Determinarea presiunii atmosferice.

Turculet Alexandru-111

Particularitati generale.

• Studierea regimului si repartitiei presiunii atmosferice prezinta o importanta teoretica deosebita deoarece permite explicarea circulatiei genereale si locale a atmosferei, precum si a unor procese meteorologice cum ar fi: schimbul gazos intre atmosfera si sol, evaporatia sau evapotranspiratia.

• Forta gravitationala este aceea care mentine atmosfera in jurul Pamantului si tot ea ii imprima acestuia o anumita greutate. Valoarea sa intr-un punct oarecare de pe suprafata terestra este egala cu greutatea unei coloane de aer cuprinsa intre acel punct si limita superioara a atmosferei care apasa pe o unitate de suprafata.

• Astfel, se stie ca presiunea mijlocie a aerului, exercitata pe 1 cm2 de pe suprafata Pamantului, in conditiile normale de observatie (latitudinea de 45o, temperatura apei de 0oC si la nivelul zero al marii) este egala, conform experientei lui Torricelli, cu presiunea exercitata de o coloana de mercur inalta de 760 mm si cu sectiunea de 1 cm2. Aceasta este asa-zisa presiune atmosferica normala si ea este egala cu 1033,3 gr.f/cm2

• Presiunea atmosferica P este forta F cu care invelisul gazos al planetei apasa asupra unitatii de suprafata S. 

• Daca presiunea atmosferica este echilibrata de o coloana de mercur cu volumul V si densitate ƪ = 13,59 gf/cm², masa mercurului va fi:  

• Majoritatea aparatelor utilizate pentru determinarea presiunii atmosferice sunt divizate insa in milimetri coloana de mercur sau torr. Transformarea acestora in milibari se face usor stiind ca:

Instrumente cu citire directa pentru determinarea presiunii atfmosferice

• In aceasta categorie se include barometrele cu mercur, barometrele aneroide, altimetrele si hipsometerle. Ele sunt instrumente lipsite de mecanism inregistrator automat, la care citirea se inregistrarea valorilor presiunii se face de catre observator.

• Barometrele cu mercur Dateaza din anul 1665, cand “tubul lui Toricelli” a capatat numele de

barometru. Perfectionarile ulterioare au condus la aparitia diverselor tipuri de barometre cu mercur folosite astazi pentru determinarea exacta a presiunii atmosferice.

• Alegere mercurului ca lichid barometric a fost comandata de concordanta insusirilor sale cu exigentele carora trebuie sa le raspunda instrumentul. Astel, densitatea lui mare (13,5957) il face sa prezinte o coloana relativ scurta, care permite barometrului sa aiba dimensiuni reduse. Totodata, slaba volatilitate a mercurului face ca vaporii sai sa prezinte o tensiune de saturatie redusa, care favorizeaza masurarea exacta a presiunii serului. Poate fi observat in stare dubla sau tripla prin distilare. Toate barometrele cu mercuri isi bazeaza functionarea pe principiul ehcilibrarii presiunii atmosferice prin greutatea coloanei de mercur din interiorul tubului de sticla.

• barometrul cu rezervor fix• barometrul cu rezervor mobil

Barometrul de tip Robert Fuess

Asemenea tuturor barometrelor din categoria sa, este alcatuit din urmatoarele parti mari:

tubul barometric

rezervorul cu mercur

tubul metalic de protectie prevazut cu scara

vernierul

termonetrul alipit

dispozitivul de suspendare

Barometru aneroid Fuess - Germania - a.f. 1935

Tubul barometric - sticla speciala, lungimea de 85-86 mm. Diametru 7-8 mm in dreptul scarii si scape aproape pana la jumatate. La partea inferioara este prevazut cu o supapa Bunten (b) menita sa impiedice patrunderea aerului in spatiu vidat deasupra coloanei de mercur. Are o garnitura metalcica (g) prin care se fixeaxa de rezervor.

Rezervorul cu mercur - forma cilindrica, construit din fonta sau otel nealiat, compus din 3 piese distincte care se insurubeaza etans una de alta : corpul, fundul si capacul.

corpul rezervorului (r) – cilindru metalica prevazut la partea mediana cu o diafragma (d) confectionata din metal. Rolul principal este acela de a diminua oscilatiile pe care nivelul mercurului din rezervor la poate avea in timpul transportului; ea dezlocuieste o cantitate oarecare de mercuri a carei prezenta in rezervor ar spori greutatea instrumentului.

