Barometr

Rozbalit box

Obsah boxu

Barometr je vědecký přístroj používaný v meteorologii a fyzice k měření atmosférického tlaku. Změny atmosférického tlaku jsou úzce spojeny se změnami počasí, a proto je barometr klíčovým nástrojem pro jeho předpověď. Kromě toho se využívá jako výškoměr v letectví a horolezectví, protože tlak vzduchu klesá s rostoucí nadmořskou výškou. Název pochází z řeckých slov báros (tíha) a métron (míra).

📜 Historie

Koncept, že vzduch má váhu, byl po staletí předmětem debat. Starověcí filozofové, jako byl Aristotelés, tvrdili, že příroda se "děsí prázdnoty" (latinsky horror vacui), což mělo vysvětlovat, proč sací pumpy dokážou zvedat vodu. Tuto myšlenku zpochybnil až Galileo Galilei, který si všiml, že sací pumpy nedokážou zvednout vodu výše než přibližně 10 metrů.

🏛️ Torricelliho objev

Přímý vynález barometru je přisuzován italskému fyzikovi a matematikovi Evangelistovi Torricellimu, který byl Galileovým žákem. V roce 1643 provedl slavný experiment. Vzal přibližně metr dlouhou skleněnou trubici, na jednom konci zaslepenou, naplnil ji rtutí a obráceným otevřeným koncem ji ponořil do nádoby se rtutí. Sloupec rtuti v trubici klesl na výšku přibližně 760 mm a nad ním vznikl prostor, který je dnes znám jako Torricelliho vakuum.

Torricelli správně usoudil, že sloupec rtuti v trubici je vyvažován tíhou okolního vzduchu, který tlačí na hladinu rtuti v nádobě. Výška sloupce se měnila v závislosti na změnách tlaku vzduchu, čímž vznikl první funkční barometr.

💨 Pascalovy experimenty

Francouzský vědec Blaise Pascal se o Torricelliho experimentu dozvěděl a provedl řadu vlastních pokusů. Jeho nejslavnějším příspěvkem bylo potvrzení, že tlak vzduchu klesá s nadmořskou výškou. V roce 1648 nechal svého švagra, Florina Périera, vynést rtuťový barometr na vrchol hory Puy-de-Dôme ve Francii. Jak se očekávalo, sloupec rtuti na vrcholu hory byl výrazně nižší než u úpatí, což definitivně potvrdilo, že tíha atmosféry je příčinou tohoto jevu.

⚙️ Princip fungování

Základní princip všech barometrů spočívá ve vyrovnávání síly způsobené tlakem okolního vzduchu s jinou, měřitelnou silou.

U rtuťových barometrů je touto silou hydrostatický tlak sloupce rtuti. Tíha vzduchu tlačí na volnou hladinu rtuti v nádobce a vytlačuje rtuť do trubice až do bodu, kdy se hmotnost sloupce rtuti vyrovná tlaku vzduchu.
U aneroidů (kovových barometrů) je hlavní součástí pružná, vzduchotěsně uzavřená kovová krabička (tzv. Vidiho dóza), ze které je částečně vyčerpán vzduch. Při změně atmosférického tlaku se krabička smršťuje nebo rozpíná. Tento nepatrný pohyb je pomocí pákového systému převeden na ručičku, která na stupnici ukazuje hodnotu tlaku.

🔬 Typy barometrů

Existuje několik základních typů barometrů, které se liší konstrukcí, přesností a použitím.

Rtuťové barometry

Jedná se o nejstarší a nejpřesnější typ barometrů. Jejich hlavní nevýhodou je použití toxické rtuti, velká velikost a křehkost.

Fortinův barometr: Velmi přesný laboratorní přístroj, u kterého lze pomocí šroubu nastavit hladinu rtuti v nádobce přesně na nulu stupnice, čímž se eliminují chyby způsobené objemovými změnami rtuti.
Sifonový barometr: Skládá se z ohnuté trubice ve tvaru písmene U, kde jedno rameno je delší a uzavřené, zatímco druhé je kratší a otevřené. Tlak se odečítá z rozdílu výšek hladin v obou ramenech.

