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Barometer

EIN Barometer ist ein Instrument mit denen die Luftdruck kann gemessen werden. Tatsächlich ist es eine spezifische Anwendung von a Druckanzeige.

Geschichte

In der Zeit von Galilei (1564-1642) entworfen Ingenieure Brunnen (und damit Pumpen) für die Stadt Florenz. Sie stellten fest, dass die riesigen Pumpen das Wasser nicht mehr als 40 Meter in die Höhe pumpen konnten. Galileo wurde um Hilfe gebeten, aber er starb, bevor er das Problem lösen konnte. In seinen Aufzeichnungen wurde die Hypothese aufgestellt, dass Luft eine Masse haben muss, aber er konnte daraus keine Schlüsse ziehen.

Galileis Nachfolger war Torricelli (1608-1647). Er las die Notizen seines Vorgängers und wollte beweisen, dass es der Luftdruck war, der das Wasser anhob. Um nicht mit 12 Meter hohen Rohren arbeiten zu müssen, kam er auf die Idee mit Merkur zu arbeiten, fast 14 mal schwerer als Wasser.

Im 1643 Torricelli war der erste, der den bekannten Quecksilberröhrentest durchführte, obwohl sein Setup noch keine Skala hatte und somit kein wirkliches Barometer war.^[1] Die Erkenntnis seines wettervorhersagenden Wertes kam erst nach seinem Tod. Torricelli füllte ein dünnes Rohr von einem Meter vollständig mit Merkur und legen Sie das Röhrchen kopfüber in einen Behälter mit Quecksilber. Das Quecksilber fiel teilweise aus dem Röhrchen aus, aber eine Säule von ca. 76 cm verblieb im Röhrchen. Die Höhe dieser Quecksilbersäule variierte ein wenig mit den Wetterbedingungen. Wenn die Kolonne sank, regnete und stürmte es meistens. Bei strahlend ruhigem Wetter stand die Säule hoch.

Daraus schloss Torricelli, dass der Druck, den das Gewicht des Quecksilbers in der Säule auf das Quecksilber im Behälter ausübt, gleich dem Druck sein muss, den die Luftsäule der Atmosphäre ausübt.

Der Druck p von der Säule ausgeübt ist gleich dem Gewicht ich der Säule geteilt durch den Querschnitt ein des Rohres (Gewicht ist eine Kraft und Druck = Kraft pro Fläche):

${displaystyle p={frac {F}{A}}={frac {M}{O}}}$

Jetzt das Gewicht ich der Säule proportional zur Dichte ρ mal die Lautstärke V:

${displaystyle p={frac {M}{A}}={frac {gho V}{A}}}$

Die Proportionalitätskonstante G hängt mit dem zusammen Schwere und ist überall auf der Erde fast gleich (an den Polen etwas größer) Schließlich ist für eine zylindrische Säule das Volumen (Volumen) V gleich dem Querschnitt ein mal die Länge l:

${displaystyle p={frac {gho AL}{A}}=gho L}$

Der Druck ist somit proportional zur Länge und sofort ablesbar. Andere Flüssigkeiten könnten auch verwendet werden, aber da die meisten Flüssigkeiten eine viel kleinere haben Dichte haben, wird die Spalte viel länger. Bei der Verwendung von Wasser ist es beispielsweise erforderlich, ein Rohr von mehr als 10 Metern Länge zu nehmen. Außerdem würde der Unterdruck am Kopf der Kolonne das Wasser verdampfen lassen, wodurch der Dampfdruck die Messung stören würde.

Torricelli, der das Barometer erfindet, ein Stich aus einem Buch von Flammarion (1923)

Torricelli erkannte bald, dass in dem Raum über der Quecksilbersäule keine Luft sein konnte. Er konnte zum Beispiel von unten ein paar Luftblasen in das Rohr einführen und dann ging die Säule plötzlich etwas nach unten. Es war klar, dass der Raum über der Säule leer war, a Vakuum, und dass ohne ein solches Vakuum das Barometer nicht funktionieren würde. Vor Torricellis Zeit war es jedoch nicht ohne Risiko, solche ketzerischen Dinge zu sagen. Aristoteles hatte erklärt, dass so etwas unmöglich sei.

Torricelli stellte auch fest, dass der Quecksilbergehalt leicht variierte. Heute wissen wir, dass dies durch den lokalen Luftdruck (Hoch- oder Tiefdruckgebiet) verursacht wird.

Um 1660, Jahre nach Torricellis Tod, hat der französische Physiker René Descartes (1596-1650) die Quecksilberröhre durch Hinzufügen einer Skala. Erst dann könnte man wirklich von einem Barometer sprechen. Descartes' Landsmann Blaise Pascal (1623-1662) schlugen vor, dass der atmosphärische Druck in größeren Höhen niedriger ist.

Das Wort Barometer wurde 1665 von dem irischen Chemiker geprägt Robert Boylea bestehend aus dem griechisch Wörter baros (Schwere) und Metro (messen). Das Bar als Maßeinheit für den Druck wurde dadurch von dem norwegischen Physiker und Meteorologen gebildet Vilhelm Bjerknes 1906.

