Мембранный манометр

Как измерить давление жидкости на поверхность твердого тела? Как измерить, например, давление воды на дно стакана? Дно стакана деформируется под действием сил давления. Зная величину деформации, мы могли бы определить величину вызвавшей ее силы и рассчитать давление, но эта деформация настолько мала, что измерить ее практически невозможно. Поскольку судить по деформации данного тела о давлении, оказываемом на него жидкостью, удобно лишь в том случае, когда деформация достаточно велика, то для практического определения давления жидкости пользуются специальными приборами — манометрами, в которых деформации имеют сравнительно большую, легко измеримую величину.

Простейший мембранный манометр устроен следующим образом. Тонкая упругая пластинка (мембрана) герметически закрывает пустую коробку. К мембране присоединен указатель, вращающийся около оси. При погружении прибора в жидкость мембрана прогибается под действием сил давления, ее прогиб передается в увеличенном виде указателю, передвигающемуся по шкале. Каждому положению указателя соответствует определенный прогиб мембраны, а, следовательно, и определенная сила давления на мембрану. Зная площадь мембраны, можно от сил давления перейти к самим давлениям. Можно непосредственно измерять давление, если заранее проградуировать манометр, т.е. определить, какому давлению соответствует то или иное положение указателя на шкале. Для этого нужно подвергнуть манометр действию давлений, величина которых известна, и, замечая положение стрелки указателя, проставить соответственные цифры на шкале прибора.

Воздушную оболочку, окружающую Землю, называют атмосферой (гр. atmos пар, воздух и sphaire шар).

Атмосфера, как показали наблюдения за полетом искусственных спутников Земли, простирается на высоту нескольких тысяч километров. Мы живем на дне огромного воздушного океана. Поверхность Земли — дно этого океана.

Вследствие действия силы тяжести верхние слои воздуха, подобно воде океана, сжимают нижние слои. Воздушный слой, прилегающий непосредственно к Земле, сжат больше всего и согласно закону Паскаля передает производимое на него давление по всем направлениям.

В результате этого земная поверхность и тела, находящиеся на ней, испытывают давление всей толщи воздуха, или атмосферное давление.

В практике для измерения атмосферного давления используют металлический барометр, называемый анероидом (гр. a…, an… — начальная часть слова со значением отрицания; neros влажный; eidos вид). Анероид — один из видов барометра, в котором изменения атмосферного давления определяются по деформации металлической коробки с сильным разрежением внутри.

Внешний вид анероида изображен на рисунке. Главная его часть — металлическая коробочка 1 с волнистой (гофрированной) поверхностью. Из этой коробочки выкачан воздух, а чтобы атмосферное давление не раздавило ее, крышку оттягивают вверх пружиной 2. При увеличении атмосферного давления крышка прогибается вниз и натягивает пружину. При уменьшении давления пружина выпрямляет крышку. К пружине с помощью передаточного механизма 3 прикреплена стрелка-указатель 4, которая передвигается вправо или влево при изменении давления. Под стрелкой укреплена шкала, деления которой нанесены по показаниям ртутного барометра. Так, число 750, против которого стоит стрелка анероида, показывает, что в данный момент в ртутном барометре высота ртутного столба 750 мм. Следовательно, атмосферное давление равно 750 мм рт. ст., или 1000 гПа.

Знание атмосферного давления весьма важно для определения погоды на ближайшие дни, так как изменение атмосферного давления связано с изменением погоды. Барометр — необходимый прибор при метеорологических наблюдениях.

Лекция №3