Tubul de protectie (P) este un cilindru metalic cu diametru interior ceva mai mare decat cel exterior. La partea superioara are o dubla deschidere longitudinala prin care poate fi observata pozitia coloanei de mercur. Pe una din laturile acestei deschiri este gravata scara barometrului (s),.

La barometrul de tip R. Fuess, determinarea presiunii se face prin simpla citire a nivelului la care se afla meniscul coloanei de mercur din tubul barometric.

Vernirul (V) este un cursos mobil care poate fi deplasat in sus si in jos, de-a lungul scarii gradate, prin intermediul unui surub cu cremaliera (E). Vernierele barometreloc Fuess, frecvent utilizate la statiile meteorologice din tara noastra sunt divizate in cate 10 parti egale, asigurand determinarile, precizia de pana la o zecime de milimetru.

Termometrul alipit (A) are o conformatie speciala si este fixat pe partea inferioara a tubului metalic. Rezervorul sau se afla in contact cu tubul barometric de sticla pentru a se putea determina temperatura mercurului in momentul citirii presiunii atmosferice.

Dispozitivul de suspendare (D) reprezinta un capacel semisferic de metal, terminat la partea superioara cu un inel de suspensie (I). El se insurubeaza la capatul de sus al tubului metalic protector si serveste la suspendarea

Instalarea si intretinerea barometrulu

pentru a fi protejat impotriva deteriorarii, barometrul cu mercur se instaleaza in biroul statiei, intr-un loc ferit de repidatii de variatii mari si rapide ale temperaturii si de razele solare directe. Pozitia de functionare este cea perfect verticala. Rezervorul barometrului sa se gaseasca la 70-75 cm deasupra dusumeleu.deoarece meniscul coloanei de mercur din interiorul tubului barometric este mai vizibil pe fond de culoare deschisa, pe peretele din stape se lipeste o hartie alba. Instalarea si montarea barometrului se realizeaza numai de catre delegatul laboratorului al I.M.H

 

Efectuarea observatiilor – intre orele 07, 13, 19.

Inscrierea si corectarea valorilor obtinute – atat valorile citite la termometrul alipit, cat si cele citite pe scara barometrica se inscriu in registrum RM-1M. Valorilor de temperatura se aplica numai corectia instumentla care se gaseste in buletinul de verificare al termometrului alipit. Valorilor de preisune li se aplica pe langa corectia instrumentala, alte 3 corectii impuse de faptul ca lungimea coloane de mercur tin tubul barometric sufera variatii nu numai datorita modificarilor presiunii atmosferice, cat si ca urmare a schimbarii fortei gravitatiei si temperaturii.

Barometrul de tip URSS

  Se deosebeste de R. Fuess prin doua amanunte de constructie. Primul

consta in faptul ca rezervorul sau este confectionat din material plastic, care ofera posibilitatea eliminarii corectiilor impuse de influenta variatiilor termice.

A doua deosebire se refera la divizarea in milibari a scarii barometrice. Limitele acesteia sunt cuprinse intre 800 si 1060 mb, in cazul barometrelor cu scara scurta, folosite la statiile meteorologice de mica altitudine si intre 550 si 1025, in cazul barometrelor cu scara lunga, utilizate la statiile meteorogice de munte.

Pe prima coloana a acestuia tabel presiunea este inscrisa din zece in zece milibari (intre 810 si 1050 mb) iar pe primul rand, din milibar in milibar (intre 0 si 9 mb).

Valoarea transformata in milibar se gaseste la intersectia coloanei corespunzatoare unitatilor cu randul corespunzator zecilor de milibari.

Barometrele cu rezervor mobil

Sunt instrumente de mare precizie folosite mai ales ca etalon pentru barometrele de statie cu rezervor fix. Spre deosebire de acestea din urma, ele au rezervorul mobil, prezentand in plus si tubur de sifonare.

Printre barometrele din aceasta categorie se numara barometrul insectorial, barometrul normal si altele.

 Barometrul inspectorial 

Este un barometru cu rezervor mobil ( de tip URSS, modul Vild – Turetini) alcatuit din doua tuburi metalice nichelate (1,2) care la c apetele superioare se fixeaza intr-o garnitura de metal, solidara cu dispozitivul cu suspensie (3), iar la cele inferioare in rezervorul barometric (4).

