البارومتر

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 23 صور
الموسوعة الحرة

البارومتر

البارومتر هو أداة علمية تستخدم لقياس ضغط الهواء في بيئة معينة. يمكن لاتجاه الضغط التنبؤ بالتغيرات قصيرة المدى في الطقس. تُستخدم العديد من قياسات ضغط الهواء في تحليل الطقس السطحي للمساعدة في العثور على أحواض السطح وأنظمة الضغط والحدود الأمامية .

إن أجهزة قياس الضغط الجوي وأجهزة قياس الارتفاع (النوع الأساسي والأكثر شيوعًا لأجهزة قياس الارتفاع ) هي في الأساس نفس الأداة، ولكنها تستخدم لأغراض مختلفة. يهدف جهاز قياس الارتفاع إلى الاستخدام على مستويات مختلفة مطابقة للضغط الجوي المقابل للارتفاع ، بينما يتم الاحتفاظ بمقياس الضغط الجوي عند نفس المستوى ويقيس التغيرات الطفيفة في الضغط الناجمة عن الطقس وعناصر الطقس. يتراوح متوسط ​​الضغط الجوي على سطح الأرض بين 940 و1040 هكتوباسكال (مليبار). يبلغ متوسط ​​الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر 1013 هكتوباسكال (مليبار).

علم أصول الكلمات

كلمة بارومتر مشتقة من الكلمة اليونانية القديمة βάρος ( báros ) وتعني "الوزن" و μέτρον ( métron ) وتعني "قياس".

تاريخ

يُنسب عادةً إلى إيفانجليستا توريشيلي اختراع البارومتر في عام 1643، [1] [2] على الرغم من أن المؤرخ دبليو إي نولز ميدلتون يشير إلى أن التاريخ الأكثر ترجيحًا هو عام 1644 (عندما أبلغ توريشيلي لأول مرة عن تجاربه؛ ولم يُقترح تاريخ 1643 إلا بعد وفاته). [3] كما بنى جاسبارو بيرتي ، عالم الرياضيات والفلك الإيطالي، بارومترًا مائيًا بدائيًا في وقت ما بين عامي 1640 و1644، لكنه لم يكن بارومترًا حقيقيًا لأنه لم يكن مخصصًا للتحرك وتسجيل ضغط الهواء المتغير. [1] [3] وصف العالم والفيلسوف الفرنسي رينيه ديكارت تصميم تجربة لتحديد الضغط الجوي في وقت مبكر من عام 1631، ولكن لا يوجد دليل على أنه بنى بارومترًا عاملاً في ذلك الوقت. [1]

تجربة السيفون الخاصة ببالياني

سيفون

في 27 يوليو 1630، كتب جيوفاني باتيستا بالياني رسالة إلى جاليليو جاليلي يشرح فيها تجربة أجراها حيث فشل سيفون ، يمر فوق تلة يبلغ ارتفاعها حوالي 21 مترًا، في العمل. عندما يتم فتح نهاية السيفون في خزان، ينخفض ​​مستوى الماء في هذا الطرف إلى حوالي 10 أمتار فوق الخزان. [4] استجاب جاليليو بتفسير للظاهرة: اقترح أن قوة الفراغ هي التي أبقت الماء لأعلى، وعند ارتفاع معين أصبحت كمية الماء ببساطة أكثر من اللازم ولم تعد القوة قادرة على الاحتفاظ بمزيد من ذلك، مثل الحبل الذي يمكنه تحمل قدر معين من الوزن فقط. [4] [5] [6] كان هذا إعادة صياغة لنظرية الرعب الفراغي ("الطبيعة تكره الفراغ")، والتي يعود تاريخها إلى أرسطو ، والتي أعاد جاليليو صياغتها باسم مقاومة الفراغ .

تجربة الفراغ لبيرتي

تجربة جاسبارو بيرتي

وصلت أفكار جاليليو، التي قدمها في كتابه Discorsi ( علمان جديدان )، إلى روما في ديسمبر 1638. [7] أثارت هذه الأفكار حماس الفيزيائيين جاسبارو بيرتي والأب رافائيلو ماجيوتي ، وقررا البحث عن طريقة أفضل لمحاولة إنتاج فراغ بخلاف السيفون. ابتكر ماجيوتي مثل هذه التجربة. توجد أربع روايات عن التجربة، كتبت جميعها بعد بضع سنوات. [7] لم يتم تحديد تاريخ دقيق، ولكن نظرًا لأن كتابي علمان جديدان وصلا إلى روما في ديسمبر 1638، وتوفي بيرتي قبل 2 يناير 1644، فإن مؤرخ العلوم دبليو إي نولز ميدلتون يضع الحدث في وقت ما بين 1639 و1643. [7] كان الحاضرون بيرتي وماجيوتي والموسوعي اليسوعي أثناسيوس كيرشر والفيزيائي اليسوعي نيكولو زوكي . [6]

