Который предложил метод измерения атмосферного давления

Основные трудыПравить

Запаянную с одного конца трубку длиной 1 метр наполнили ртутью и, закрыв пальцем, чтобы ртуть не вылилась раньше времени, перевернув, опустили в широкую чашу со ртутью. После того, как трубку открыли, часть ртути из неё вылилась, и в её верхней части образовалось безвоздушное пространство — так называемая «торричеллиева пустота». При этом высота столба ртути в трубке оказалась равной примерно 760 мм, если отсчитывать её от уровня ртути в чаше.

Опыт Торричелли — физический эксперимент, проведённый в первой половине XVII века итальянским физиком и математиком Эванджелистой Торричелли с целью доказательства существования атмосферного давления. Опыт заключался в построении примитивного ртутного барометра, первого в истории.

В популярную культуру опыт вошёл в связи с побочным эффектом — созданием вакуума. Этот вакуум получил название «торричеллиева пустота».

В Википедии есть статьи о других людях с такой фамилией, см. Торричелли.

Эванджели́ста Торриче́лли (итал. ; 15 октября 1608, Рим — 25 октября 1647, Флоренция) — итальянский математик и физик, ученик Галилея. Известен как автор концепции атмосферного давления и продолжатель дела Галилея в области разработки новой механики.

Тип урока: интегрированный (физика + биология + информационные технологии) урок изучения нового материала с элементами исследовательской работы.

Цель урока: знакомство с работой и устройством манометра; проверка знаний учащихся по теме.

• образовательная: повторить знания о барометре и атмосферном давлении; обеспечить уровень усвоения учебного материала по теме «Манометр»;
• развивающая: развивать умения применять имеющиеся знания на практике; развивать способности анализировать, делать выводы; логически рассуждать, а в конечном итоге – способствовать развитию интеллекта и творческих способностей, развитию внимания, памяти.
• воспитательная: формировать познавательный интерес к физике и биологии; способствовать формированию у учащихся уважения к научному познанию и убеждения в ценности научных знаний для разных областей человеческой деятельности, для повседневной жизни человека; формировать умение слушать своих товарищей, работать в коллективе; давать самооценку.

• демонстрационная таблица «Манометр»;
• действующая модель открытого жидкостного манометра;
• Сосуд с водой;
• Медицинский манометр «ПМР»;
• Медицинский манометр «Healthcare» (1 на 2 учащихся);
• Медицинский манометр «omron R3»;
• Мультимедиа проектор;
• Компьютер;
• Презентация.

• Устройство и принцип действия открытого жидкостного манометра;
• Устройство и принцип действия металлического манометра.
• Измерение артериального давления.

Суть опыта ученого

Опыт Торричелли — эксперимент в области физики, который был проведен в 30-х годах XVII века итальянским математиком и физиком Эванджелистой Торричелли. Целью эксперимента было доказать реальность атмосферного давления.

В чем заключалась суть опыта Торричелли? Содержание эксперимента заключается в создании примитивного (простого) ртутного барометра. Барометр-анероид Торричелли — первый барометр в истории человечества.

В культуру эксперимент итальянца вошел из-за своего побочного эффекта — создания вакуумного пространства. Такой вакуум называют «торричеллиева пустота».

Эванджелиста Торричелли — математик, физик из Италии, является учеником известного ученого Галилея. Торричелли получил свою известность как автор представления об атмосферном давлении, а также продолжатель деятельности Галилея в сфере разработки инновационной механики. Примечательно, что знаменитый опыт он провел не сам, а в компании с еще одним учеником Галилея — Винченцо Вивиани.

Портрет Эванджелисты Торричелли:

Представим описание сути эксперимента Торричелли в последовательности: трубку из стекла (длина трубки составляла примерно 1 метр) наполняют ртутью. Один конец трубки был запаян. Ученый закрыл также и отверстие с другого конца трубки. Начал переворачивать и опускать в сосуд с ртутью. После этого отверстие с одной стороны открывается, доля ртути из стеклянной трубки вытекает в сосуд. В стеклянной трубке находится столб ртути (высота — h). Над этим столбом происходит образование пространства без воздуха, который наполняется парами ртути.

Понятный вывод из эксперимента: в результате было доказано, что давление ртутного столба высотой h компенсирует давление атмосферы.

Величины измерения и изменение давления

Нормальное атмосферное давление — атмосферное давление, которое уравновешивается ртутным столбом высотой h равной 760 мм при температуре в ноль градусов Цельсия.

Величина атмосферного давления, то есть значение нормальной атмосферы, принято обозначать 1 атм.

1 атм равно 760 миллиметров ртутного столба, то есть 1,013*10 (в пятой степени) Па.

Последующие эксперименты показали, что величина атмосферного давления в месте измерения напрямую зависит от того, какие условия погоды, какова высота местности.

