašnjenjem fenomena: on je predložio da je snaga vakuuma ta koja zadržava vodu, a na određenoj visini količina vode je jednostavno postala previše i sila više nije mogla da je drži, poput kabla koji može da podržava samo izvesnu težinu.^[6]^[7] Ovo je bilo ponavljanje teorije horror vacui („priroda mrzi vakuum“), koja datira još od Aristotela, a koju je Galileo ponovio kao resistenza del vacuo.

Vrste barometara

Merni instrumenti za merenje pritiska vazduha nazivaju se barometrima, a pripadni autografi barografima. Merenje atmosferskog pritiska sastoji se ili od merenja visine stuba žive, ili u merenja deformacija nekog elastičnog tela, ili u određivanju temperature vrelišta vode.

Barometar sa tečnošću

Barometri sa tečnošću često koriste stub žive za merenje, po Toričelijevom principu. To je staklena cijev na jednom kraju zatvorena, a na drugom uronjena u posudu sa živom (koja je otvorena za dejstvo atmosferskog pritiska). Pritisak vazduha pritiska živu u posudi, i tjera je u usku staklenu cijev, to više što je pritisak veći. Kako je na cijevi označena skala, pritisak atmosferskog vazduha se direktno očitava. Može se reći da težina živinog stuba održava ravnotežu sa pritiskom vazduha.

Iznad žive u cijevi se nalazi bezvazdušni Toričelijev prostor (vakuum) pa on ne utiče na visinu stuba žive. Na nivou mora visina živinog stuba je oko 760 milimetara.

Skala je u milimetrima žive, barima, milibarima, ili paskalima. Na visinu žive ponešto utiče i temperatura, što se kod profesionalnih uređaja uzima u obzir.

Konstrukcija može biti različita, sa posudom žive, samo sa savijenom cijevi, sa pomičnim i nepomičnim sudom i tako dalje.

Metalni barometar

Moderni metalni (aneroidni) barometar.

Još se naziva aneroid ili holosterik. Burdonove i Vidijeve konstrukcije su najčešće. Osnovni element Vidijevog barometra je aneroidna vakuumska metalna kapsula koja mijenja dimenzije pod djelovanjem atmosferskog pritiska. Ove promjene se preko mehanizma prenose na kazaljku, koja pokazuje vrijednost na skali. Aneroidna kapsula ima unutrašnju oprugu.

Burdonov barometar je elastična spljoštena i spiralna vakuumska komora od gume ili sličnog materijala. Pritisak savija cjevčicu i ovo kretanje se prenosi na kazaljku skale preko mehanizma.

Metalni barometri su dobri za mjerenje promjene pritiska, ali vrijednosti nisu tačne kao kod živinih. Zbog lakog rukovanja i otpornosti koriste se u meteorologiji kao pomoćni uređaji, na avionima za mjerenje visine, i za određivanje približne nadmorske visine kod drugih uređaja.

Živin barometar

Najstariji tip barometra je barometar sa živom ili živin barometar. U metalnu posudu napunjenu živom uronjen je donji kraj uspravne, tanke staklene cevi. Cev je duga 1 metar, delimični je ispunjena živom, a na vrhu zatvorena tako da se u delu iznad stuba žive nalazi prazan prostor ili vakuum. Na površinu žive u posudi deluje spoljni atmosferski pritisak, zbog čega se nivo u posudi diže ili spušta prema spoljnom pritisku vazduha, a time se menja i visina stuba žive u uspravnoj cevi. To znači da je visina stuba žive direktno proporcionalna pritisku vazduha, pa se pritisak može očitati na umerenoj (kalibriranoj) skali postavljenoj uz cev. Prema konstrukciji posude sa živom razlikuju se 2 osnovna tipa živinog barometra: barometar s pomičnim dnom i barometar s umanjenom (reduciranom) skalom.

