ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΑ - ΚΛΙΜΑΤΟΛΟΓΙΑ 8. ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΠΙΕΣΗ

Transcript

1 ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΑ - ΚΛΙΜΑΤΟΛΟΓΙΑ 8. ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΠΙΕΣΗ

2 Ατμοσφαιρική πίεση - ατμοσφαιρική πίεση είναι η δύναμη ανά μονάδα επιφάνειας που ασκείται από στήλη αέρα, δηλαδή ολόκληρη τη μάζα του αέρα - επειδή η δύναμη αυτή είναι απλώς το βάρος της αέριας στήλης η ατμοσφαιρική πίεση εκφράζεται συχνά σε μονάδες βάρους ανά μονάδα επιφάνειας - μετριέται συνήθως με τα βαρόμετρα, τα οποία διακρίνονται σε υδραργυρικά και μεταλλικά

3 Ατμοσφαιρική πίεση ΜΟΝΑΔΕΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΠΙΕΣΗΣ α) 1 mb = 10-3 Bar = 10 3 dyn*cm -2 = 102 Nt*m -2 = 0.75 mmhg (1 mmhg = mb) β) 1 At = 760 mmhg = mb γ) 1 Pa = 1 Nt*m -2 - το πλεονέκτημα της χιλιοβαρίδας (mb) είναι ότι δεν εξαρτάται από τις ιδιότητες κάποιου υλικού, όπως οι άλλες μονάδες που εξαρτώνται από την πυκνότητα του Hg και την επιτάχυνση της βαρύτητας (g)

4 - τα υδραργυρικά βαρόμετρα βασίζονται στην αρχή ότι μέσα σε ένα υγρό που βρίσκεται σε ισορροπία η υδροστατική πίεση είναι η ίδια δε όλα τα σημεία μιας οριζόντιας επιφάνειας και η διαφορά πιέσεων ανάμεσα στα δύο σημεία είναι ίση με το γινόμενο του ειδικού βάρους του υγρού επί την κατακόρυφη απόσταση των δύο οριζόντιων επιφανειών που διέρχονται από τα παραπάνω σημεία

5 ΥΔΡΑΡΓΥΡΙΚΟ ΒΑΡΟΜΕΤΡΟ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ FORTIN - αποτελείται από έναν γυάλινο σωλήνα μήκους 80 cm που περιέχει υδράργυρο και μια λεκάνη με υδράργυρο μέσα στην οποία είναι βυθισμένος - ο γυάλινος σωλήνας προστατεύεται από μεταλλικό σωλήνα - ο πυθμένας της λεκάνης είναι από δέρμα (leather bag) και μπορεί να ανεβαίνει και να κατεβαίνει με τη βοήθεια ενός κοχλία (screw) και συγχρόνως ανεβαίνει η ελεύθερη επιφάνεια υδραργύρου της λεκάνης μέχρι να έρθει σε επαφή με την ακίδα (ivory pointer) που είναι προσαρμοσμένη στο πάνω μέρος της λεκάνης, έτσι ώστε η αιχμή της να αντιστοιχεί στο μηδέν της ισοδιάστατης κλίμακας που είναι χαραγμένη στον εξωτερικό μεταλλικό σωλήνα (brass tube)

6 ΥΔΡΑΡΓΥΡΙΚΟ ΒΑΡΟΜΕΤΡΟ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ FORTIN - στην κλίμακα αυτή μετράμε το ύψος της υδραργυρικής στήλης και για μεγαλύτερη ακρίβεια υπάρχει κινητός βερνιέρος (Vernier) - κοντά στη βάση του σωλήνα υπάρχει υδραργυρικό θερμόμετρο (mercury) το δοχείο του οποίου εφάπτεται με το γυάλινο σωλήνα του βαρομέτρου (barometer tube) - το βαρόμετρο τοποθετείται μέσα σε δωμάτιο το οποίο δεν πρέπει να θερμαίνεται τεχνητά και να μη δημιουργούνται μέσα σε αυτό ρεύματα αέρα - το βαρόμετρο δεν πρέπει να προσβάλλεται από τις ηλιακές ακτίνες - η κλίμακα του βαρομέτρου πρέπει να βρίσκεται στο ύψος των ματιών του παρατηρητή