Ученый может менять данные величины атмосферного давления, а также специфику жидкости в стеклянной трубке (это может быть как ртуть, так и вода), снимать показания с увеличенного участка шкалы, которая показывает высоту жидкостного столба.

Объяснение опыта

Давление атмосферы воздействует на жидкость в чашке сверху вниз, поэтому, по закону Паскаля, через чашу воздействует на жидкость в трубке снизу вверх.

Эта жидкость имеет определенную массу, поэтому по законам гравитации тянется вниз. Обе силы должны быть равны, поэтому в сосуде будет находиться столько жидкости, сколько создает давление, которое равно внешнему атмосферному давлению.

Каждому типу жидкости будет присуща своя высота ртутного столба, в зависимости от плотности жидкости (обозначается ρ). Для ртути — 760 мм, а для воды — 10 м.

Кто первым изобрел способ измерения атмосферного давления

Несмотря на то, что мы не можем видеть воздух, он реален и имеет давление. Давление атмосферы меняется. Оно выше на уровне моря и уменьшается по мере того, как мы поднимаемся выше в атмосферу. Некоторые погодные системы имеют несколько более высокое давление, чем другие, например, существуют погодные системы высокого давления и низкого давления.

Барометр — это прибор для измерения атмосферного давления. Двумя распространенными типами являются анероидный барометр и ртутный барометр (изобретенный первым). Евангелиста Торричелли изобрел первый барометр, известный как «трубка Торричелли».

Фактически, 21% атмосферы Земли состоит из живительного кислорода (78% состоит из азота, а оставшийся 1% — из ряда других газов). И доля этого 21% практически одинакова как на уровне моря, так и на высокогорных высотах.

Большая разница заключается не в количестве присутствующего кислорода, а скорее в плотности и давлении.

Как измерялось атмосферное давление

Полная теория того, как работает барометр, была разработана французским ученым Блезом Паскалем. Он понял, что если бы воздух имел вертикальный вес, то на больших высотах давление было бы ниже.

В 1646 году он попросил родственника отнести барометр на гору и по пути записать высоту ртутного столба. И действительно, уровень ртути упал по мере того, как его родственник поднимался все выше. Это доказало, что давление воздуха вызвано вертикальным весом воздуха.

Барометр Евангелиста Торричелли

В 1648 году французский физик Блез Паскаль измеряет давление воздуха во время восхождения на вулканическую гору Пюи-де-Дом во Франции с помощью раннего барометра, изобретенного итальянским физиком Евангелистой Торричелли в 1643 году.

Блез Паскаль и Флорин Перьеподнялись на Пюи-де-Купол — небольшой, покрытый травой потухший вулкан в центральной Франции с высотой вершины 1464 метра. Они несли с собой стеклянную колонну высотой в метр, наполненную ртутью. Высокий столбик ртути стоял в луже ртути у основания. Прибором для измерения атмосферного давления был стеклянный столбик ртути — первый барометр. Он был огромным и тяжелым. Ртуть более чем в десять раз тяжелее воды. Ношение этого инструмента, должно быть, сделало поход непростым испытанием.

Когда давление воздуха было выше, ртуть в бассейне заполняла пространство в колонке, повышая уровень внутри стакана. Когда давление воздуха было ниже, ртуть в бассейне распространялась, извлекая часть ртути из колонки и понижая уровень в стакане. Паскаль и Перье измерили высоту ртутного столба в стеклянном столбе на трех высотах горы.

Они обнаружили, что на более высоких высотах со стороны Пюи-де-Купол уровень ртути в стеклянной колонне был ниже, чем на более низких высотах. Они пришли к выводу, что различия в высоте ртути были вызваны различиями в весе воздуха над ними. Когда они поднимались в гору, над ними было меньше атмосферы, и, следовательно, меньше веса воздуха для сжатия ртути. Основываясь на этом открытии, Паскаль пришел к выводу, что над атмосферой существует вакуум.

Именно Галилей предложил Евангелисту Торричелли использовать ртуть в своих вакуумных экспериментах. Торричелли наполнил ртутью стеклянную пробирку длиной 1,2 метра и перевернул пробирку в тарелку. Часть ртути не вытекла из трубки, и Торричелли наблюдал за создавшимся вакуумом.

Он стал первым ученым, создавшим устойчивый вакуум и открывшим принцип барометра. Торричелли понял, что изменение высоты ртутного столба изо дня в день было вызвано изменениями атмосферного давления. Торричелли построил первый ртутный барометр около 1644 года.

Люсьен Види — Анероидный барометр

В 1843 году французский ученый Люсьен Види изобрел анероидный барометр. Барометр-анероид регистрирует изменение формы вакуумированной металлической ячейки для измерения изменений атмосферного давления.