Tubul metalic din dreapta protejeaza tubul barometric principal (5), care are aceeasi sectiune pe toata lungimea sa de 86 cm. El prezinta la partea superioara o dubla deschidere longitudinala prin care se pot urmari usor variatiile de nivel ale mercurului din tubul barometric de sticla

Barometrul normal 

Face parte din categoria barometrelor de mare precizie, motiv pentru care este folosit ca etalon.

Originalitatea lui fata de celelalte barometre cu rezervor mobil, consta in formatul special al tubului barometric de sticla (1). Acesta are diametrul de 14 mm in partea superioara, de 6-8 mm in partea mijlocie si din nou de 14 mm in partea inferioara, care constituie si ramura de sifonare (2). Portiunea ingustata a tubului barometric (1) descrie o curba pe langa tubul de sifonare (2) cu care se sudeaza putin mai sus, prin intermediul unui balonas de sticla (3)

Barometrele aneroide

  Sunt instrumente usoare, lipsite de lichid barometric, care prezinta avantajul intrebuintatii si trasnportarii lesnicioase. Ele mai poarta denumirea de barometre metalice sau elastice si au o larga aplicabilitate in determinarile expeditionare, fara a lipsi insa din dotarea statiilor meteorologice, unde sunt folosite fie pentru masurarea curenta a presiunii atmosferice, fie ca rezerve ale barometrelor cu mercur..

Tubul manometric Bourdon are sectiunea eliptica si este confectionat dintr-un metal elastic. El isi modifica forma in functie de cresterea sau scaderea presiunii atmosferice. Barometrele aneroide pot fi grupate in mai multe categorii folosind diverse criterii: cu capsula Vidi, cu tub Bourdon., cu o capsula sau cu o coloana de capsule orizontale, cu dispozitiv de compensare pentru temperatura sau fara dispozitiv

Banerometrul aneroid cu o singura capsula Vidi

Barometrul aneroid cu coloana de capsule

Barometrul aneroid trebuie instalat numai in pozitia pentru care a fost etalonat. La statiile meteorologice el se etaloneaza si se instaleaza orizontal, in propria cutie, care il protejeaza atat impotriva variatiilor bruste de temepratura cat si impotriva deteriorarii mecanice. Se verifica la intervale de 5 ani.

 

Altimetrele

Reprezinta niste barometre aneroide folosite in mod obisnuit pentru determinarea altitudinii. Ele se deosebesc insa de barometrele aneroide propriu zise prin faptul ca pe cadranele lor, in afara scarii divizate in mm si mb, exista si o a doua scara, gradata in m. Constructia si functionarea oricarui altimetru se bazeaza pe relatia invers proportianala care exista intre presiunea atmosferica si inaltime.

Precizia diverselor tipuri de altimetre se afla in stransa dependenta de inaltimea maxima pana la care pot fi utilizate, de dimensiunile lor si de scopul pentru care au fost construite. Pentru determinarile altitudinilor absolute ale unor puncte oarecare, este absolut necesar sa se cunoasca cu exactitate inaltimea deasupra nivelului marii a punctului la care se porneste. Daca acesta este situat chiar la nivelul marii, diviziunea zero de pe scara mobila a intaltimilor se aduce in dreptul diviziunii de 762 mm de pe scara barometrica.

Altimetrul este un instrument relativ, indicatiile lui fiind, in general, aproximative. El trebuie verificat periodic in comparatie cu un barometru cu mercur.

HipsometreleSunt instrumente cu ajutorul carora presiunea atmosferica se determina indirect pe calea stabilirii cu exactitate a temperaturii la care fierbe apa. Acest lucru este posibil deoarece intre temperatura de fierbere a apei si presiunea atmosferica exista o legatura ce poate fi exprimata prin urmatoarea relatie, valabila pentru valori ale presiunii cuprinse intre 710 si 780 mm.

T=100 + 0.0375 (p-760)

 

Hipsometrul nu este altceva decat un termometru gradat intre 80 si 103 °C. El se mai numeste si termobarometru sau termometru hipsometric. Fiind destinat determinarii punctului de fierbere a apei, hipsometrul este confectionat dintr-o sticla speciala care rezista la temperaturi mai mari de 100 °C

Pentru efectuarea determinarilor, trusa hipsometrica se instaleaza in pozitie verticala. Apoi, tubul prelungitor (2) se monteaza la vasul de fierbere, care este umplut cu apa distilata in proportie de doua treimi. Termometrul hipsometric se introduce in interiorul tubului prelungitor in asa fel incat rezervirul sau sa se afle deasupra gurii vasului de fierbere.