7 ΥΔΡΑΡΓΥΡΙΚΟ ΒΑΡΟΜΕΤΡΟ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ FORTIN - για τον προσδιορισμό της ατμοσφαιρικής πίεσης πρέπει: 1. να πάρουμε τη θερμοκρασία του θερμομέτρου του βαρομέτρου 2. κτυπάμε με το μολύβι ελαφρά το σωλήνα του βαρομέτρου κοντά στην κορυφή της υδραργυρικής στήλης για να πέσουν τα σταγονίδια Hg που μπορεί να είναι κολλημένα στα εσωτερικά τοιχώματα του σωλήνα 3. με τον κοχλία (screw) ανεβάζουμε ή κατεβάζουμε την ελεύθερη επιφάνεια του Hg της λεκάνης μέχρις ότου τη φέρουμε σε επαφή με τη μύτη της ακίδας 4. μετακινούμε τον βερνιέρο ώστε η κάτω βάση του να έρθει σε επαφή με την κορυφή του μηνίσκου της Hg στήλης 5. διαβάζουμε την υποδιαίρεση της κύρια κλίμακας που βρίσκεται αμέσως κάτω από την κορυφή του μηνίσκου ή κάτω από τη βάση του βερνιέρου και μετά αναζητάμε στον βερνιέρο ποια από τις υποδιαιρέσεις του συμπίπτει ακριβώς με μια από τις υποδιαιρέσεις της κύριας κλίμακας Υδραργυρικά βαρόμετρα

8 ΥΔΡΑΡΓΥΡΙΚΟ ΒΑΡΟΜΕΤΡΟ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ FORTIN - τα υδραργυρικά βαρόμετρα παρουσιάζουν δυσκολίες στη χρήση και τη μεταφορά τους - στις ενδείξεις των βαρομετρικών μετρήσεων πρέπει να γίνονται οι παρακάτω διορθώσεις: α) διόρθωση από το σταθερό σφάλμα του βαρομέτρου το σφάλμα κάθε βαρομέτρου αναγράφεται στο πιστοποιητικό του και πρέπει η κάθε ένδειξη να διορθώνεται β) αναγωγή του βαρομετρικού ύψους σε θερμοκρασία 0 o C δύο ή περισσότερα βαρόμετρα που βρίσκονται κάτω από την ίδια πίεση, στο ίδιο υψόμετρο και στο ίδιο γεωγραφικό πλάτος αλλά σε διαφορετικές θερμοκρασίες θα δείχνουν διαφορετικές ενδείξεις γιατί οι διαστολές και συστολές της υδραργυρικής στήλης και της μεταλλικής κλίμακας θα είναι διαφορετικές σαν θερμοκρασία αναφοράς έχει επιλεγεί το 0 o C ο πίνακας 5 δίνει τη διόρθωση που πρέπει να προσθέσουμε ή να αφαιρέσουμε σε κάθε βαρομετρική ένδειξη για να την αναγάγουμε στη θερμοκρασία 0 o C αν η θερμοκρασία του βαρομέτρου είναι μεγαλύτερη από 0 o C, η διόρθωση αφαιρείται από την ένδειξη, αν είναι μικρότερη από 0 o C η διόρθωση προστίθεται

9

10 ΥΔΡΑΡΓΥΡΙΚΟ ΒΑΡΟΜΕΤΡΟ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ FORTIN - στις ενδείξεις των βαρομετρικών μετρήσεων πρέπει να γίνονται οι παρακάτω διορθώσεις: γ) αναγωγή του βαρομετρικού ύψους στην επιφάνεια της θάλασσας η αναγωγή αυτή γίνεται επειδή δύο ή περισσότερα βαρόμετρα που βρίσκονται στην ίδια περιοχή και επομένως κάτω από τις ίδιες καιρικές συνθήκες αλλά σε διαφορετικό υψόμετρο, θα δείχνουν διαφορετικές ενδείξεις χρησιμοποιούμε τους πίνακες 6 και 7 ως εξής: 1. με τη θερμοκρασία που διαβάζουμε στο θερμόμετρο του κλωβού και το υψόμετρο του σταθμού βρίσκουμε από τον πίνακα 6 τον αριθμό Α 2. με τον αριθμό αυτό και με την ατμοσφαιρική πίεση διορθωμένη για σταθερό σφάλμα και ανηγμένη στη θερμοκρασία 0 o C βρίσκουμε από τον πίνακα 7 τη διόρθωση που πρέπει να προσθέσουμε για την αναγωγή στην επιφάνεια της θάλασσας