Анероид означает отсутствие жидкости, жидкости не используются, металлическая ячейка обычно изготавливается из люминофорной бронзы или бериллиевой меди.​

В 1787 году Гораций Бенедикт де Соссюр поднялся на вершину Монблана, чтобы исследовать атмосферу. Всего за год до этого впервые было успешно совершено восхождение на эту скалистую вершину в Альпах. Это самая высокая точка в Европе с высотой вершины 4810 метров над уровнем моря. Соссюр добрался до вершины, неся с собой барометр и термометр и делая измерения по пути. К этому времени были доступны меньшие и более портативные приборы, чем громоздкий барометр, который Паскаль и Перье носили с собой в 1648 году.

Даже несмотря на то, что ему пришлось немного сократить время, проведенное на горе, из-за того, что он был ослаблен горной болезнью, измерения, сделанные Соссюром, были очень ценными. Они продемонстрировали, что температура воздуха снижается с высотой в атмосфере примерно на 0,7°C на 100 метров. Обладая этой информацией, Герман фон Гельмгольц и другие пришли к выводу, что на высоте около 30 км в атмосфере температура будет составлять -273°C. При такой температуре тепла не остается. Он известен как абсолютный ноль.

Абсолютный ноль считается самой низкой возможной температурой. Его никогда не находили даже с помощью современных технологий, хотя ученые XXI века подошли очень близко. В XVIII веке, когда Гельмгольц проводил свои расчеты, температура такого холода была зашкаливающей. Прошло бы около 60 лет, прежде чем лорд Кельвин изобрел температурную шкалу, в которой в качестве нулевого значения использовался абсолютный ноль.

Таким образом, когда Гельмгольц объявил, что абсолютный ноль может быть где-то там, ученые проявили большой интерес к исследованию этой высоты в атмосфере, чтобы найти абсолютный ноль.

Французские братья Жозеф-Мишель и Жак-Этьен Монгольфье изобрели воздушный шар с горячим воздухом в 1783 году. Он был сделан из мешковины с тонкими слоями бумаги внутри, скрепленными 1800 пуговицами. 3 июня 1783 года они летели 10 минут и поднялись, возможно, на высоту 2000 метров.

С помощью воздушных шаров ученые смогли начать исследования выше, чем когда-либо прежде. Через год после исторического полета братьев Монгольфье Гайтон де Моро и преподобный Бертран отправились в атмосферу над Дижоном, Франция, на воздушном шаре с приборами для измерения температуры и давления. Они поднялись в атмосфере на высоту более 3000 метров, делая по пути измерения.

Какие приборы служат для измерения атмосферного давления

Барометры бывают двух основных форм:

• анероидный барометр;
• ртутный барометр.

В анероидных барометрах используются ячейки, которые расширяются и сжимаются при изменении давления воздуха. Давление воздуха измеряется путем введения иглы в эти ячейки. Ртутный барометр, с другой стороны, использует ртуть, которая поднимается и опускается в ответ на изменения давления воздуха.

В течение долгого времени атмосферное давление измерялось ртутным барометром. Он имеет участок ртути, подверженный воздействию атмосферы. Атмосфера давит вниз на ртуть. Если происходит повышение давления, это заставляет ртуть подниматься внутри стеклянной трубки, и отображается более высокое значение измерения. Если атмосферное давление уменьшается, сила, направленная вниз на ртуть, уменьшается, и высота ртути внутри трубки уменьшается. Будет показано более низкое измерение. Этот тип прибора можно использовать в лаборатории или на метеостанции, но его нелегко перемещать. Измерения с помощью ртутного барометра обычно производятся в метрах ртутного столба.

Для постоянного измерения атмосферного давления можно настроить либо ртутный барометр, либо барометр-анероид. Тогда это называется барографом.

Барограф — это барометр, который регистрирует атмосферное давление с течением времени в графической форме. Этот прибор также используется для непрерывной регистрации атмосферного давления.

Чувствительный к давлению элемент, частично вакуумированный металлический цилиндр, соединен с рукояткой пера таким образом, что вертикальное смещение пера пропорционально изменениям атмосферного давления.

Барограф может постоянно регистрировать давление на бумаге или фольге, обернутой вокруг барабана, который совершает один оборот в день, в неделю или в месяц. В настоящее время многие механические метеорологические приборы были заменены электронными приборами, которые записывают атмосферное давление на компьютер.

Устройство барографа

Устройство имеет небольшую гибкую металлическую капсулу, известную как анероидная ячейка. Конструкция этого прибора создает вакуум, так что небольшие изменения давления воздуха могут вызвать сжатие или расширение ячейки. Затем выполняется калибровка анероидной ячейки, и изменения объема передаются рычагами и пружинами на рычаг, который перемещается соответствующим образом. Барографы имеют указатель, расположенный на боковой стороне цилиндра, который вращается вместе с графической бумагой. Указатель перемещается по бумаге при вращении цилиндра. Эти следы указывают на увеличение и уменьшение давления.

