3η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΠΙΕΣΗ ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΠΙΕΣΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΓΩΓΕΣ ΤΗΣ

Transcript

1 3η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΠΙΕΣΗ ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΠΙΕΣΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΓΩΓΕΣ ΤΗΣ

2 ΤΙ EIΝΑΙ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΠΙΕΣΗ ΘΕΩΡΗΤΙΚΟΥΠΟΒΑΘΡΟ Είναι η πίεση που εξασκεί ο ατμοσφαιρικός αέρας λόγω της δύναμης του βάρους του, σε ένα οποιοδήποτε επίπεδο μέσα στην ατμόσφαιρα ή στην επιφάνεια της Γης Μας ενδιαφέρουν οι τιμές της πίεσης και οι μεταβολές της, διότι αυτές αποτελούν εργαλείο πρόγνωσης του καιρού. Οι μεταβολές της πίεσης οφείλονται κυρίως στους υδρατμούς. Μονάδες Πίεσης P = B S δύναμη βάρους B κολώνα αέρα εμβαδού S=1m 2 (Μάζας 1 4 K) 1 Pa 1 bar 1 atm 1 torr ascal (Pa) 1 N/m 2 1, 11, bar (bar) dyn/cm atmoshere (atm) atm torr (Torr) Torr; 1mmH συνηθισμένη μονάδα: mbar (millibar( millibar) ή hpa (hectoascal=1pa) (1mbar=1hPa=1-3 bar) επιφανειακή πίεση P=1atm άλλη μονάδα: mmh (ύψος( στήλης υδραργύρου σε βαρόμετρο)

3 ΧΑΡΤΕΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΠΙΕΣΗΣ

4 ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΠΙΕΣΗΣ Ηατμοσφαιρική πίεση μετράται με 2 τρόπους: (i) βαρόμετρα υγρής στήλης (ii) ανεροειδή βαρόμετρα Κενό Βαρόμετρα υγρής στήλης Νερού ή Υδραργύρου Torricelli, mmη (προτιμούμε τον υδράργυρο διότι το νερό είναι πολύ αραιότερο) Πίεση Αέρα h Πίεση Αέρα P B m ρ V ρ S h = = = = P = ρ h S S S S ΤΥΠΙΚΗ ΤΥΠΙΚΗ ΤΙΜΗ ΤΙΜΗ ΠΙΕΣΗΣ ΠΙΕΣΗΣ P = 76 mmh = mb ρ: πυκνότητα υδραργύρου h: ύψος στήλης υδραργύρου : επιτάχυνση της βαρύτητας Υδράργυρος για =98.6 cm/s 2 και ρ =13.6 cm -3 (στους C) H μετρούμενη πίεση P εξαρτάται από:(i) τη θερμοκρασία του υδραργύρου (ii) το γεωγραφικό πλάτος του τόπου (iii) το ύψος από τη στάθμη της θάλασσας

5 ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΠΙΕΣΗΣ Βαρόμετρα υγρής στήλης ΥΔΡΑΡΓΥΡΙΚΟΒΑΡΟΜΕΤΡΟ FORTIN Σωλήνας Λεκάνη Ακίδα Κοχλίας ρύθμισης

6 ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΠΙΕΣΗΣ Ανεροειδή Βαρόμετρα ΜΕΤΑΛΛΙΚΟ ΒΑΡΟΜΕΤΡΟ ΒΑΡΟΓΡΑΦΟΣ ΑΥΤΟΜΑΤΑ ΟΡΓΑΝΑ

7 ΑΝΑΓΩΓΕΣ/ΔΙΟΡΘΩΣΕΙΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΠΙΕΣΗΣ 1. Σταθερό σφάλμα οργάνου ΑΦΑΙΡΕΙΤΑΙ 2. Αναγωγή στους C (λόγω θερμικής διαστολής υδραργύρου) ΔΙΟΡΘΩΣΗ (i) με Πίνακες (ii) με τη βοήθεια σχέσης συντελεστής διόρθωσης C = h ( m n) T 1+ m T h: ύψος στήλης υδραργύρου m: συντελεστής διαστολής υδραργύρου =.1818 n: συντελεστής διαστολής χαλκού =.184 Τ: ηθερμοκρασία σε C Για t> C το C αφαιρείται από το h Για t< C το C προστίθεται στο h