Barometar s pomičnim dnom

Barometar s pomičnim dnom ima posudu sa živom tako napravljenu da se visina i oblik dna posude mogu podešavati pomoću vijka. Podešavanjem oblika dna menja se obim (volumen) posude, pa se tako na jednostavan način može nivo žive u posudi postaviti na nulti položaj i na skali cevčice očitati visina živinog stuba, to jest vrednost pritiska vazduha.

Barometar s reduciranom skalom

Barometar s reduciranom skalom ima krutu posudu sa živom. Na posudi je mali otvor kroz koji spoljni pritisak vazduha deluje na površinu žive u posudi. Posuda sa živom i uspravna cev nalaze se u zajedničkom kućištu, koje na donjem delu nosi termometar, a na gornjem delu pomični prsten s nonijumom. Skala je za očitavanje stuba žive nepomična i podeljena na milimetre i milibare. Pri očitavanju pomični prsten namesti se tako da njegov donji rub tangira zaobljeni vrh (meniskus) stuba žive i prema oznaci na prstenu odredi se na skali visina stuba. Desetinke delova osnovne podele skale određene su pomoću nonijuma. Površina preseka posude je znatno veća od površine preseka žive u cevi, pa svakoj promeni visine žive u posudi odgovara srazmerno znatno veća promena visine žive u cevi. U ovom tipu barometra nivo žive u posudi ne može se podesiti da dođe u nulti položaj, pa je stoga skala na cevi barometra redukovana tako da je svaki deo skale nešto kraći od jednog milimetra. Redukcija skale zavisi od odnosa površina preseka cevi i posude, to jest o odnosu između pomaka žive u cevi i posudi. Redukcijom je skale postignuto da se na skali očita tačna visina pritiska vazduha iako nivo žive u posudi nije doveden na nulu.

Brodski barometar

Brodski barometar je učvršćen kardanskim zglobom tako da je cev uvek uspravna, bez obzira na nagib broda. Osim toga, cev je na jednom mestu sužena da bi se smanjile oscilacije u cevi uzrokovane ljuljanjem broda.

Aneroid

Aneroid (grč. νηρός: mokar) je merni instrument za merenje pritiska vazduha. Izumeo ga je Lucien Vidi 1843; sastoji se od jedne ili više šupljih kutija kružnog preseka, od tankog i valovitog lima, iz kojih je isisan vazduh i u kojima se nalazi opruga. Promene pritiska vazduha menjaju ravnotežni položaj deformisanih kutija i elastične opruge, a dobijeni se pomaci preko poluga povećavaju i prenose na kazaljku ispod koje se nalazi lestvica s naznačenim vrednostima pritiska vazduha. Ranije uvedene i još uvek zadržane naznake lepo vreme, kiša, promenljivo, imaju vrlo ograničenu upotrebljivost jer vreme ne zavisi samo od pritiska vazduha, pa aneroid nije dovoljan za prognozu vremena. Aneroid umeren (baždaren) u jedinicama visine koristi se kao barometarski altimetar ili visinomer.^[8]

Visinomer ili altimetar

Visinomer ili altimetar je vrsta aneroida koji služi za merenje visina. Skala im je podeljena u jedinicama visine, a mogu se namestiti prema pritisku vazduha na morskoj visini ili na meteorološkoj postaji. Altimetri su temperaturno kompenzovani. Upotrebljavaju se i za terenska merenja pritiska vazduha, na vazduhoplovima i drugim letelicama.

Barograf

Za bilježenje promjena pritiska kroz vrijeme, koristi se barograf — barometar s pridodatim uređajem za registraciju.

