Thước đo trong khí tượng học

Một thước đo là một công cụ khoa học sử dụng trong khí tượng học để đo áp suất khí quyển . Nó có thể đo áp suất khí quyển bằng cách sử dụng nước , không khí , hoặc thủy ngân . Áp lực xu hướng có thể dự báo ngắn hạn thay đổi thời tiết. Nhiều phép đo áp lực không khí được sử dụng trong phân tích thời tiết bề mặt để giúp tìm máng bề mặt, hệ thống áp suất cao, và ranh giới phía trước. Nội dung  [ ẩn ] 1 Lịch sử 2 Các loại 2,1 nước dựa trên phong vũ biểu 2,2 Mercury cụ đo khí áp 2,3 bằng sắt cụ đo khí áp 2,4 Barographs 2,5 khác bất thường cụ đo khí áp 3 Ứng dụng 4 bồi thường 4,1 Nhiệt độ 4,2 Độ cao 5 Bằng sáng chế 6 Xem thêm 7 Tài liệu tham khảo 8 Đọc thêm Lịch sử Mặc dù Evangelista Torricelli là phổ quát với việc phát minh các phong vũ biểu trong 1643, [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Tài liệu lịch sử cũng cho thấy Gasparo Berti , một nhà toán học người Ý và nhà thiên văn học, vô ý xây dựng một phong vũ biểu nước đôi khi giữa 1640 và 1643. [ 1 ] [ 4 ] nhà khoa học và triết học người Pháp René Descartes đã mô tả việc thiết kế các thí nghiệm để xác định áp suất khí quyển vào đầu 1631, nhưng không có bằng chứng cho thấy ông đã xây dựng một phong vũ biểu làm việc tại thời điểm đó. [ 1 ] Ngày 27 Tháng 7 1630, Giovanni Battista Baliani đã viết một lá thư cho Galileo Galilei giải thích một thí nghiệm ông đã làm, trong đó một siphon, dẫn đầu trên một ngọn đồi khoảng 21 mét, cao, không làm việc. Galileo phản ứng với một lời giải thích của các hiện tượng: ông đề nghị rằng đó là sức mạnh của một chân không có tổ chức các nước lên, và ở độ cao nhất định, lượng nước chỉ đơn giản là trở thành lực lượng quá nhiều và không thể giữ được nữa, giống như một sợi dây chỉ có thể hỗ trợ nhiều trọng lượng như vậy. [ 5 ] Ý tưởng của Galileo đến Rome vào tháng 12 năm 1638 tại của mình Discorsi . Raffaele Magiotti và Gasparo Berti đã được kích thích bởi những ý tưởng này, và quyết định tìm kiếm một cách tốt hơn để cố gắng để tạo ra một khoảng trống hơn với một siphon. Magiotti nghĩ ra như một thử nghiệm, và đôi khi giữa 1639 và năm 1641, Berti (với Magiotti, Athanasius Kircher và Niccolò hiện Zucchi) thực hiện nó ra. [ 5 ] Bốn thí nghiệm của các tài khoản của Berti tồn tại, nhưng là một mô hình đơn giản của các thí nghiệm của ông bao gồm điền với nước một ống dài có hai đầu cắm, sau đó đứng các ống trong một lưu vực đã đầy nước. Các đáy của ống đã được mở ra, và nước đã được bên trong của nó đổ ra lưu vực. Tuy nhiên, chỉ một phần của nước trong ống chảy ra ngoài, và mức độ của các nước bên trong ống vẫn ở một mức độ chính xác, mà đã xảy ra để được 10,3% nbsp; m, các Baliani cùng chiều cao và Galileo đã quan sát được giới hạn bởi các siphon. Điều gì là quan trọng nhất về thí nghiệm này là các nước hạ đã để lại một không gian phía trên nó trong ống mà đã không có liên hệ với trung gian với không khí để điền vào nó. Điều này dường như cho thấy khả năng của một chân