باختصار، كانت تجربة بيرتي تتألف من ملء أنبوب طويل بالماء مع سد طرفيه، ثم وضع الأنبوب في حوض من الماء. تم فتح الطرف السفلي للأنبوب، وسكب الماء الذي كان بداخله إلى الحوض. ومع ذلك، تدفق جزء فقط من الماء الموجود في الأنبوب، وظل مستوى الماء داخل الأنبوب عند مستوى محدد، والذي حدث أن كان 10.3 مترًا (34 قدمًا)، [8] وهو نفس حد الارتفاع الذي لاحظه بالياني في السيفون. كان أهم ما في هذه التجربة هو أن الماء الذي تم إنزاله قد ترك مساحة فوقه في الأنبوب والتي لم يكن لها اتصال وسيط بالهواء لملئها. بدا هذا وكأنه يشير إلى احتمال وجود فراغ في المساحة فوق الماء. [6]

إيفانجليستا توريشيلي

إيفانجليستا توريشيلي

وقد فسّر إيفانجليستا توريشيلي، صديق جاليليو وتلميذه، نتائج التجارب بطريقة مبتكرة. فقد اقترح أن وزن الغلاف الجوي، وليس قوة الجذب التي يولدها الفراغ، هو الذي يمسك الماء في الأنبوب. وفي رسالة إلى مايكل أنجلو ريتشي في عام 1644 بشأن التجارب، كتب:

لقد قال كثيرون إن الفراغ غير موجود، وقال آخرون إنه موجود على الرغم من نفور الطبيعة وبصعوبة؛ ولا أعرف أحداً قال إنه موجود دون صعوبة ودون مقاومة من الطبيعة. وقد زعمت على هذا النحو: إذا كان من الممكن إيجاد سبب واضح يمكن أن تستمد منه المقاومة التي نشعر بها إذا حاولنا خلق فراغ، فمن الحماقة بالنسبة لي أن أحاول أن أعزو إلى الفراغ تلك العمليات التي تنجم بوضوح عن سبب آخر؛ وبالتالي، من خلال إجراء بعض الحسابات السهلة للغاية، وجدت أن السبب الذي أرجعته (أي وزن الغلاف الجوي) لابد وأن يقدم في حد ذاته مقاومة أكبر مما يقدمه عندما نحاول خلق فراغ. [9]

كان من المعتقد تقليديًا، وخاصة من قبل الأرسطويين ، أن الهواء ليس له وزن؛ أي أن كيلومترات الهواء فوق سطح الأرض لا تمارس أي وزن على الأجسام الموجودة أسفلها. حتى جاليليو كان قد قبل انعدام وزن الهواء كحقيقة بسيطة. اقترح توريشيلي أنه بدلاً من قوة الجذب للفراغ التي تمتص الماء، فإن الهواء له وزن بالفعل، والذي يدفع على الماء، ويحمل عمودًا منه. جادل بأن المستوى الذي بقي فيه الماء - حوالي 10.3 متر فوق سطح الماء أدناه - كان يعكس قوة وزن الهواء التي تدفع الماء في الحوض، مما وضع حدًا لمدى انخفاض مستوى الماء في أنبوب طويل مغلق مملوء بالماء. نظر إلى البارومتر كميزان - أداة للقياس - على عكس مجرد أداة لإنشاء فراغ، وبما أنه كان أول من نظر إليه بهذه الطريقة، فهو يُعتبر تقليديًا مخترع البارومتر، بالمعنى الذي نستخدم به المصطلح الآن. [6]

مقياس الضغط الجوي الزئبقي لتوريشيلي

تجربة توريشيلي للزئبق في الأنبوب الزجاجي

وبسبب الشائعات التي انتشرت في الحي الإيطالي الذي كان يعيش فيه توريشيلي، والتي تضمنت أنه كان منخرطًا في شكل من أشكال السحر أو الشعوذة، أدرك توريشيلي أنه يجب عليه إبقاء تجربته سرية لتجنب خطر القبض عليه. كان بحاجة إلى استخدام سائل أثقل من الماء، ومن خلال ارتباطه السابق واقتراحات جاليليو، استنتج أنه باستخدام الزئبق ، يمكن استخدام أنبوب أقصر. مع الزئبق، الذي يبلغ كثافته حوالي 14 مرة أكثر من كثافة الماء، لم تعد هناك حاجة إلى أنبوب يبلغ طوله 80 سم فقط، وليس 10.5 م. [10]

