SU953477A1 - Барометр дл демонстрации физических законов в газах - Google Patents

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для демонстрации законов Бойля-Мариотта и Гей-Люсака в условиях школьной лаборатории при измерении атмосферного давления, а также при ⁵ изучении разделов физики в объеме школьной программы, касающихся метеорологических измерений.

Известен барометр с подвижной шкалой, выполненный в виде резервуара с узкой трубкой, заключающей каплю ртути, керосина или другой жидкости. Трубка расположена параллельно трубке ртутного термометра, а резервуар ₎₅ подобран так, чтобы перемещение капли ртути под влиянием температурных измерений в точности следовалобы за перемещением конца ртутного столбика термометра £ 1 ]. 20

Недостатком известного барометра является наличие в его трубке ртути, что нежелательно в школьных условиях из-за токсичности ее паров, и отсут- ствие наглядности при измерении давления.

Наиболее близким к предлагаемому является гравиметр, состоящий из двух сообщающихся через капилляр закрытых сосудов, один из которых частично заполнен жидкостью, а уровень жидкости в капилляре ограничивается давлением газа, заполняющего второй (закрытый) сосуд, в котором для исключения влияния на показания колебаний. температуры окружающей среды применено термостатирование с помощью контактного ртутного термометра. Заполненный жидкостью сосуд снабжен краном, позволяющим сообщать этот сосуд с атмосферой, превращая тем самым газовый гравиметр в газовый барометр £2].

Недостатком известного барометра является отсутствие наглядности при измерении давления.

Цель изобретения - повышение наглядности при измерении атмосферного давления.

Цель достигается тем, что устройство, содержащее укрепленные на неподвижном основании и частично заполненные подкрашенной жидкостью два сообщающихся сосуда, один из которых сообщен с атмосферой, а к второму подсоединен сильфон с переменным объемом, и неподвижную измерительную шкалу, атмосферного давления, снабжено подвижной шкалой, выполненной с возможностью горизонтального перемещения и расположенной между сообщающимися сосудами и неподвижным основанием, причем сильфон заполнен подкрашенной жидкостью, а сообщающиеся сосуды выполнены в виде изогнутой стеклянной трубки, образующей три вертикальные ветви, при этом первая ' ветв% соединена с сильфоном, на второй закреплена шкала атмосферного давления, а третья сообщена с атмосферой, причем подвижная шкала выполнена из вертикальных линий, расположенных на одинаковом расстоянии одна от другой и пересекающихся' с ними наклонных линий в точках, ординаты У которых рассчитаны по формуле

М -Vo~ К ( Ратм %) ~ “ 2* (Рот ЗТо, где P_Q - начальное атмосферное давление, мм рт.ст.

Т - начальная абсолютная темО ипература, К;

V_o - отношение величины газового объема в первой и второй ветвях при начальных Р_о и Т. к поперечному сечению трубки в мм;

Т - абсолютная температура окружающей среды, К;

К - масштабный коэффициент шкалы атмосферного давления мм/мм рт.ст.

С - коэффициент перевода единицы измерения атмосферного давления, миллиметр ртутного столба в миллиметр подкрашенной жидкости у мм/мм рт.ст На фиг. 1 изображен предложенный барометр, общий вид; на фиг. 2 - подвижная шкала предложенного барометра.

953477 4

Барометр состоит из продолговатой доски 1 , на которой укреплена изогнутая четыре раза под прямыми -углами стеклянная трубка 2, образую5 щая между изгибами три вертикальные ветви. К. измерительной ветви 3 прикреплена шкала 4 атмосферного давления с нанесенными на ней делениями в соответствии с практически измеряло емым диапазоном давлений. Нижняя часть компенсационной ветви 5 соединена -с жидкостным прессом 6, заполненным подкрашенной жидкостью, например водой, и предназначенным для 15 измерения уровня воды в ветви 5· Сообщающиеся между собой ветви 3 и 7 также частично заполнены жидкостью, причем когда оба уровня находятся на одной горизонтали, то уровень 20 в трубке 3 соответствует начальному, нормальному, давлению, равному 760 мм рт.ст. по ее шкале. Ветвь 7 сообщается с атмосферой. Между трубкой 2 и доской 1 , на которой она 25 укреплена, расположена подвижная шкала 8, выполненная с возможностью перемещения в горизонтальном направлении. На доске 1 укреплён термометр i 9 с имеющимися на практике рабочими 30 пределами измерения температуры, например от 15°С до 25 С. На подвижной шкале 8 (фиг. 2) нанесены вертикальные линии на одинаковом расстоянии друг от друга, каждая из которых соот ₃₅ ветствует одной из рабочих температур в пределах практической необходи- 'мости (от 15°С до 25°С). Наклонные линии соединяют точки, ординаты которых рассчитаны по формуле и соответ₄₀ ствуют измеряемым атмосферным давлениям, например от 600 до 850 мм рт.ст Предложенный барометр работает следующим образом.