11 Υδραργυρικά βαρόμετρα

12 ΥΔΡΑΡΓΥΡΙΚΟ ΒΑΡΟΜΕΤΡΟ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ FORTIN - στις ενδείξεις των βαρομετρικών μετρήσεων πρέπει να γίνονται οι παρακάτω διορθώσεις: δ) αναγωγή του βαρομετρικού ύψους στην κανονική βαρύτητα για να συγκρίνουμε τις τιμές της ατμοσφαιρικής πίεσης διαφόρων τόπων θα πρέπει να γίνει αναγωγή τους στην ίδια τιμή βαρύτητας σαν τέτοια λαμβάνεται διεθνώς η τιμή που θα είχε αυτή σε γεωγραφικό πλάτος 45 ο και στην επιφάνεια της θάλασσας η αναγωγή γίνεται με τη βοήθεια του πίνακα 8

13 ΥΔΡΑΡΓΥΡΙΚΟ ΒΑΡΟΜΕΤΡΟ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ FORTIN - παράδειγμα διόρθωσης και αναγωγής βαρομετρικής ανάγνωσης - έστω ότι η ένδειξη του βαρομέτρου είναι mm Hg, το σταθερό σφάλμα -0.2, η θερμοκρασία του βαρομετρικού θερμομέτρου 15.5 ο C, η θερμοκρασία του κλωβού 20 ο C, το υψόμετρο του σταθμού 120 m από την επιφάνεια της θάλασσας, το γεωγραφικό πλάτος 41 ο - Έχουμε: α) διόρθωση σταθερού σφάλματος: = mm Hg β) αναγωγή σε θερμοκρασία 0 ο C, από τον πίνακα 5, για θερμοκρασία 15.5 ο C και ανάγνωσμα βαρομέτρου (736.4) 740 mm Hg: 1.9, =734.3 mm Hg γ) αναγωγή στην κανονική βαρύτητα, από τον πίνακα 8 και για πίεση 740 mm Hg: 036, = mm Hg δ) αναγωγή στην επιφάνεια της θάλασσας, από τον πίνακα 6 για υψόμετρο 120 m και θερμοκρασία κλωβού 20 ο C βρίσκουμε Α = 14.1, από τον πίνακα 7 με το Α και πίεση mm Hg (την ένδειξη του βαρομέτρου) βρίσκουμε διόρθωση 10.4 mm Hg, = mm Hg

14 Μεταλλικά βαρόμετρα - το μεταλλικό ή ανεροειδές βαρόμετρο χρησιμοποιείται ευρύτατα σε φορητά όργανα και αεροσκάφη επειδή έχει μικρότερο μέγεθος και είναι πιο εύχρηστο από το υδραργυρικό - αποτελείται από έναν θάλαμο με εύκαμπτα τοιχώματα που υφίστανται παραμόρφωση όταν μεταβάλλεται η ατμοσφαιρική πίεση - η παραμόρφωση πολλαπλασιάζεται με κατάλληλους μοχλούς και μεταδίδεται τελικά σε μια βελόνα ένδειξης, βαθμονομημένη κατά βούληση, π.χ. συναρτήσει της ατμοσφαιρικής πίεσης ή του υψομέτρου

15 Βαρογράφοι - αποτελούνται από αερόκενα μεταλλικά δοχεία των οποίων και οι δύο πλευρές φέρουν κυκλικά αυλάκια στην επιφάνειά τους για καλύτερη ευκαμψία και μέσα σε αυτά υπάρχουν ελατήρια για να αντισταθμίζουν κάθε στιγμή την ατμοσφαιρική πίεση - το ανώτερο τμήμα των δοχείων αυτών συνδέεται με κατάλληλους μοχλούς με στέλεχος που φέρει γραφίδα η οποία γράφει τις τιμές της ατμοσφαιρικής πίεσης στη χάρτινη ταινία του περιστρεφόμενου κυλίνδρου - το πλεονέκτημα των βαρογράφων είναι ότι είναι εκ κατασκευής απαλλαγμένοι από την επίδραση της θερμοκρασίας - επειδή όμως παρουσιάζουν σφάλματα είναι απαραίτητο να ελέγχονται με πρότυπο υδραργυρικό βαρόμετρο