Citirea se executa cu ajutorul unei lupe la aproximativ zece minute dupa ce apa din vasul metalic a inceput sa fiarba. Ea se repeta de 3-4 ori, obtinandu-se astfel o medie conforma cu realitatea.

Barometre inregistratoare (barografe)

Inregistrarea continua a variatiilor presiunii aerului se inregistraza la statiile meteorologice, prin aparate cunoscute sub numele de barografe. Sunt aparate complexe care se bazeaza pe principiul deformarii sun presiunea atmosferica a unei coloane coaziale de capsule Vidi. Indiferent de tipul sau modelul de constructie, orice barograg este alcatuit din trei parti mari si anume: Partea receptoare 1, partea transmitatoare 2 si partea inregistratoare 3.

 

Partea receptoare 1 – sau piesa sensibila la variatiile presiunii atmosferice este o coloana formata din 4-12 capsule Vidii. Pentru ca influenta variatiilor termice sa nu se denatureze, inregistrarile de presiune, unele barografe sunt prevazute cu dispozitive bimetalice de compensare pentru temperatura.

Partea transmitatoare 2 este reprezentata printr-un sistem de parghii metalice, care pe langa transmiterea deformarilor suferite de coloana coaxiala de capsula Vidi, realizeaza si amplifica de 80-100 de ori aceste deformari.

Partea inregistratoare 3 este constituita din parghia penitei si cilindrul cu mecanism de ceasornic. Ea se aseamana pana la identificare cu sistemul de inregistrare al termografului si higrografului. Pe cilindrul cu mecanism de ceasornic, care la barografele zilnice face o rotatie completa in 24 de ore, iar la barografle saptamanale, in 7 zile, se instaleaza o diagrama divizata in unitati de presiune si de timp, numita barograma. La statiile meteorologice din tara noastra se utilizeaza barografele de tip R. Fuess (model nou/vechi), URSS (model nou/vechi), J. Richard si W. Lambrecht.

Barograful de tip R. Fuess – model vechi

Protejat de o cutie de lemn al carei capac cu geamuri laterale lasa sa se vada diagrama de pe cilindrul cu mecanism de ceasornic, el are drept piesa receptoare o coloana coaxiala formata din 8 capsule Vidi (1). De mijlocul coloanei se leaga sistemul parghiilor de transmisie si amplificare. Dispozitivul de reglare al amplificarii (2) este fixat pe axul de suspensie de care se angreneaza si parghia penitei (3).

Pentru aducerea penitei inregistratoare la valoare presiunii din momentul instalarii barogramei, se foloseste dispozitivul de punere in valoare )4_ prin a carui rotire coloana de capsule Vidi poate di ridicata sau coborata.

Barograful de tip R. Fuess (model nou)

Are cutia protectoare confectionata din metal si pervazuta cu geamuri pe partile laterale. Piesa lui receptoare este o coloana cu zece capsule Vidi (1) fixata la partea inferioara pe placa metalica (2) care poate fi ridicata sau coborata in scopul punerii la valoarea a penitei inregistratoare.

La partea superioara, piesa receptoare se continua cu un ax vertical (3), care prin intermediul unor parghii cotite (4) se leaga de primul ax orizontal de suspensie (5). De aici, sistemul de transmisie este continaut printr-un brat pe jumatate paralelipipedic (6), care prezinta pe cealalta jumatate un dispozitiv (7) cu ajutorul caruia barograful se regleaza pentru diferitele altitudini. La randul sau bratul mentional se cupleaza printr-un stift (8) cu dispozitivul de reglare a amplificarii, format dintr-o vergea indoita in unghi drept (9), care patrunde in interiorul unei garnituri paralelipipedice (10), de care se fixeaza cu ajutorul unui surub (11)

Barograful de tip URSS (model vechi)

Protejat intr-o cutie de lemn cu geamuri laterale, vechiul model de barograf sovietic, are ca piesa receptoare o coloana coaxiala formata din 4-5 capsule Vidi (1) insurubate intre ele cu ajutorul unor suporti. La partea inferioara, coloana se fixeaza de o placa metalica (2), iar la cea superioara se continua cu o vergea verticala (3), care se leaga de o parghie orizontala (4), fixata printr-o garnitura cu surub (5) de primul ax de suspensie (6) al barografului.

