Барометр-анероид 7 класс: устройство, принцип работы и давление

На этой странице представлен разбор темы «Барометр-анероид и измерение атмосферного давления» по физике для 7 класса.

В курсе физики 7 класса раздел «Давление жидкостей и газов» является ключевым: свойства атмосферного давления и способы его измерения встречаются в школьных проверочных работах, ВПР, а также служат основой для заданий ОГЭ по физике.

Понимание устройства безжидкостного барометра, принципа передачи упругой деформации на стрелку прибора и связи давления с высотой позволяет без труда решать как качественные, так и расчётные задачи.

После теории на странице доступны тренажёры с подробными решениями и проверкой ответов, в которых можно отработать материал и подготовиться к контрольным работам.

Что такое барометр-анероид? — 7 класс

Барометр-анероид — это прибор для измерения атмосферного давления без использования жидкости (греческое слово «анероид» переводится как «безжидкостный»).

• Главное физическое явление: зависимость упругой деформации тонкостенной металлической коробки от действующей на неё силы атмосферного давления.

• Основная единица измерения: в Международной системе единиц (СИ) давление измеряется в паскалях (Па), однако на шкале бытовых барометров часто используют внесистемную единицу — миллиметры ртутного столба (мм рт. ст.).

• Нормальное атмосферное давление: давление воздуха на уровне моря при температуре 0 °C, равное 760 мм рт. ст. (или примерно 101 325 Па $\approx$ 101,3 кПа).

Как переводить мм рт. ст. в паскали и обратно 💡

Один миллиметр ртутного столба равен гидростатическому давлению столбика ртути высотой 1 мм ( $p = \rho gh$ ).

• Точное соотношение: 1 мм рт. ст. = 133,3 Па.
• Чтобы перевести мм рт. ст. в Па, нужно умножить значение на 133,3:
$750\text{ мм рт. ст.} \cdot 133{,}3 \approx 100\ 000\text{ Па} = 100\text{ кПа}$
$760\text{ мм рт. ст.} \cdot 133{,}3 \approx 101\ 300\text{ Па} = 101{,}3\text{ кПа}$

• В задачах 7 класса часто используют округлённое значение $133\text{ Па}$ .

Устройство и принцип действия прибора

В отличие от громоздкого ртутного барометра Торричелли, анероид компактен, портативен и полностью безопасен, так как не содержит токсичной ртути и стеклянных трубок. Он состоит из пяти ключевых деталей:

Анероидная коробка и пружина 🗜️

• Герметичная металлическая коробка: имеет тонкие волнистые (гофрированные) стенки для увеличения гибкости. Воздух из неё частично откачан, внутри создано разрежение.

• Упругая пружина: натянута над коробкой и не даёт атмосферному давлению сплющить её стенки окончательно.

Механизм передачи и шкала 🧭

• Рычажный механизм: улавливает микроскопические прогибы крышки коробки и усиливает их движение.

• Тонкая цепочка и стрелка: поворачивают указатель при деформации коробки.

• Градуированная шкала: размечена в миллиметрах ртутного столба и гектопаскалях (или килопаскалях).

Как работает барометр-анероид:

• При увеличении атмосферного давления: внешняя сила воздуха сильнее давит на коробку. Гофрированная крышка прогибается внутрь, натягивая пружину. Через рычаг и цепочку это движение передаётся стрелке — она смещается вправо, показывая повышение давления (к ясной погоде).

• При уменьшении атмосферного давления: сила давления окружающего воздуха ослабевает. Упругая пружина распрямляется и приподнимает крышку коробки. Стрелка смещается влево, сигнализируя о падении давления (к ненастью или осадкам).

Барометр анероид, внутреннее устройство

Посмотрим на реальном примере, как определять цену деления и считывать показания барометра:

Пример применения: Определение цены деления и показаний барометра

Задание: На шкале барометра-анероида между оцифрованными штрихами $740\text{ мм рт. ст.}$ и $750\text{ мм рт. ст.}$ находится $10$ равных делений. Стрелка прибора остановилась на четвёртом делении правее отметки $740$ . Определите цену деления прибора и выразите измеренное давление в килопаскалях (кПа), округлив результат до десятых.

Пошаговый разбор:

1) Найдём цену деления шкалы:

Выберем два соседних подписанных значения и разделим разность на число промежутков между ними:

C = \dfrac{750 - 740}{10} = \dfrac{10}{10} = 1\text{ мм рт. ст./дел.}

2) Определим показание стрелки:

p = 740 + 4 \cdot 1 = 744\text{ мм рт. ст.}

3) Переведём давление в систему СИ (паскали):

p = 744 \cdot 133{,}3\text{ Па} = 99\ 175{,}2\text{ Па}

4) Переведём в килопаскали ( $1\text{ кПа} = 1000\text{ Па}$ ):

p = \dfrac{99\ 175{,}2}{1000}\text{ кПа} \approx 99{,}2\text{ кПа}

Ответ: цена деления $1\text{ мм рт. ст.}$ ; давление $99{,}2\text{ кПа}$ .