8 ΑΝΑΓΩΓΕΣ/ΔΙΟΡΘΩΣΕΙΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΠΙΕΣΗΣ 3. Αναγωγή στην κανονική βαρύτητα (λόγω μεταβαλλόμενης τιμής ) ΔΙΟΡΘΩΣΗ (i) με Πίνακες (ii) με τη βοήθεια σχέσης συντελεστής διόρθωσης C = h ϕ h: ύψος στήλης υδραργύρου φ : επιτάχυνση της βαρύτητας στον τόπο της μέτρησης (γεωγραφικού πλάτους φ) :πρότυπη επιτάχυνση της βαρύτητας για γεωγραφικό πλάτος φ=45, =98.616cm/s 2 ϕ ( cos 2ϕ +.59cos 2 2 ) = ϕ

9 ΑΝΑΓΩΓΕΣ/ΔΙΟΡΘΩΣΕΙΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΠΙΕΣΗΣ 4. Αναγωγή στη μέση στάθμη της επιφάνειας της θάλασσας (μεταβαλλόμενη τιμή ) ΔΙΟΡΘΩΣΗ (i) Απλοποιημένη Εξίσωση Lalace (ii) Εξίσωση ισόθερμης ατμόσφαιρας (i) Εξίσωση Lalace = z T C.41 z z : υψόμετρο στο σημείο της μέτρησης (σε m) : ατμοσφαιρική πίεση στο σημείο της μέτρησης Τ C : θερμοκρασία στο σημείο της μέτρησης (σε C) (ii) Εξίσωση ισόθερμης ατμόσφαιρας d = ρ = ρ Rα dz T d = R T α d ln dz = z z= R T α d dz = R T α = dz e z R T α

10 ΑΝΑΓΩΓΕΣ/ΔΙΟΡΘΩΣΕΙΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΠΙΕΣΗΣ 4. Αναγωγή στη μέση στάθμη της επιφάνειας της θάλασσας (μεταβαλλόμενη τιμή ) (ii) Εξίσωση ισόθερμης ατμόσφαιρας e z R T = α επίπεδο μέτρησης z,, T α = e z R T T = T + T 2 στάθμη της θάλασσας z=,, T T = T = T γ z T = T + γ z γ z : ατμοσφαιρική πίεση στο σημείο της μέτρησης : ατμοσφαιρική πίεση στη στάθμη της θάλασσας z : υψόμετρο στο σημείο της μέτρησης (σε m) R α : σταθερά του ατμοσφαιρικού αέρα = R*/MB α R*=παγκόσμια σταθερά των αερίων (=8.314 J mole -1 rad -1 ) ΜΒ α =μέσο μοριακό βάρος του ξηρού ατμοσφαιρικού αέρα (28.96 mole -1 ) σε Κ (όχι C) Τ: μέση θερμοκρασία του ατμοσφαιρικού στρώματος μεταξύ της στάθμης της θάλασσας και του σημείου της μέτρησης γ: θερμοβαθμίδα του ατμοσφαιρικού στρώματος μεταξύ της στάθμης της θάλασσας και του σημείου της μέτρησης (γ=-6.5 C/km)

11 ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ Γνωρίζουμε τα διάφορα είδη βαρομέτρων που υπάρχουν στο Εργαστήριο. Παίρνουμε ανάγνωση της τιμής της ατμοσφαιρικής πίεσης με το βαρόμετρο Fortin και στη συνέχεια κάνουμε τις απαραίτητες αναγωγές/διορθώσεις για τη θερμοκρασία και το επίπεδο της θάλασσας. Για το σκοπό αυτό παίρνουμε επίσης μέτρηση της θερμοκρασίας. ΠΡΟΣΟΧΗ: Οι αναγωγές γίνονται με όλους τους τρόπους, δηλαδή τόσο με τους Πίνακες όσο και με τις σχέσεις, ενώ η αναγωγή στη μέση στάθμη της θάλασσας γίνεται τόσο με την Εξίσωση Lalace όσο και με το μοντέλο της ισόθερμης ατμόσφαιρας. Μετρούμε την τιμή της ατμοσφαιρικής πίεσης και της θερμοκρασίας στο ισόγειο και στην ταράτσα του Κτιρίου Φ2 και στη συνέχεια υπολογίζουμε (κατά προσέγγιση) το ύψος του κτιρίου με τη βοήθεια της σχέσης της ισόθερμης ατμόσφαιρας.

12 ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ Χρειάζονται: 1) Σφάλμα οργάνου = -.1 mb 2) Γεωγραφικό Πλάτος Εργαστηρίου, φ = ) Υψόμετρο Εργαστηρίου, z = 52 m