Простой барометр, похожий на часы, — это еще один тип анероидного барометра. Он функционирует так же, как барограф, за исключением того, что использует указатель, который перемещается слева направо полукруглым движением по циферблату для индикации низкого и высокого давления.

Ртутный барометр имеет длинную стеклянную трубку, наполненную ртутью, перевернутую вверх дном в чаше с ртутью, известной как цистерна. Когда ртуть вытекает из трубки и попадает в резервуар, в верхней части трубки создается вакуум. Естественно, вакуум оказывает очень незначительное или вообще не оказывает давления на окружающую среду. Давление воздуха отвечает за поддержание столбика ртути на высоком уровне. Когда давление воздуха выталкивает ртуть вниз в резервуар, ртуть в свою очередь выталкивается вверх с таким же давлением на ртуть внутри стеклянной трубки. Высота ртутного столба внутри трубки указывает на общее давление, оказываемое окружающей средой.

Принципы измерения атмосферного давления и погрешность измерений

Атмосферное давление измеряется барометром, в котором используется кремниевый емкостный датчик давления, обладающий отличной повторяемостью и характеристиками долговременной стабильности.

Точное измерение атмосферного давления имеет фундаментальное значение в метеорологии и имеет особое значение для безопасности посадки воздушных судов в аэропортах. Чтобы свести любые ошибки к абсолютному минимуму, прибор содержит три отдельных датчика давления, а внутреннее программное обеспечение прибора проверяет наличие любых различий между тремя независимыми измерениями.

Установка датчика давления в полевых условиях должна осуществляться с большой осторожностью. Любое движение воздуха через вентиляционное отверстие, соединяющее датчик с окружающей средой, вызовет падение давления, вызванное простым динамическим эффектом, описываемым принципом Бернулли. Аналогичным образом, на давление неподвижного воздуха внутри здания будет влиять поток воздуха вокруг здания или даже система кондиционирования воздуха.

Напор статического давления

Чтобы избежать ошибочных измерений, датчик давления подвергается воздействию через напор статического давления, устройство, разработанное таким образом, чтобы динамические эффекты ветра были сведены к минимуму.

Как используются наблюдения за давлением

Атмосферное давление сильно меняется с высотой, снижаясь вблизи поверхности примерно на 1 ГПа (или 1 миллибар) на каждые 10 м по вертикали. Чтобы понять показания давления сети барометров по всей Великобритании, каждый из которых находится на разной высоте над уровнем моря, все значения давления на уровне станции преобразуются в оценку давления на среднем уровне моря с использованием формулы, учитывающей температуру воздуха. Среднее давление на уровне моря, давление на уровне станции и тенденция давления в течение предыдущих трех часов сообщаются со всех синоптических станций каждый час. Тенденция определяется одной из десяти категорий: устойчивая, растущая, падающая, растущая, затем падающая и т. д.

Статическое давление или гидростатическое давление — это давление, оказываемое жидкостью в состоянии покоя. Жидкость — это любое вещество, которое не соответствует фиксированной форме. Это может быть жидкость или газ. Поскольку жидкость не движется, статическое давление является результатом веса жидкости или силы тяжести, действующей на частицы в жидкости.

Существует два различных способа измерения статического давления.

• Первая (и наиболее распространенная) мера состоит в том, чтобы взять силу, действующую на жидкость, и разделить ее на площадь, на которую она действует.
• Второй распространенный метод вычисления статического давления заключается в вычислении напора давления, который иногда называют напором, и того, что вы можете видеть на изображении.

Напор давления — это то, насколько высоко поднимется жидкость, если убрать силы, сдерживающие жидкость.

В метеорологических целях атмосферное давление обычно измеряется с помощью электронных барометров, ртутных барометров, анероидных барометров или гипсометров.

Последний класс приборов, который зависит от соотношения между температурой кипения жидкости и атмосферным давлением, до сих пор имел лишь ограниченное применение.Метеорологические приборы для измерения давления (барометры) подходят для использования в качестве рабочих приборов для измерения атмосферного давления, если они отвечают следующим требованиям:

• Приборы должны регулярно калиброваться или контролироваться по (рабочему) стандартному барометру с использованием утвержденных процедур. Период между двумя калибровками должен быть достаточно коротким, чтобы гарантировать, что общая абсолютная погрешность измерения будет соответствовать требованиям точности.
• Любые отклонения в точности (долгосрочные и краткосрочные) должны быть намного меньше, чем допуски. Если у некоторых приборов были отклонения вкалибровке, они будут пригодны для эксплуатации только в том случае, если период между калибровками достаточно короткий, чтобы обеспечить требуемую точность измерений в любое время.
• Колебания температуры не должны влиять на показания прибора. Инструменты подходят только в том случае, если: процедуры корректировки показаний с учетом влияния температуры обеспечат требуемую точность; и/или датчик давления помещается в среду, где температура стабилизируется таким образом, чтобы была достигнута требуемая точность.