Typen

Quecksilberbarometer

Torricellis Rohr ist ein gerades Glasrohr, das die Höhe einer Säule ermöglicht allows Merkur messen. Das Hoch Dichte Quecksilber bedeutet, dass das Rohr weniger als einen Meter hoch sein muss (der durchschnittliche Luftdruck von 1013Hektopascal entspricht ungefähr 760 mm Hg). Dieses Barometer hat eine Reihe von Nachteilen:

• das Glasrohr ist zerbrechlich;
• Quecksilber ist teuer;
• Quecksilberverbindungen und Dämpfe sind giftig;
• von der hohen Oberflächenspannung von Quecksilber ist die Oberfläche konvex; bei schmalen Röhrchen liegt der abgelesene Quecksilberwert etwas unter seinem tatsächlichen Wert, daher muss eine Korrektur (abhängig vom Röhrchendurchmesser) vorgenommen werden;
• Quecksilber hat eine relativ große Ausdehnungskoeffizient, so dass die Ablesehöhe nicht nur vom Druck, sondern auch von der Temperatur abhängt;
• die hohe quecksilberdichte bedeutet, dass kleine luftdruckunterschiede auch kleine änderungen des quecksilbergehalts verursachen (weniger als ein millimeter pro hektopascal).

Einer schreibt Christian Huygens eine wesentliche Verbesserung der Röhre von Torricelli. Im Jahr 1672 konstruierte Huygens ein U-förmiges Rohr, bei dem ein Bein geschlossen und das andere Bein offen und dem Luftdruck ausgesetzt war. Das Röhrchen enthält nach wie vor Quecksilber, aber im offenen Schenkel befindet sich eine farbige Indikatorflüssigkeit über dem Quecksilber. Die Flüssigkeiten vermischen sich nicht und die Indikatorflüssigkeit hat eine geringere Dichte als Quecksilber, sodass sie auf dem Quecksilber schwimmt. Im geschlossenen Teil des Systems hat das Rohr oben einen größeren Durchmesser. Auf Höhe des Quecksilberspiegels auf der offenen Seite der Röhre befindet sich auch ein breiterer Teil. Darüber verengt sich das Rohr wieder. In diesen schmaleren Teil gelangt die Anzeigeflüssigkeit. Die Höhe der Quecksilbersäule ist der vertikale Abstand zwischen den beiden Quecksilberniveaus. Eine kleine Füllstandsänderung des Quecksilbers führt aufgrund des Durchmesserunterschieds zu einer größeren Füllstandsänderung im schmalen Indikatorflüssigkeitsrohr.

So gelang es Huygens, die Ablesung zehnmal genauer zu machen. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass das Quecksilber von der Luft abgeschlossen ist und nicht mehr verdunsten kann. Übrigens sinkt der Flüssigkeitsstand der Anzeigeflüssigkeit mit steigendem Luftdruck. Das Barometer von Huygens wird daher auch als Gegenbarometer bezeichnet.

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  Huygens-Barometer

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  Barometer mit Zifferblatt

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  Hookes Barometer, um 1660

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  Barometer von Gay-Lussac und Bunten

Das erste Barometer mit Zifferblatt war 1663 vom Astronomen Robert Hooke hergestellt. EIN schweben schwimmt auf dem Quecksilber und folgt den Pegeländerungen. Die vertikale Verschiebung wird auf eine rotierende Nadel übertragen, die den Druck auf ein Zifferblatt anzeigt.

Öko-Celli-Barometer

1997 wurde der Eco-celli von der belgischen Firma Dingens Barometers entwickelt und patentiert. Das Eco-Celli baut auf dem Barometer von Alexander Adie 1818 ° auf. Das System verfügt über eine Gasfüllung, die durch den Druck der Luft komprimiert wird. Die Flüssigkeit bewegt sich mit steigendem und fallendem Luftdruck auf und ab. Da das Gas temperaturempfindlich ist, wird das Barometer relativ zum Thermometer abgelesen, das beim Erhitzen den gleichen Ausdehnungsgrad wie das Gas hat.

Innovacelli-Barometer

Aufgrund des europäischen Verbots von Quecksilberbarometern im Jahr 2009 wurde nach den Eco-Celli ein neuer Barometertyp ohne die Mängel (Temperaturempfindlichkeit) der Eco-Celli entwickelt. 2010 wurde das patentierte Innovacellibarometer bestehend aus 8 Aneroidboxen, inerter Flüssigkeit und einer Membran auf den Markt gebracht. Dieses präzise Membranbarometer ersetzt jetzt das Quecksilberbarometer.