Подвижная шкала 8 перемещается ₄₅ в горизонтальном направлении до тех пор, пока одна из вертикальных линий ее,'соответствующая температуре окружающей среды, измеренной термометром 9, не совместится с осью ветви 5· Изменение атмосферного давле⁵⁰ ния, например его увеличение, воздей ствует на жидкость в открытой ветви 7 стеклянной трубки 2 и вызывает подъем уровня жидкости в ветви 3, что в свою очередь повышает давление воздуха, заключенного в рабочем объеме воздуха между ветвью 3 и ветвью 5, которые частично заполнены жидкостью. Вращая винт жидкостного

953477 6 пресса 6, уменьшают уровень жидкости , в ветви 5.До совпадения его показания, отсчитанного по наклонным линиям сетчатой шкалы 8, с показанием уровня по шкале 4 в ветви 3. В результате давление воздуха, заключенного между этими уровнями и отличающееся от атмосферного давления (в нашем примере) на Х=К (Ратм. -760) мм, становится независимым от окружающей температуры.

Наглядность работы барометра достигнута тем, что перемещения уровня, легко наблюдаемые в компенсационной трубке 5, вызывают видимые изменения объема воздуха над этим уровнем давления, определяемого по уровню воды в измерительной трубке 3» а это дает представление взаимосвязи изучаемых физических явлений.