Единицы измерения

Атмосферное давление может быть записано и представлено во многих различных единицах измерения. Ртутный барометр производит измерения в метрах ртутного столба.

Фунты на квадратный дюйм (сокращенно p.s.i.) распространены в английской системе единиц, а паскаль (сокращенно Pa) является стандартом в метрической системе (СИ). Поскольку давление, оказываемое атмосферой Земли, имеет большое значение, давление иногда выражается в терминах «атмосфер» (сокращенно атм). В зависимости от погоды бар и миллибар (мб) описывают давление. Миллибар используется метеорологами при описании погодных систем с низким или высоким давлением.

Таким образом, на уровне моря при температуре 0:°C 1 атмосфера = 75,9 см ртутного столба = 14,7 фунтов на квадратный дюйм = 101 325 Па = 1013,25 мб = 1,013 бар.

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 10 октября 2019 года; проверки требуют 29 правок.

ИсторияПравить

Первым, кто выдвинул идею создания прибора для предсказания погоды, был Галилео Галилей. Но дальше идеи его замысла не пошли. Только в 1643 году его последователи и ученики Эванджелиста Торричелли и Винченцо Вивиани смогли воплотить в жизнь идею великого ученого. Торричелли стал первым, кто сумел доказать существование атмосферного давления. Он, вместе со своим помощником Вивиани использовал для опыта запаянную с одного конца трубку, наполнив ее ртутью. Трубку погружали в сосуд, где также находилась ртуть. Сама ртуть поднималась в трубке на определенную высоту, при этом над ней образовывалось пустое пространство. При увеличении атмосферного давления вещество в трубке поднималось вверх, при понижении опускалось. Сконструированный Торричелли прибор стал первым ртутным барометром. Само слово «барометр» с древнегреческого языка переводится как «барос» — тяжесть и «метрос» — мерить. То есть измеритель давления.

Работы Торричелли внесли весомый вклад в математику, механику, гидравлику, оптику, баллистику.

В математике Торричелли развил «метод неделимых». Он применил его (хотя несколько позже Роберваля) для квадратуры циклоиды, а также для решения задач на проведение касательных. Вслед за Декартом он нашёл длину дуги логарифмической спирали. Обобщил правило квадратуры параболы на случай произвольного рационального показателя степени. При исследовании семейства парабол открыл понятие огибающей.

Точка Торричелли — это точка в плоскости треугольника, сумма расстояний от которой до вершин треугольника имеет наименьшее значение.

Вопрос о нахождении такой точки имеет давнюю историю. Им интересовались крупнейшие ученые эпохи Возрождения — Вивиани, Кавальери и др. Задача Торричелли об отыскании точки, сумма расстояний от которой до трёх данных точек минимальна, имеет большое применение в решении различных технико-экономических задачах. Например, рассмотрим такую задачу: в местах  
добываются некоторые материалы, потребляемые на центральной станции  . Где следует построить  , чтобы стоимость доставки грузов из   в пункт   была наименьшей? Ответ:   — точка Торричелли для треугольника с вершинами  .

В основном труде по механике «О движении свободно падающих и брошенных тяжёлых тел» (1641) Торричелли развил идеи Галилея о движении, сформулировал принцип движения центров тяжести, решил ряд задач баллистики. Использовал кинематические представления, в частности, принцип сложения движений, причём в понимании движения по инерции продвинулся дальше Галилея.

До середины XVII века считалось непререкаемым утверждение древнегреческого учёного Аристотеля о том, что вода поднимается за поршнем насоса потому, что «природа не терпит пустоты». Однако при сооружении фонтанов во Флоренции обнаружилось, что засасываемая насосами вода не желает подниматься выше 34 футов. Недоумевающие строители обратились за помощью к престарелому Галилею, который сострил, что, вероятно, природа перестает бояться пустоты на высоте более 34 футов, но все же предложил разобраться в этом своим ученикам — Торричелли и Вивиани. Трудно сказать, кто первым догадался, что высота поднятия жидкости за поршнем насоса должна быть тем меньше, чем больше её плотность. Так как ртуть в 13 раз плотнее воды, то высота её поднятия за поршнем будет во столько же раз меньше. Тем самым опыт получил возможность «перейти» со стройплощадки в лабораторию и был проведен Вивиани по инициативе Торричелли. Осмысливая результаты эксперимента, Торричелли в 1643 году сделал два вывода: пространство над ртутью в трубке пусто (позже его назовут «торричеллиевой пустотой»), а ртуть не выливается из трубки обратно в сосуд потому, что атмосферный воздух давит на поверхность ртути в сосуде. Из этого следовало, что воздух имеет вес. Это утверждение казалось настолько невероятным, что не сразу было принято учёными того времени.