Donnerglas

Der Holländer Cornelis Drebbel hat das älteste bekannte Barometer, das motus perpetuus, Vorläufer des um 1610 erfundenen Donnerglases, obwohl die Erfindung 1619 urkundlich einem gewissen Gijsbrecht de Donckere zugeschrieben wird. Im zweiten Viertel des 17. Jahrhunderts wurde Drebbels Prinzip vereinfacht und das Donnerglas erschien. Im Behälter befindet sich eine konstante Luftmenge. Steigt der Druck der Außenluft, drückt sie das Wasser im Auslauf nach unten. Die Luft im Vorratsbehälter wird dann leicht komprimiert, bis der Druck im Vorratsbehälter dem Außendruck ausgleicht. Wenn der Außenluftdruck sinkt, dehnt sich die Luft im Behälter aus und das Wasser im Auslauf drückt nach oben.

Donnerbrillen wurden sowohl auf Schiffen als auch an Land verwendet. Der Ausdruck „Donner in den Gläsern“ kommt von diesem Donnerglas. Johann Wolfgang von Goethe studierte das Donnerglas um 1792-93 und machte es populär Deutschland, wo es als Goethe-Glas bezeichnet wird, das als apokryph anzusehen ist. Ein anderer umstrittener Name ist Wasserbarometer.

Donnergläser sind keine genauen Messgeräte; sie reagieren nicht nur auf den Luftdruck, sondern auch auf die Temperatur. Wenn es jedoch in einem Raum mit relativ konstanter Temperatur aufgehängt wird, ist das Donnerglas ein schnell reagierender Indikator für atmosphärische Druckunterschiede. Bis ins 20. Jahrhundert wurden Donnergläser als beliebtes „Wasserwetterglas“ hergestellt. Die unten gezeigten Beispiele sind Repliken.

Sturmglas

Ein Sturmglas oder Baroskop enthält eine von der Außenluft abgedichtete Lösung von unter anderem Kampfer und Alkohol. Bei klarem Wetter ist diese Lösung klar, aber abhängig von den Wetterbedingungen (nicht nur Luftdruck, sondern auch Temperatur) bilden sich Kristalle. Die Menge und Form der Kristalle geben einen Hinweis darauf, was zu erwarten ist.^[2]

Gasbarometer

Diese Art von Barometer funktioniert wie ein Wasserbarometer, nur die Pegelunterschiede sind größer.

Andere Arten

In späterer Zeit sind Barometer aufgetaucht, die nach einem etwas anderen Prinzip funktionieren. So ist es beispielsweise möglich, eine Metallkapsel abzusaugen und zu messen, wie weit sie durch den Druck der Atmosphäre eingedellt ist. Auch hier zeigt ein Zeiger den Luftdruck auf einer Skala an.

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  Bourdon-Barometer

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  Barometer, Anfang des 20. Jahrhunderts

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  Barometer, Anfang des 20. Jahrhunderts

Barograph

Dieses Gerät misst den Luftdruck und verfolgt ihn auch. Es wurde erfunden von Mehr Land 1670, aber erst später wurde das Messelement ausreichend verfeinert. Um eine ausreichend große Auslenkung zu erhalten, werden mehrere Kapseln (normalerweise fünf) verwendet.

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  Barograph

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  Barograph aus der Sowjetunion

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  Die Kapseln

Benutzen

weil Luftdruckänderungen Verbunden mit dem Durchzug von Wettersystemen, die als Depressionen und Gebiete mit hohem Luftdruck bezeichnet werden, war die Entdeckung des Barometers der Beginn der wissenschaftlichen Erforschung des Wetters Meteorologie. Die Entwicklung anderer Barometer als der Quecksilbersäule lässt sich daher hauptsächlich aus dem Wunsch erklären, sie auf See einsetzen zu können, um vor einem Sturm eine Warnung zu erhalten.

Darüber hinaus war die Möglichkeit, Gasdrücke zu messen, ein sehr wichtiger Schritt in der Entwicklung des Allgemeines Gasrecht und die spätere Entwicklung der Thermodynamik

Größte Barometer in den Niederlanden

Im Gebäude der Fakultät für Angewandte Wissenschaften der Technischen Universität Delft befindet sich im zentralen Treppenhaus ein zwölf Meter hoher Wasserdruckmesser.

Manchmal das Dach des of Hotel Okura Amsterdam (78 Meter) die höchstes Barometer der Niederlande erwähnt. Die Farbe des Baldachins ist ein Hinweis auf die Wettervorhersage für morgen. Blau bedeutet sonniges Wetter, grün schlechtes Wetter und weiß wechselhaftes Wetter. Hinter diesem Mechanismus verbirgt sich jedoch kein echtes Barometer, die Beleuchtung wird von Hotelmitarbeitern eingestellt.^[3]

Größtes Barometer der Welt

sehen Bert Bolle Barometer für den Hauptartikel zu diesem Thema.

Das größtes Barometer der Welt wurde 1985 von Bert Bolle für das Barometer Museum entworfen und hergestellt, das sich auf dem Landgut befand Rustenhoven im Maartensdijk. Das Barometer wurde von der International Guinness-Buch der Rekorde als größte der Welt anerkannt. Später zog das Barometer nach Australien, wo es 1999 im Besucherzentrum von . aufgestellt wurde Dänemark. 2011 gelangte das Barometer wieder in den Besitz von Bolle und wird seitdem aufbewahrt.

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