không tồn tại trong không gian trên mặt nước. [ 5 ] Torricelli, một người bạn và học sinh của Galileo, dám nhìn vào toàn bộ vấn đề từ một góc độ khác nhau. Trong một lá thư cho Michelangelo Ricci năm 1644 liên quan đến các thí nghiệm với các thước đo nước, ông đã viết: Nhiều người đã nói rằng chân không không tồn tại, những người khác rằng nó không tồn tại bất chấp sự ghê tởm của thiên nhiên và với các khó khăn, tôi biết có một người nào đã nói rằng nó tồn tại mà không có khó khăn và không có một điện trở từ thiên nhiên. Tôi lập luận như sau: Nếu có thể được tìm thấy một nguyên nhân hiển nhiên từ đó sức đề kháng có thể được xuất phát mà là cảm thấy nếu chúng ta cố gắng làm cho một chân không, có vẻ như với tôi dại dột để cố gắng thuộc tính để chân không những hoạt động mà theo rõ ràng từ một số nguyên nhân khác , và như vậy bằng cách làm cho một số tính toán rất dễ dàng, tôi thấy rằng nguyên nhân gây ra sự phân công của tôi (đó là, trọng lượng của khí quyển) nên tự mình cung cấp một điện trở lớn hơn là khi chúng tôi cố gắng để sản xuất một chân không. [ 6 ] Đó là truyền thống tư tưởng (đặc biệt là của các Aristotelians) rằng không khí không có trọng lượng bên: đó là, có những cây số của không khí trên bề mặt đã không gây bất kỳ cân nhắc trên cơ thể. Ngay cả Galileo đã chấp nhận trọng lượng của không khí như là một sự thật đơn giản. Torricelli đặt câu hỏi rằng giả định, và thay vào đó đề xuất rằng không khí có trọng lượng, và rằng đó là thứ hai (không phải là lực lượng thu hút của chân không) được tổ chức (hay đúng hơn, đẩy) lên cột nước. Ông cho rằng mức nước vẫn ở (10,3 m c.) đã được phản ánh của lực lượng của không khí trọng lượng của các đẩy vào nó (cụ thể, đẩy trên mặt nước trong lưu vực và do đó hạn chế lượng nước có thể giảm từ ống vào nó ). Nói cách khác, ông được xem các thước đo như cân đối một, một công cụ để đo lường (như trái ngược với chỉ đơn thuần là một công cụ để tạo ra một chân không), và bởi vì ông là người đầu tiên để xem nó theo cách này, ông là truyền thống được coi là phát minh của phong vũ biểu (trong ý nghĩa mà chúng ta sử dụng thuật ngữ bây giờ). [ 5 ] Do tin đồn lưu hành trong nhiều chuyện của khu phố Ý Torricelli, trong đó bao gồm rằng ông đã được tham gia vào một số hình thức tà thuật hoặc phù thủy, Torricelli nhận ra rằng ông phải tiếp tục thí nghiệm của ông bí mật để tránh nguy cơ bị bắt. Ông cần thiết để sử dụng một chất lỏng đó là nặng hơn nước, và từ các đề xuất trước đây của ông liên kết và của Galileo, ông suy luận bằng cách sử dụng thủy ngân, một ống ngắn hơn có thể được sử dụng. Với thủy ngân, sau đó được gọi là "quicksilver", đó là khoảng 14 lần nặng hơn nước, một ống 80 cm bây giờ chỉ là cần thiết, chứ không phải 10,5 m. [ 7 ] Năm 1646, Blaise Pascal cùng với Pierre Petit, đã lặp đi lặp lại và hoàn thiện thí nghiệm của Torricelli sau khi nghe về nó từ Marin Mersenne, người mình đã được thể hiện các thí nghiệm của Torricelli vào cuối năm 