В 1641 году Торричелли сформулировал закон вытекания жидкости из отверстий в стенке открытого сосуда и вывел формулу для определения скорости вытекания (формула Торричелли). Фактически это исследование заложило основу теоретического фундамента гидравлики, построение которого сто лет спустя завершил Даниил Бернулли.

• Архив по истории математики Мактьютор
• Evangelista Torricelli // Энциклопедия Брокгауз  / Hrsg.: Bibliographisches Institut & F. A. Brockhaus, Wissen Media Verlag
• Favino F. TORRICELLI, Evangelista // Dizionario Biografico degli Italiani  — 2019. — Vol. 96.

СсылкиПравить

• Станюкович К. М. Словарь морских терминов, встречающихся в рассказах.
• Ртутный барометр // Википедия. — 2020-05-11. Архивировано 4 мая 2022 года.
• // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Приказ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 28 февраля 2012 г. N 118 «Об утверждении Государственного первичного эталона единицы давления для области абсолютного давления в диапазоне 1*10^(-1)-7*10^5 Па». Дата обращения: 16 декабря 2013. Архивировано 24 сентября 2015 года.

• Баюк Д. Прощальный всполох итальянской науки.
• Биография в библиотеке MacTutor. (англ.)

Типы барометровПравить

Барометры принято распределять на жидкостные и механические.

Жидкостные барометры работают на принципе, замеченным Э.Торричелли при проведении опыта, связанного с атмосферным давлением. С изменением атмосферного давления изменяется ртутный столб в барометре. Прикреплённая к трубке с ртутью шкала показывает данные о давлении.

ИзобретенияПравить

В своём сочинении «Opera geometrica» (Флоренция, 1644) Торричелли излагает также свои открытия и изобретения, среди которых самое важное место занимает изобретение ртутного барометра. Простые микроскопы, которые изготовлял Торричелли, были весьма совершенны; он умел также изготовлять большие чечевицеобразные линзы для телескопов. Усовершенствовал артиллерийский угломер.

Кроме изготовления зрительных труб и телескопов, занимался конструированием простых микроскопов, состоящих всего из одной крошечной линзы, которую он получал из капли стекла (расплавляя над пламенем свечи стеклянную палочку). Именно такие микроскопы получили затем широкое распространение.

УстройствоПравить

В жидкостных барометрах давление измеряется высотой столба жидкости (ртути) в трубке, запаянной сверху, а нижним концом опущенным в сосуд с жидкостью (атмосферное давление уравновешивается весом столба жидкости). Ртутные барометры — точнее любых других и поэтому используются на Метеостанциях.

Увековечение памятиПравить

В честь учёного названы:

• Единица давления торр (миллиметр ртутного столба).
• Серия подводных лодок.
• Лицей в Фаэнце.
• Улица в Париже (Rue Torricelli, 17-й округ).
• Улица в Вене (Torricelligasse, 14-й район).
• Кратер на видимой стороне Луны.

Проверка готовности к уроку, сообщение целей и задач.

Мотивация

Барометр-анероид служит для измере­ния атмосферного давления. В силу своей конструкции он не может быть использован для измерения других давлений. Поэтому мы изучаем сегодня прибор для измерения давлений больших или меньших, чем атмосферное, говорим о их применении, особенно в медицине.

Многие заболевания сердца и кровеносной системы сопровождаются изменениями кровяного давления, заболевания других органов часто влияют на состояние сердечнососудистой системы человека, а измерение кровяного давления – одна из обязательных процедур при медицинском осмотре в поликлинике или больнице для диагноза болезней, вызываю­щих изменения давления крови.

III. Этап повторения пройденного

• Кто из учёных предложил способ измерения атмосферного давления:
  А) Ньютон;
  Б) Паскаль;
  В) Королёв;
  Г) Торричелли.
• Какой буквой обозначается давление?
  А) F;
  Б) ρ;
  В) P;
  Г) M.
• Какова единица измерения атмосферного давления?
  А) кг или мг;
  Б) Н или кН;
  В) Па или мм рт. ст.;
  Г) м/с или см/с.
• Чему равно значение нормального атмосферного давления (на уровне моря)?
  А) 1 Н;
  Б) 1 Па;
  В) 760 Н;
  Г) 760 мм рт. ст.
• Каким прибором можно измерить атмосферное давление?
  А) Секундомером;
  Б) Динамометром;
  В) Барометром;
  Г) Спидометром.

Этап изучения нового

Для измерения давлений жидкости или газов используют манометры (от греческого слова «манос» – редкий).

Существуют различные конструкции манометров. Рассмотрим наиболее простые.