Aneroidy (kovové barometry)

Aneroidy (z řeckého a-neros, "bez tekutiny") jsou nejrozšířenějším typem barometrů pro domácí i přenosné použití. Jsou méně přesné než rtuťové, ale mnohem robustnější, menší a bezpečnější.

Barograf: Je to v podstatě aneroid spojený s psacím zařízením, které zaznamenává průběh tlaku v čase na papírový pás navinutý na rotujícím bubnu. Vytváří tak graf tlakových změn.

Elektronické (digitální) barometry

Moderní barometry využívají miniaturní senzory tlaku, nejčastěji na bázi piezorezistivního nebo kapacitního jevu. Tyto senzory mění svůj elektrický odpor nebo kapacitu v závislosti na deformaci způsobené okolním tlakem. Jsou velmi malé, levné a přesné, což umožňuje jejich integraci do široké škály zařízení:

🌍 Využití

Barometry mají široké uplatnění v různých oborech.

Meteorologie

V meteorologii je barometr nepostradatelným nástrojem pro předpověď počasí. Důležitější než absolutní hodnota tlaku je jeho tendence (změna v čase).

Rychle klesající tlak: Obvykle signalizuje příchod tlakové níže (cyklóny), která s sebou přináší zhoršení počasí, oblačnost, vítr a srážky.
Rychle stoupající tlak: Značí příchod tlakové výše (anticyklóny), která je spojena se stabilním, jasným a suchým počasím.
Stabilní tlak: Znamená, že stávající počasí bude pravděpodobně pokračovat.

Letectví a horolezectví

Vzhledem k tomu, že atmosférický tlak klesá s nadmořskou výškou (přibližně o 1 hPa na každých 8 metrů v nižších vrstvách atmosféry), barometry se používají jako výškoměry (altimetry). Letecké výškoměry jsou v podstatě citlivé aneroidy se stupnicí cejchovanou ve stopách nebo metrech. Před vzletem musí být kalibrovány podle aktuálního tlaku na úrovni letiště.

Věda a průmysl

V laboratořích se přesné barometry používají při experimentech, kde je nutné znát nebo kontrolovat okolní tlak. V průmyslu slouží k monitorování a řízení procesů probíhajících za specifických tlakových podmínek.

⚖️ Jednotky a kalibrace

Atmosférický tlak se měří v několika různých jednotkách:

Pascal (Pa) a Hektopascal (hPa): Standardní jednotka soustavy SI. V meteorologii se téměř výhradně používá hektopascal, protože číselně odpovídá starší jednotce milibar. 1 hPa = 100 Pa.
Milibar (mbar): Starší jednotka, 1 mbar = 1 hPa.
Torr nebo Milimetr rtuťového sloupce (mmHg): Jednotka odvozená od výšky sloupce rtuti v Torricelliho barometru. Používá se hlavně v lékařství (měření krevního tlaku) a vakuové technice.
Palec rtuťového sloupce (inHg): Používá se především ve Spojených státech.

Normální atmosférický tlak na úrovni mořské hladiny je definován jako 1013,25 hPa (nebo 760 mmHg). Pro srovnatelnost údajů z různých míst se naměřený tlak musí přepočítávat na hladinu moře.

💡 Pro laiky

Představte si, že žijete na dně obrovského oceánu vzduchu, který sahá desítky kilometrů nad vaši hlavu. Všechen tento vzduch má nějakou hmotnost a tlačí na všechno pod sebou, včetně vás. Tomuto tlaku říkáme atmosférický tlak.

Jak barometr funguje? Barometr je v podstatě velmi citlivá "váha" na tento vzduch. Když je nad námi "těžký" vzduch (vysoký tlak), barometr ukazuje vysokou hodnotu a počasí bývá hezké a slunečné. Když je vzduch "lehčí" (nízký tlak), znamená to, že se blíží oblačnost a déšť.
Proč se používá na měření výšky? Když stoupáte na horu, dostáváte se výše v tomto "vzdušném oceánu". Nad vámi je tedy méně vzduchu, který na vás tlačí. Tlak je nižší. Barometr tuto změnu zaznamená a protože víme, jak rychle tlak s výškou klesá, můžeme ho použít jako výškoměr.

Šablona:Aktualizováno