Vidi još

Barograf

Reference

^ barometar, [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2015.
^ Velimir Kruz: "Tehnička fizika za tehničke škole", "Školska knjiga" Zagreb, 1969.
^ ^a ^b ^v „The Invention of the Barometer”. Islandnet.com. Pristupljeno 2010-02-04.
^ „History of the Barometer”. Barometerfair.com. Arhivirano iz originala 2009-09-25. g. Pristupljeno 2010-02-04.
^ Drake, Stillman (1970). „Berti, Gasparo”. Dictionary of Scientific Biography. 2. New York: Charles Scribner's Sons. str. 83—84. ISBN 978-0-684-10114-9.
^ Shea, William R. (2003). Designing Experiments & Games of Chance: The Unconventional Science of Blaise Pascal. Science History Publications. str. 21—. ISBN 978-0-88135-376-1. Pristupljeno 10. 10. 2012. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
^ „History of the Barometer”. Strange-loops.com. 2002-01-21. Arhivirano iz originala 6. 1. 2010. g. Pristupljeno 2010-02-04. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
^ aneroid, [2] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2015.

Literatura

Vojna enciklopedija, Beograd, 1970, knjiga prva, strane 494 i 495.
„Barometer”. Encyclopædia Britannica (на језику: енглески). 3 (11 изд.). 1911.
Burch, David F. The Barometer Handbook: A Modern Look at Barometers and Applications of Barometric Pressure. Seattle: Starpath Publications (2009), ISBN 978-0-914025-12-2.
Middleton, W. E. Knowles. (1964). The History of the Barometer. Baltimore: Johns Hopkins Press. New edition (2002), ISBN 0-8018-7154-9.
US patent 2194624, "Diaphragm pressure gauge having temperature compensating means", odobren 1940-03-26 , assigned to Bendix Aviat Corp
U.S. Patent 2.472.735 : C. J. Ulrich : "Barometric instrument"
U.S. Patent 2.691.305 : H. J. Frank : "Barometric altimeter"
U.S. Patent 3.273.398 : D. C. W. T. Sharp : "Aneroid barometer"
U.S. Patent 3.397.578 : H. A. Klumb : "Motion amplifying mechanism for pressure responsive instrument movement"
U.S. Patent 3.643.510 : F. Lissau : "Fluid displacement pressure gauges"
U.S. Patent 4.106.342 : O. S. Sormunen : "Pressure measuring instrument"
U.S. Patent 4.238.958 : H. Dostmann : "Barometer"
U.S. Patent 4.327.583 : T. Fijimoto : "Weather forecasting device"

Spoljašnje veze

„Kelvin scale in depth”. Pristupljeno 12. 2. 2020. CS1 održavanje: Format datuma (veza)^{[mrtva veza]}
Hopkins, Edward J. (1996-06-10). „Surface Weather Analysis Chart”. University of Wisconsin. Arhivirano iz originala 28. 4. 2007. g. Pristupljeno 2007-05-10. CS1 održavanje: Format datuma (veza)

[1] barometar, [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2015.

[2] Velimir Kruz: "Tehnička fizika za tehničke škole", "Školska knjiga" Zagreb, 1969.

[http://www.islandnet.com/~see/weather/history/barometerhistory1.htm-3] v „The Invention of the Barometer”. Islandnet.com. Pristupljeno 2010-02-04.

[http://www.barometerfair.com/history_of_the_barometer.htm-4] „History of the Barometer”. Barometerfair.com. Arhivirano iz originala 2009-09-25. g. Pristupljeno 2010-02-04.

[5] Drake, Stillman (1970). „Berti, Gasparo”. Dictionary of Scientific Biography. 2. New York: Charles Scribner's Sons. str. 83—84. ISBN 978-0-684-10114-9.

[Shea2003-6] Shea, William R. (2003). Designing Experiments & Games of Chance: The Unconventional Science of Blaise Pascal. Science History Publications. str. 21—. ISBN 978-0-88135-376-1. Pristupljeno 10. 10. 2012. CS1 održavanje: Format datuma (veza)

[History_of_the_Barometer-7] „History of the Barometer”. Strange-loops.com. 2002-01-21. Arhivirano iz originala 6. 1. 2010. g. Pristupljeno 2010-02-04. CS1 održavanje: Format datuma (veza)

[8] aneroid, [2] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2015.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]