1. Трубчатый манометр. Слайд 1

Опираясь на слайд 2, разберём устройство и работу трубчатого манометра, который в XIX веке сконструировал ученый Э. Бурдон.

В корпусе манометра вмонтирована металлическая трубка, один конец которой запаян, а другой подключается к штуцеру, через который поступает либо газ, либо жидкость. При помощи механических звеньев с трубкой соединена стрелка.

При заполнении трубка начинает разгибаться и стрелка перемещается вдоль шкалы. Чем больше давление, тем больше угол отклонения стрелки.

Такой манометр можно использовать для измерения давлений в широком диапазоне.

2. Жидкостный манометр Слайд 4

Демонстрируя работу простейшего U-образного жидкостного манометра, следует отметить, что он может измерять давления много меньшие, чем атмосферное.

Работа такого манометра основана на сравнении давления в закрытом колене с внешним давлением в открытом колене. По разности высот жидкости в коленах судят об измеряемом давлении.

Прибор для измерения артериального давления крови называется сфигмоманометром (от греческого sphygmos – пульс, биение сердца) или тонометром. Он состоит из манометра, тонкостенной воздухонепроницаемой манжеты, резинового нагнетателя и регулятора давления. Для измерения кровяного давления манжета плотно обертывается вокруг руки выше локтя и закрепляется застежками. Через одну резиновую трубку в манжету с помощью нагнетателя накачивается воздух, другая трубка соединяет манжету с манометром. При накачивании воздуха манжета сдавливает руку со всех сторон. Когда давление воздуха в ней превышает максимальное значение давления крови, создаваемого сердцем, ток крови в артерии прекращается.

Чтобы измерить максимальное артериальное давление, поворотом регулятора приоткрывается отверстие для выпуска воздуха из манжеты и давление в ней начинает снижаться. Когда давление в манжете становится меньше максимального артериального давления, кровь начинает толчками проникать в артерию. Эти толчки можно зарегистрировать с помощью фонендоскопа.

Фонендоскоп – это очень простой прибор, состоящий из головки – тонкостенной пустой коробки – и гибкой трубки, соединенной с двумя пластмассовыми трубками с наконечниками. Для прослушивания толчков крови в артерии головка фонендоскопа вставляется под край манжеты, наконечники вставляются в уши. Когда давление в манжете снижается до значения максимального артериального давления, начинают прослушиваться пульсации крови в артерии. В момент начала прослушивания пульсаций нужно заметить показания манометра. Это будет верхнее артериальное давление, т. е. давление во время систолы. При этом наблюдаются и пульсации показаний манометра.

Когда при дальнейшем выпускании воздуха из манжеты давление в ней снижается до минимального значения давления крови в артерии, манжета перестает препятствовать току крови в артерии и пульсации перестают прослушиваться с помощью фонендоскопа, Перестает «вздрагивать» и стрелка манометра. Это нижнее артериальное давление, т. е. давление во время диастолы.

У здоровых молодых людей верхнее артериальное давление должно быть около 120 мм рт. ст., нижнее артериальное давление около 80 мм рт. ст. (короче говорят «давление 120 на 80» и пишут «120/80»). Однако понятие нормы в данном случае весьма относительно, так как для разных людей нормальными оказываются различные значения давления. Поэтому каждому человеку нужно знать, какие значения верхнего и нижнего артериального давления являются нормальными, обычными для его организма. Обнаружение изменений кровяного давления может служить сигналом о возможном заболевании. Повышение максимального артериального кровяного давления выше 140-150 и минимального выше 80-90 мм рт. ст. является признаком заболевания, называемого гипертонией. Максимальное артериальное кровяное давление ниже 90-100 мм рт. ст. является признаком заболевания, называемого гипотонией.

Каждому человеку следует знать основные параметры своего организма в норме: свою массу, нормальную температуру тела, частоту пульса, верхнее и нижнее значения артериального давления. Эти знания нужны для Когда и зачем нужно измерять артериальное того, чтобы вовремя обнаружить отклонения от нормы, вызванные какими-либо заболеваниями или вредными воздействиями на организм. Дело в том, что любые физические параметры человека индивидуальны, обусловлены генетическими особенностями организма, режимом питания, характером физических и психических нагрузок.

Когда говорят, что нормальная частота пульса человека от 60 до 80 ударов в минуту, то имеют в виду средние значения для большинства людей. Но нормальный пульс ребенка до трех лет обычно выше 100. У тренированных спортсменов сердце более мощное и в отсутствие повышенной физической нагрузки обеспечивает потребности организма при числе сокращений ниже 60.