1644. Pascal tiếp tục phát minh ra một thử nghiệm để kiểm tra các đề xuất Aristotle rằng đó là hơi từ chất lỏng tràn ngập không gian trong một phong vũ biểu. thí nghiệm của ông so sánh nước với rượu vang, và kể từ sau này được coi là "spiritous", các Aristotelians dự rượu đứng thấp hơn (vì hơi nhiều hơn có nghĩa là thúc đẩy hơn nữa xuống trên các cột chất lỏng). Pascal thực hiện các thử nghiệm công khai, mời các Aristotelians để dự đoán kết quả trước. Các dự đoán Aristotelians rượu sẽ đứng thấp hơn. Nó không. [ 5 ] Tuy nhiên, Pascal đi xa hơn nữa để kiểm tra lý thuyết cơ học. Nếu, như nghi ngờ của nhà triết học cơ khí như Torricelli và Pascal, không khí có trọng lượng ngang, trọng lượng của không khí sẽ được ít hơn ở độ cao cao hơn. Do đó, Pascal đã viết cho anh em trong pháp luật của mình, Florin Perier, người đã sống gần một ngọn núi gọi là Puy de Dome, yêu cầu ông ta để thực hiện một thử nghiệm quan trọng. Perier đã để mất một thước đo lên Puy de Dome và thực hiện các phép đo dọc theo con đường của chiều cao của cột thủy ngân. Sau đó ông được so sánh nó với các phép đo thực hiện ở chân núi để xem những phép đo thực hiện cao hơn lên được trong thực tế nhỏ hơn. Vào tháng Chín năm 1648, Perier cẩn thận và tỉ mỉ thực hiện các thí nghiệm, và thấy rằng dự đoán của Pascal đã được chính xác. Các phong vũ biểu thủy ngân đứng thấp hơn một cao hơn đi. [ 5 ] Các loại Nước dựa trên phong vũ biểu Khái niệm đó giảm áp suất khí quyển dự báo thời tiết bão tố, mặc nhiên công nhận bởi Lucien Vidie, cung cấp cơ sở lý thuyết cho một thiết bị dự báo thời tiết gọi là "thủy tinh cơn bão" hay một "phong vũ biểu Goethe" (đặt theo tên của Johann Wolfgang von Goethe , các nhà văn người Đức nổi tiếng và polymath người đã phát triển một thước đo thời tiết bóng đơn giản nhưng hiệu quả sử dụng các nguyên tắc phát triển bởi Toricelli ). Thước đo bóng thời tiết bao gồm một thùng chứa thủy tinh với một cơ thể niêm phong, một nửa đầy nước. A hẹp vòi kết nối vào cơ thể dưới mức nước tăng trên mức nước. Các hẹp vòi mở cửa cho khí quyển. Khi áp suất không khí thấp hơn nó đã được tại thời điểm cơ thể đã được niêm phong, mực nước ở các vòi sẽ tăng trên mức nước trong cơ thể, khi áp suất không khí cao, mực nước ở các vòi sẽ giảm xuống dưới mực nước trong cơ thể. Một biến thể của loại thước đo có thể dễ dàng thực hiện tại nhà. [ 8 ] Phong vũ biểu thủy ngân Một phong vũ biểu thủy ngân có một ống thủy tinh ít nhất là 84 cm chiều cao, đóng cửa ở một đầu, với một hồ chứa thủy ngân đầy mở tại cơ sở. Trọng lượng của thủy ngân tạo ra một khoảng trống ở phía trên của ống. Thủy ngân trong ống điều chỉnh cho đến khi trọng lượng của cột thủy ngân trong khí quyển cân bằng lực lượng tác dụng lên hồ chứa. Áp suất khí quyển cao nơi lực nhiều hơn vào hồ chứa, buộc thủy ngân cao hơn trong cột. Áp suất thấp cho phép các thủy ngân sẽ giảm xuống mức thấp hơn trong cột bằng cách giảm lực lượng được đặt trên hồ chứa. Kể từ khi nhiệt độ cao hơn ở