Предлагаемый прибор прост в изготовлении, принцип его действия обеспечивает достаточную наглядность при демонстрации законов, связанных с метеорологическими измерениями вели- 25 чины давления атмосферы, и целого 'ряда газовых законов. Погрешность показаний прибора не превышает 1-2 мм 1-2 мм рт.ст., что вполне приемлемо в условиях школьной лаборатории. За- зо мена ртути на подкрашенную воду делает прибор более, дешевым и совершенно •безопасным в работе.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  демонстрации законов Бойл -Мариотта и Гей-Люсака в услови х школьной лаборатории при измерении атмосферного давлени , а также при изучении разделов физики в объеме школьной программы, касающихс  метео рологических измерений. Известен барометр с подвижной шка лой, выполненный в виде резервуара с узкой трубкой, заключающей каплю ртути, керосина или другой жидкости. Трубка расположена параллельно трубке ртутного термометра, а резервуар подобран так, чтобы перемещение капли ртути под вли нием температурных измерений в точности следовалобы за перемещением конца ртутного столбика термометра 1 . Недостатком известного барометра  вл етс  наличие в его трубке ртути, что нежелательно в школьных услови х из-за токсичности ее паров, ,и отсутствие нагл дности при измерении давлени . Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  гравиметр, состо щий из двух сообщающихс  через капилл р закрытых сосудов, один из которых частично заполнен жидкостью, а уровень жидкости в капилл ре ограничиваетс  давлением газа, заполн ющего второй (закрытый ) сосуд, в котором дл  исключени  вли ни  на показани  колебаний , температуры окружающей среды применено термостатирование с помощью контактного ртутного термометра. Заполненный жидкостью сосуд снабжен краном, позвол ющим сообщать этот сосуд с атмосферой, превраща  тем самым газовый гравиметр в газовый барометр 2. Недостатком известного барометра вл етс  отсутствие нагл дности при змерении давлени . Цель изобретени  - повышение нагл дности при измерении атмосферного давлени . Цель достигаетс  тем, что устрой ство, содержащее укрепленные на неподвижном основании и частично запо ненные подкрашенной жидкостью два сообщающихс  сосуда, один из которы сообщен с атмосферой, а к второму подсоединен сильфон с переменным объемом, и неподвижную измерительную шкалу, атмосферного давлени , снабжено подвижной шкалой, выполнен ной с возможностью горизонтального перемещени  и расположенной меж.ду сообщающимис  сосудами и неподвижным основанием, причем сильфон запо нен подкрашенной жидкостью, а сообщающиес  сосуды выполнены в виде изогнутой стекл нной трубки, образу щей три вертикальные ветви, при это перва ветв соединена с сильфоном на второй закреплена шкала атмосферного давлени , а треть  сообщена с атмосферой, причем подвижна  шкала выполнена из вертикальных линий , расположенных на одинаковом рассто нии одна от другой и пересекающихс  с ними наклонных линий в точках, ординаты У которых рассчитаны по формуле --Vo-KiPoTM-Po) LP«T(A-2- iPQTM- o)/c3To, где i - начальное атмосферное давление , мм рт.сТ. Т - начальна  абсолютна  температура , К; УО - отношение величины газового объема в первой и второ ветв х при начальных Р и Т к поперечному сечению трубки в мм; Т - абсолютна  температура окружающей среды. К; К - масштабный коэффициент шка лы атмосферного давлени  мм/мм рт.ст. С - коэффициент перевода едини цы измерени  атмосферного давлени , миллиметр ртутно столба в миллиметр подкрашенной жидкости у мм/мм рт. На фиг. 1 изображен предложенный барометр, общий вид; на фиг. 2 - по вижна  шкала предложенного барометр Барометр состоит из продолговатой доски 1, на которой укреплена изогнута  четыре раза под пр мыми углами стекл нна  трубка 2, образующа  между изгибами три вертикальные ветви. К. измерительной ветви 3 прикреплена шкала k атмосферного давлени  с нанесенными на ней делени ми и соответствии с практически измер емым диапазоном давлений. Нижн   часть компенсационной ветви 5 соединена С жидкостным прессом 6, заполненным подкрашенной жидкостью, например водой, и предназначенным дл  измерени  уровн  воды в ветви 5- Сообщающиес  между собой ветви 3 и 7 также частично заполнены жидкостью, причем когда оба уровн  наход тс  на одной горизонтали, то уровень в трубке 3 соответствует начальному , нормальному, давлению, равному 7бО мм рт.ст, по ее шкале. Ветвь 7 сообщаетс  с атмосферой. Между трубкой 2 и доской 1, на которой она укреплена, расположена подвижна  шкала 8, выполненна  с возможностью перемещени  в горизонтальном направлении . На доске 1 укреплен термометр 9 с имеющимис  на практике рабочими пределами измерени  температуры, например от 15°С до 25 С. На подвижной шкале 8 (фиг. 2) нанесены вертикальные линии на одинаковом рассто нии друг от друга, кажда  из которых соответствует одной из рабочих температур в пределах практической необходимости (от 15°С до 25°С). Наклонные линии соедин ют точки, ординаты которых рассчитаны по формуле и соответствуют измер емым атмосферным давлени м , например от 600 до 850 мм рт.ст Предложенный барометр работает следующим образом. Подвижна  шкала 8 перемещаетс  в горизонтальном направлении до тех пор, пока одна из вертикальных линий ее,соответствующа  температуре окружающей среды, измеренной термометром 9, не совместитс  с осью ветви 5. Изменение атмосферного давлени , например его увеличение, воздей ствует на жидкость в открытой ветви 7 стекл нной трубки 2 и вызывает подъем уровн  жидкости в ветви 3, что в свою очередь повышает давление воздуха, заключенного в рабочем объеме воздуха между ветвью 3 и ветвью 5, которые частично заполнены жидкостью. Враща  винт жидкостного пресса 6, уменьшают уровень жидкости в ветви 5.до совпадени  его показани , отсчитанного по наклонным лини  сетчатой шкалы 8, с показанием уровн  по шкале k в ветви 3. В результате давление воздуха, заключенного между этими уровн ми и отличающеес  от атмосферного давлени  (в нашем примере) на (Ратм. -убО) мм, становитс  независимым от окружающей те лпературы. Нагл дность работы барометра достигнута тем, что перемещени  уровн , легко наблюдаемые в компенсационной трубке 5 вызывают видимые изменени  объема воздуха над этим уровнем давлени  , определ емого по уровню воды в измерительной трубке 3. а это дает представление взаимосв зи изучаемых физических  влений. Предлагаемый прибор прост в изготовлении , принцип его действи  обеспечивает достаточную нагл дность при демонстрации законов, св занных с метеорологическими измерени ми величины давлени  атмосферы, и целого р да газовых законов. Погрешность показаний прибора не превышает 1-2 мм 1-2 мм рт.ст., что вполне приемлемо в услови х школьной лаборатории. Замена ртути на подкрашенную воду дела ет прибор более, дешевым и совершенно безопасным в работе. Формула изобретени  Барометр дл  демонстрации физичес ких законов в газах, содержащий укрепленные на неподвижном основании и частично заполненные подкрашенной жидкостью два. сообщающихс  сосуда, один из которых сообщен с атмосферой , а к второму подсоединен сильфон с переменным объемом, и неподвижную измерительную шкалу атмосферного дав лени , отличающийс  тем что, с целью повышени  нагл дности при измерении давлени , он снабжен подвижной шкалой, выполненной с возможностью горизонтального перемещени  и расположенной между сообщающимис  сосудами и неподвижным основанием , причем сильфон заполнен подкрашенной жидкостью, а сообщающиес  сосуды выполнены в виде изог нутой стекл нной трубки, образующей три вертикальные ветви, при этом перва  ветвь соединена с tильфoнpм, на второй закреплена шкала атмосферного давлени , а треть  сообщена с атмосферой, причем подвижна  шкала выполнена из вертикальных линий, расположенных на одинаковом рассто нии одна от другой, и пересекающихс  с ними наклонных линий в точках, ординаты У которых рассчитаны по формуле N-Vo-KlPcsTjA-Po) . .. PoVoi tPmM-2-HPaT.w-Po)/c3To где Р - начальное атмосферное давление , мм рт.ст.; TQ - начальна  абсолютна  температура , К; - отношение величины газового объема в первой и второй ветв х при начальных Рд и TO к поперечному сечению трубки, мм; Т - абсолютна  температура окружающей среды. К; К - масштабный коэффициент шкалы атмосферного давлени , мм/мм рт.ст.; С - коэффициент перевода единицы измерени  атмосферного давлени  миллиметр ртутного столба в миллиметр подкрашен ,ной жидкости, мм/мм рт.ст. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 59it23, кл. G 01 L 7/12, 15.10.39.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 115536, кл. G 01 17/12,06.03.57.