La capatul sau opus, parghia orizontala (4) se leaga in unghi drept de parghia verticala (7) legata de asemenea in unghi drept de parghia orizontala (8) care patrunde in garnitura cilindrica (9) prevazuta cu surub (10). Aceasta reprezinta dispozitivul de reglare a amplificarii si este fixata pe al doilea ax de suspensie (11) de care se prinde si parghia penitei (12).

Barograful URSS (model nou)

Utilizeaza ca piesa sensibila la variatiile presiunii, o coloana coaxiala formata din 5 capsule Vidi (1), continuata la extremitatea superioara cu o vergea verticala (2). Aceasta se leaga de o parghie metalica (3) al carei capat din stanga este fixat pe primul ax de suspensie (4) al barografului, cu ajutorul unui surub minuscul (5). La randul sau, axul de suspensie mentionat este fixat de o garnitura metalica (6) in al carui capat curbat se gaseste dispozitivul de punere la valoare (7) a penitei inregistratoare. Capatul din dreapta al parghiei metalice (3) se continua cu o vergea verticala curbata (8) ce patrunde intr-o garnitura cilindrica (9), care reprezinta dispozitivul de reglare a amplificarii. Fixat cu ajutorul unui surub (10) pe al doilea ax de suspensie (11) al barografului, dispozitivul de amplificare este actionat prin intermediul surubului de reglare (12) care se roteste intr-un sens sau altul, apropiind sau indepartand vergeaua curbata (8).

De axul de suspensie (11), montat intr-o garnitura metalica speciala (13) se angreneaza si parghia penitei inregistratoare (14). Toate piesele barografului sunt fixate pe o placa metalica (15)

Barograful J. Richard 

Are drept piesa receptoare o coloana de 8-10 capsule Vidi (1) insurubate una de alta, la aparatele mai vechi si fixate pe un ax central, la cele de constructie recenta. Aceasta se fixeaza pe o placa metalica (2) prinsa in suruburi de fundul cutiei de lemn a barografului. Capatul inferior, prismatic al axului coloanei de capsule Vidi, strabate fundul cutiei de lemn si iese din aparat, putand fi actionat cu ajutorul unei chei tubulare in vederea punerii la valoare a penitei inregistratoare.

Capatul superior al piesei receptoare se leaga printr-o vergea verticala scurta (3) de parghia orizontala (4), care este angrenata de primul ax d suspensie al barografului (5) si prezinta la capatul opus, o contragreutate (6) menita sa atenueze intertia sistemului de transmisie.

Barograful W. Lambrecht (model nou)

Foloseste drept piesa sensibila la variatiile presiunii atmosferice o coloana formata din 6 capsule Vidi (1), care comunica intre ele printr-un ax central. La capatul superior, axul central al coloanei de capsule Vidi se continua cu o vergea verticala (2), care prin mijlocirea unui sistem format din 3 parghii (3,4,5) se leaga cu axele de suspensie (6,7) sprijinite mobil in lagarele unor suporti metalici verticali (8,9). Parghia verticala (4) reprezinta dispozitivul de reglare a amplificarii, ea putand fi deplasata intr-o directie sau alta prin rotirea unui surub special (10). Pe cel de-al doilea ax de suspensie (7) este fixata si parghia penitei (11), ce poate fi indepartata de cilindrul cu mecanism de ceasornic (12) prin intermediul unui buton (13) care actioneaza o vergea metalica verticala (14

Instalarea si intretinerea barografului

 Barograful se instaleaza in biroul statie meteorologice, pe o consola fixata in perete la inaltimea maxima de 1,60 m deasupra pardoselii. Asesat in pozitie perfect orizontala, alaturi de barometrul cu mercur, el trebuie ca si acesta sa fie ferit de trepidatii, de variatii bruste ale temperaturii, de radiatiile solare directe etc. Fiind un aparat relativ, barograful trebuie comparat in permanenta cu

barometrl de statie cu mercur.

Efectuarea observatiilor si prelucrarea barogramelor

 Observatiile cu ajutorul barografului si prelucrarea diagramelor acestuia se efectueaza la fel ca si in cazul observatiilor cu termograful si al prelucrarii termogramelor.

 

Bibliografie.

,,Cursul de Meteorologie” –manual practic-, Sterie Ciulache

,,Meteorologie si Hidrologie lucrari practice” , Adrian Amadeus Tiscovschi si Daniel Constantin Diaconu.