Изменение атмосферного давления с высотой и высотомер

Земная атмосфера удерживается гравитационным полем. Верхние слои воздуха своим весом сжимают нижние слои, поэтому у поверхности Земли плотность воздуха и атмосферное давление максимальны. При подъёме вверх высота воздушного столба над нами уменьшается, воздух становится более разрежённым, а атмосферное давление закономерно падает.

Барометрическое правило для небольших высот:

Вблизи поверхности Земли (при подъёме до $1\text{ км}$ ) каждые 12 метров подъёма приводят к падению атмосферного давления примерно на 1 мм рт. ст.:

\Delta h \approx 12\text{ м} \implies \Delta p \approx -1\text{ мм рт. ст.}

Формула для нахождения изменения высоты по разности показаний барометра:

h = (p_1 - p_2) \cdot 12

где $p_1$ — давление у подножия [мм рт. ст.], $p_2$ — давление на вершине [мм рт. ст.], $h$ — высота объекта или горы в метрах (м).

На этой зависимости основана работа альтиметра (высотомера) — авиационного прибора, представляющего собой барометр-анероид, шкала которого проградуирована не в единицах давления, а сразу в метрах высоты.

Разберём расчётную задачу на определение высоты здания по показаниям барометра-анероида:

Пример применения: Расчёт высоты телебашни по разности давлений

Задание: У подножия башни барометр-анероид показывает давление $758\text{ мм рт. ст.}$ , а на смотровой площадке башни — $725\text{ мм рт. ст.}$ Считая, что на каждые $12\text{ м}$ подъёма давление уменьшается на $1\text{ мм рт. ст.}$ , вычислите высоту смотровой площадки над землей.

Пошаговый разбор:

1) Найдём разность давлений между подножием и вершиной:

\Delta p = p_1 - p_2 = 758 - 725 = 33\text{ мм рт. ст.}

2) Вычислим высоту подъёма:

Так как падению давления на $1\text{ мм рт. ст.}$ соответствует подъём на $12\text{ м}$ , умножаем полученную разность на 12:

h = \Delta p \cdot 12\text{ м} = 33 \cdot 12 = 396\text{ м}

Ответ: $396\text{ м}$ .

Алгоритм решения задач с барометром-анероидом

При решении задач на атмосферное давление придерживайтесь следующей последовательности действий:

Определите цену деления шкалы: вычтите меньшее оцифрованное число из большего и разделите на число промежутков между ними.

Внимательно проверьте единицы измерения: если в ответе требуются паскали (Па), умножьте миллиметры ртутного столба на 133,3.

Следите за направлением изменения давления: при подъёме вверх давление всегда уменьшается, при спуске в шахту или низину — увеличивается.

Используйте шаг высоты 12 метров: умножайте разность давлений в мм рт. ст. на 12 для нахождения высоты в метрах.

Типичные ошибки семиклассников

При решении проверочных работ школьники чаще всего допускают следующие три ошибки:

Путаница между анероидом и манометром

Барометр-анероид измеряет общее атмосферное давление окружающей среды, а манометр предназначен для измерения давления газа внутри закрытого сосуда или разности давлений.

Неверный учёт направления высоты

Ошибочное прибавление разности давлений при подъёме на гору. Чем выше мы находимся, тем меньше воздуха над нами, следовательно, давление наверху всегда меньше, чем внизу!

Прямое сложение мм рт. ст. и паскалей

Сложение величин в разных единицах без предварительного перевода (например, попытка сложить $750\text{ мм рт. ст.}$ и $1000\text{ Па}$ ). Сначала необходимо перевести всё в паскали.

Тренажёры по теме «Барометр-анероид» для 7 класса

Ниже собраны тренажёры с практическими заданиями по теме «Барометр-анероид и измерение давления» для 7 класса. К каждому заданию вы найдёте множество вариантов, пошаговые решения и моментальную проверку ответов. Это поможет уверенно подготовиться к самостоятельным и контрольным работам по физике.

Задача 1

Соответствие физических приборов и явлений

Темы1

Курсы2

Вариант 1

Установите соответствие между техническими устройствами и физическими явлениями, лежащими в основе принципа их действия. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Технические устройства

Физические явления

А) Психрометр

1. расширение жидкостей при нагревании

Б) Паровая турбина

2. превращение внутренней энергии пара в механическую энергию

3. превращение внутренней энергии в механическую

4. уменьшение температуры жидкости при её испарении

Ваш ответ

Наберите ответ

Полный тренажер

Зарегистрируйтесь, чтобы решать дальше

В Экзамео откроются дополнительные задания по теме, проверка прогресса и решения после попытки.

Все тренажёрыПрогресс по темеПерсональный план