Бывают существенные отклонения от средних значений чисто индивидуальные. Например, пульс у Наполеона был всего 40 ударов в минуту и это не свидетельствовало о каком-то заболевании. Артериальное давление, существенно отличающееся от среднего значения, для данного человека может быть нормальными. Поэтому в случае ощущения недомогания или серьезного заболевания врачу трудно определить, какие из параметров вашего организма отклоняются от нормальных значений, если эти ваши индивидуальные значения в норме неизвестны

Этап рефлексии.

Измерение артериального кровяного давления.

Цель работы. Приобретение опыта самостоятельного измерения артериального кровяного давления.

Задание. Ознакомьтесь с устройством сфигмоманометра и произведите измерения верхнего и нижнего артериального давления у вашего товарища, выполняющего роль «пациента».

Порядок выполнения работы

Для проведения измерений давления пациент должен сесть за стол, завернуть рукав рубашки или платья на левой руке до плеча и положить руку на стол. Вы должны предварительно повернуть регулятор нагнетателя против часовой стрелки до упора и, нажимая ладонью на манжету, выпустить из нее весь воздух. После этого закройте выпускной клапан, плотно оберните манжету вокруг левой руки пациента выше локтя и закрепите ее положение застежками.

Вставьте наконечники фонендоскопа в уши и проверьте его работоспособность легким постукиванием по головке фонендоскопа. После проверки вставьте головку фонендоскопа под край манжеты с внутренней стороны локтевого сустава напротив артерии. Поверните регулятор нагнетателя по часовой стрелке до упора. Сжимая и отпуская баллон нагнетателя, наблюдайте за показаниями манометра. Когда стрелка прибора приблизится к цифре 150, прекратите нагнетание воздуха и небольшим поворотом регулятора против часовой стрелки откройте воздуху выход из манжеты. Открыть выход нужно настолько, чтобы давление в манжете снижалось примерно на 2-5 мм рт. ст. в секунду. Непрерывно наблюдая показания манометра, заметьте значение давления, при котором начинают прослушиваться тоны сердца. Это значение соответствует верхнему артериальному давлению.

При дальнейшем снижении давления в манжете нужно заметить показания манометра в тот момент, когда тоны сердца перестают прослушиваться. Это значение соответствует нижнему артериальному давлению.

После завершения измерений поверните регулятор нагнетателя против часовой стрелки до упора, снимите манжету с руки и выпустите из нее воздух.

Если первая попытка измерения кровяного давления оказалась неудачной, повторите все операции сначала с учетом сделанных ошибок. Повторные измерения кровяного давления у того же человека можно проводить не ранее, чем через 5 минут после первого измерения, когда восстановится нормальный кровоток в сосудах руки.

Этап домашнего задания.

§45 Измерить давление в разное время суток, до физической нагрузки и после. Сделать вывод.

Эталон абсолютного давленияПравить

Родился в Риме 15 октября 1608 года. Посещал школу иезуитов, сначала в Фаэнце, а затем в Риме, где в 1627 году начал изучать математику под руководством Бенедетто Кастелли, друга и ученика Галилео Галилея. Под впечатлением трудов Галилея о движении написал собственное сочинение на ту же тему под названием «Трактат о движении» (итал. Trattato del moto, 1640). Торричелли препроводил своё сочинение Галилею, и последний, тогда уже слепой, пригласил его для сотрудничества при обработке своего последнего сочинения «Беседы о механике».

В 1641 году Торричелли окончательно переехал к Галилею в Арчетри, где стал учеником и секретарем Галилея, а после смерти Галилея (1642) — его преемником на кафедре математики и философии Флорентийского университета.

В 1644 году развил теорию атмосферного давления, доказал возможность получения так называемой «торричеллиевой пустоты» и изобрёл ртутный барометр.

Торричелли умер от лихорадки (скорее всего, от брюшного тифа) во Флоренции 25 октября 1647 года, через 10 дней после своего 39-летия, и был похоронен в базилике Сан-Лоренцо. Он оставил всё свое имущество своему приёмному сыну Алессандро.

Через шестьдесят восемь лет после смерти Торричелли его гений все еще вызывал восхищение современников, о чем свидетельствует анаграмма под фронтисписом работы «Lezioni accademiche d’Evangelista Torricelli», опубликованной в 1715 году: «En virescit Galileus alter», что означает «Здесь расцветает другой Галилей».

ОбъяснениеПравить

Атмосферное давление давит на жидкость в чаше сверху вниз, и через неё, по закону Паскаля, давит на жидкость в жёсткой пробирке снизу вверх. Сама жидкость имеет массу, поэтому притягивается гравитацией вниз. Две силы должны быть равны, поэтому в пробирке останется такое количество жидкости, которое создаёт давление, равное внешнему атмосферному. Для каждого типа жидкости, в зависимости от её плотности , будет своя высота столба, равная , где  — атмосферное давление,  — ускорение свободного падения. Так, для ртути из оригинального опыта высота столба, уравновешивающего стандартное атмосферное давление, равна , для воды — около .