các nhạc cụ sẽ làm giảm mật độ của thủy ngân, quy mô để đọc chiều cao của thuỷ ngân được điều chỉnh để bù đắp cho hiệu ứng này. Torricelli tài liệu mà chiều cao của phong vũ biểu thủy ngân trong một số thay đổi mỗi ngày và kết luận rằng đây là do thay đổi áp suất trong khí quyển . [ 1 ] Ông viết: "Chúng ta đang sống ngập nước ở dưới đáy của một đại dương của không khí cơ bản, trong đó được biết đến bởi các thí nghiệm không thể chối cãi phải có trọng lượng ". Các phong vũ biểu thủy ngân của thiết kế đưa đến sự biểu hiện của áp suất khí quyển theo inch hoặc mm (Torr): áp lực được trích dẫn là cấp độ cao của thủy ngân trong cột dọc. 1 bầu không khí tương đương với khoảng 760 mm, thủy ngân. Thay đổi thiết kế để làm cho các nhạc cụ nhạy cảm hơn, đơn giản để đọc, và dễ dàng hơn để vận chuyển dẫn đến các biến thể như lưu vực, xi phông, bánh xe, bể nước, Fortin, nhiều gấp, stereometric, và cụ đo khí áp cân bằng. Fitzroy cụ đo khí áp thuỷ ngân kết hợp các thước đo tiêu chuẩn một nhiệt kế, cũng như hướng dẫn một số cách giải thích các thay đổi áp lực. Fortin cụ đo khí áp thuỷ ngân sử dụng một chuyển biến bể, thường được xây dựng với một kẹp ngón tay nhấn vào một màng đáy da. Điều này bù cho dịch chuyển của thủy ngân trong cột với áp lực khác nhau. Để sử dụng một thước đo Fortin, mức độ thủy ngân được thiết lập để cấp bằng không trước khi áp suất được đọc trên cột. Một số mô hình cũng sử dụng một van đóng các bồn nước, cho phép các cột thủy ngân bị buộc phải trên cùng của cột cho giao thông. Điều này ngăn cản nước-búa thiệt hại cho các cột trong quá cảnh. Ngày 05 Tháng Sáu năm 2007, một Liên minh châu Âu chỉ thị được ban hành để hạn chế việc bán thủy ngân, do đó hiệu quả kết thúc sản xuất cụ đo khí áp thuỷ ngân mới ở châu Âu. Bằng sắt cụ đo khí áp Xem thêm: Barograph Old bằng sắt phong vũ biểu Hiện đại, phong vũ biểu bằng sắt Một thước đo bằng sắt , phát minh của thế kỷ 19 kỹ sư và nhà phát minh người Pháp Lucien Vidie , sử dụng, hộp kim loại nhỏ, linh hoạt gọi là một tế bào bằng sắt. Bằng sắt viên này (tế bào) được làm từ một hợp kim của berili và đồng . [ 9 ] Các viên sơ tán (hay thường hơn viên nang) bị ngăn cản sụp đổ của một mùa xuân mạnh. thay đổi nhỏ trong áp suất không khí bên ngoài gây ra các tế bào để mở rộng hoặc hợp đồng. Điều này và co ổ đĩa mở rộng cơ khí đòn bẩy như vậy mà sự chuyển động nhỏ của viên nang được khuếch đại và hiển thị trên các mặt của phong vũ biểu bằng sắt. Nhiều mô hình bao gồm một bộ kim tự được sử dụng để đánh dấu sự đo lường hiện hành để thay đổi có thể được nhìn thấy. Ngoài ra, cơ chế được thực hiện cố tình "cứng" để khai thác các phong vũ biểu cho thấy có những áp lực đang tăng hay giảm như là di chuyển con trỏ. Barographs Một barograph , trong đó ghi một đồ thị của một số áp suất khí quyển, sử dụng một cơ chế phong vũ biểu bằng sắt để di chuyển một cây kim vào một lá hút thuốc hoặc để di chuyển một cây bút trên giấy, cả hai đều thuộc một trống di chuyển của