Парадокс с  ртутным барометром

Показания ртутного барометра, который в настоящее время является эталонным прибором для измерения давления атмосферы не соответствуют реальному давлению воздуха в атмосфере земли!

Чтобы в этом убедиться, рассмотрим подробнее процессы протекающие в ртутном барометре (см. Рис. 1)

 

                                         Рис. 1.  

По мере опускания столбика ртути ниже отметки 760мм, с понижением давления атмосферы воздуха, в колбе, выше столбика ртути, образуется полость заполненная парами ртути.

 

Причем, как бы не изменялась высота столбика ртути, давление паров остается постоянным. Это будет происходить до тех пор, пока ртуть полностью не превратится в пар. Только после этого пары ртути можно считать идеальным газом, подчиняющимся газовым законам.

Что означает измерять какую либо величину?

Измерять, означает сравнить ее с эталоном. Например для измерения длины мы в качестве эталона  используем эталонный метр и с ним сравниваем длину измеряемого предмета.


Для измерения веса в качестве эталона  выступает килограммовая гиря. Сравнивая ее вес с весом камня мы делаем вывод о том насколько легче или тяжелее камень.

 

Таким образом, чтобы измерять давление воздуха, нужно принять за эталон давление воздуха у поверхности земли и с ним сравнивать давление атмосферы на определенной высоте над поверхностью земли.

 

Рассмотрим, что же сравнивается и с чем в ртутном барометре!

 

В ртутном барометре происходит сравнение постоянного давления паров ртути на столбик ртути с одной стороны, и изменяющегося атмосферного давления на столбик ртути с другой стороны.

 

Давление паров ртути при 17С составляет  0,0013мм рт. ст.  Давлениеи воздуха, как известно, 760мм рт. ст. Следовательно пары ртути имеют примерно в 600000 раз меньшее давление, чем воздух у поверхности земли.

 

По этой причине, пары ртути будут оказывать в 600000 раз меньшее давление на ртуть, чем воздух, находящийся у поверхности земли или на определенном удалении от нее.

Но это еще не все.

Вес столбика ртути тоже оказывает свое влияние на показания барометра.

С понижением давления атмосферы, высота, а стало быть и вес столбика ртути, постоянно уменьшается, внося недопустимые поправки в показания прибора, искажая истенные значения разницы в давлениях.

 

Вывод: Ртутный барометр является очень чувствительным прибором реагирующим на изменение атмосферного давления воздуха.

Он правильно показывает знак изменения давления. При понижении давления он показывает, что оно понижается, при повышении, он показывает, что оно понижается.

 

Однако значения давления определяемые ртутным барометром, по выше изложенным причинам , не соответствуют действительности!

 

Поэтому, как измерительный прибор, его нельзя использовать для практического изменения давления воздуха!

Он может использоваться только как индикатор давления.

Вы вправе задать вопрос. Как  и чем можно измерить атмосферное давление воздуха?

Прибор для измерения давления атмосферы воздуха

Прибором для  измерения давления атмосферы воздуха может служить обычный медицинский шприц (Рис.2)

                                         Рис. 2.  

Для уменьшения трения поршня о цилиндр шприца, он должен быть изготовлен из стекла.

 

Для производства измерения необходимо перемещением поршня набрать воздух в шприц и плотно закрыть отверстие для иголки шприца (на рисунке для этой цели показан кран).

Прибор готов для измерения давления.

Поднимем шприц на высоту 10 км над поверхностью земли. Желательно это делать с очень маленькой скоростью, чтобы температура газа в шприце успевала изменяться за температурой окружающей среды (при резком подъеме будут наблюдаться значительные погрешности).

Так как в шприце у нас ненасыщенный или идеальный газ, то по закону Бойля - Мариотта P1/V1 = P2/V2.

Или другими словами, увеличение объема воздуха набранного в шприц в 2 раза, будет означать, что давление воздуха в шприце понизилось в 2 раза, и наоборот.

 

Приняв положение поршня у поверхности земли за 1 атмосферу, можно проградуировать шприц в единицах давления, например в кг/м2.

 

Практика измерений показывает, что давление атмосферы воздуха с высотой практически не изменяется.

Давление на высоте 10км от поверхности земли составляет 0,9972 атмосферы (замеры произведенные ртутным барометром на высоте  10км равны 0,26 атмосферы)

 

Ниже приведена таблица зависимости давления атмосферы от высоты над поверхностью земли.

 

Таблица зависимости давления атмосферы от высоты над поверхностью Земли

 

 
 

Рейтинг@Mail.ru