đồng hồ. [ 10 ] Thêm bất thường cụ đo khí áp Có rất nhiều khác thường hơn các loại phong vũ biểu. Từ biến thể trên các thước đo bão, chẳng hạn như sáng chế Collins Bảng Phong vũ biểu, để tìm kiếm các thiết kế truyền thống hơn như của Otheometer Hooke và Sympiesometer Ross. Một số, chẳng hạn như dầu khí áp kế Shark, [ 11 ] làm việc chỉ trong một phạm vi nhiệt độ nhất định, đạt được trong khí hậu ấm hơn Ứng dụng Xem thêm: thời tiết bề mặt phân tích và dự báo thời tiết Phong vũ biểu đồ kỹ thuật số. Barograph năm phong vũ biểu bằng cách sử dụng các tế bào bằng sắt xếp chồng lên nhau. Sử dụng khí áp và áp lực xu hướng (sự thay đổi của áp suất theo thời gian) đã được sử dụng trong dự báo thời tiết từ cuối thế kỷ 19. [ 12 ] Khi sử dụng kết hợp với những quan sát gió, hợp lý chính xác các dự báo ngắn hạn có thể được thực hiện. [ 13 ] đồng thời đo khí áp từ trên một mạng lưới các trạm thời tiết cho phép bản đồ của áp suất không khí được sản xuất, được hình thức hiện đại đầu tiên của bản đồ thời tiết khi tạo ra trong thế kỷ 19. Isobars , dòng áp lực bằng nhau, khi vẽ trên một bản đồ như vậy , đưa ra một bản đồ đường đồng mức hiển thị các khu vực và thấp áp lực cao. [ 14 ] địa hoá cao, áp suất khí quyển các hành vi như là một rào cản để tiếp cận các hệ thống thời tiết, chuyển khóa học của họ. Khí quyển nâng cấp gây ra bởi hội tụ gió thấp vào bề mặt thấp và có khả năng mang lại những đám mây mưa . [ 15 ] Sự thay đổi lớn hơn trong áp lực, đặc biệt là nếu có nhiều hơn 3,5 hPa, lớn hơn sự thay đổi trong thời tiết có thể được dự kiến. Nếu áp suất giảm nhanh, một hệ thống áp suất thấp được tiếp cận, và có một cơ hội lớn của mưa. áp lực tăng nhanh , chẳng hạn như trong sự trỗi dậy của một front lạnh , được kết hợp với điều kiện thời tiết cải thiện, chẳng hạn như bầu trời thanh toán bù trừ. [ 16 ] Bồi thường Nhiệt độ Mật độ của thủy ngân sẽ thay đổi theo nhiệt độ, vì vậy đọc một phải được điều chỉnh cho nhiệt độ của thiết bị. Với mục đích này một thủy ngân nhiệt kế thường được gắn trên thiết bị.Nhiệt độ bồi thường của một thước đo bằng sắt được thực hiện bằng cách bao gồm một kim loại yếu tố bi trong mối liên kết cơ khí. Bằng sắt cụ đo khí áp được bán để sử dụng trong nước thường không có bồi thường. Độ cao Khi áp suất không khí sẽ được giảm ở độ cao trên mực nước biển (và tăng dưới mực nước biển) đọc thực tế của các nhạc cụ sẽ phụ thuộc vào vị trí của nó. áp lực này sau đó được chuyển đổi thành một áp lực tương đương với mực nước biển cho các mục đích của báo cáo và điều chỉnh máy bay altimeters (như máy bay có thể bay giữa các vùng của thay đổi áp suất khí quyển bình thường nhờ sự hiện diện của các hệ thống thời tiết). Bằng sắt cụ đo khí áp có một điều chỉnh cơ khí cho độ cao cho phép các biển tương đương mức áp suất sẽ được đọc trực tiếp và không có điều chỉnh thêm nếu dụng cụ không được di chuyển đến một độ cao khác nhau. Bằng sáng chế Mục Pneumaticks, 1728 Cyclopaedia 2194624 Mỹ , GA Titteringt