بليز باسكال

بليز باسكال

في عام 1646، كرر بليز باسكال مع بيير بيتيت تجربة توريشيلي وأكملوها بعد أن سمعوا عنها من مارين ميرسين ، الذي عرض عليه توريشيلي التجربة بنفسه نحو نهاية عام 1644. ابتكر باسكال أيضًا تجربة لاختبار الاقتراح الأرسطي القائل بأن الأبخرة من السائل هي التي ملأت الفراغ في مقياس الضغط الجوي. قارنت تجربته الماء بالنبيذ، وبما أن الأخير كان يُعتبر أكثر "روحانية"، فقد توقع الأرسطيون أن يكون النبيذ في مستوى أقل (نظرًا لأن المزيد من الأبخرة يعني المزيد من الضغط على عمود السائل). أجرى باسكال التجربة علنًا، ودعا الأرسطيين للتنبؤ بالنتيجة مسبقًا. توقع الأرسطيون أن يكون النبيذ في مستوى أقل. لم يحدث ذلك. [6]

أول تجربة لقياس الضغط الجوي مقابل الارتفاع

بوي دي دوم
فلورين بيرييه يقيس مستوى الزئبق في مقياس ضغط توريشيلي بالقرب من قمة بوي دي دوم
فلورين بيرييه على Puy de Dôme

ومع ذلك، ذهب باسكال إلى أبعد من ذلك لاختبار النظرية الميكانيكية. إذا كان الهواء، كما يشتبه الفلاسفة الميكانيكيون مثل توريشيلي وباسكال، له وزن، فسيكون الضغط أقل على ارتفاعات أعلى. لذلك، كتب باسكال إلى صهره، فلورين بيرييه، الذي كان يعيش بالقرب من جبل يسمى بوي دي دوم ، يطلب منه إجراء تجربة حاسمة. كان على بيرييه أن يأخذ مقياس ضغط جوي إلى بوي دي دوم ويجري قياسات على طول الطريق لارتفاع عمود الزئبق. كان عليه بعد ذلك أن يقارنه بالقياسات التي تم إجراؤها عند سفح الجبل لمعرفة ما إذا كانت القياسات التي تم إجراؤها أعلى كانت في الواقع أصغر. في سبتمبر 1648، أجرى بيرييه التجربة بعناية ودقة، ووجد أن تنبؤات باسكال كانت صحيحة. وقف عمود الزئبق أقل مع حمل البارومتر إلى ارتفاع أعلى. [6]

أنواع

مقياس ضغط المياه

جهاز جوته

يقدم مفهوم أن انخفاض الضغط الجوي يتنبأ بالطقس العاصف، الذي افترضه لوسيان فيدي ، الأساس النظري لجهاز التنبؤ بالطقس المسمى "زجاج الطقس" أو "مقياس جوته" (سمي على اسم يوهان فولفجانج فون جوته ، الكاتب الألماني الشهير والموسوعي الذي طور مقياس كرة الطقس البسيط ولكنه فعال باستخدام المبادئ التي طورها توريشيلي ). يستخدم بعض المتحدثين باللغة الإنجليزية الاسم الفرنسي ، le baromètre Liègeois . [11] يعكس هذا الاسم أصول العديد من أكواب الطقس المبكرة - نافخي الزجاج في لييج ، بلجيكا . [11] [12]

يتكون مقياس الضغط الجوي من وعاء زجاجي بجسم محكم الغلق، نصفه مملوء بالماء. يتصل بالجسم فوهة ضيقة أسفل مستوى الماء وترتفع فوق مستوى الماء. الفوهة الضيقة مفتوحة على الغلاف الجوي. عندما يكون ضغط الهواء أقل مما كان عليه وقت إغلاق الجسم، سيرتفع مستوى الماء في الفوهة فوق مستوى الماء في الجسم؛ عندما يكون ضغط الهواء أعلى، سينخفض ​​مستوى الماء في الفوهة إلى ما دون مستوى الماء في الجسم. يمكن صنع نوع مختلف من هذا النوع من البارومتر بسهولة في المنزل. [13]

مقياس الزئبق

البارومتر الزئبقي هو جهاز يستخدم لقياس الضغط الجوي في مكان معين وله أنبوب زجاجي رأسي مغلق من الأعلى موضوع في حوض مفتوح مملوء بالزئبق في الأسفل. يتم تعديل الزئبق في الأنبوب حتى يتوازن وزنه مع القوة الجوية المؤثرة على الخزان. يضع الضغط الجوي المرتفع المزيد من القوة على الخزان، مما يجبر الزئبق على الارتفاع في العمود. يسمح الضغط المنخفض للزئبق بالهبوط إلى مستوى أقل في العمود عن طريق خفض القوة المؤثرة على الخزان. نظرًا لأن مستويات درجات الحرارة الأعلى حول الجهاز ستقلل من كثافة الزئبق، يتم تعديل مقياس قراءة ارتفاع الزئبق للتعويض عن هذا التأثير. يجب أن يكون الأنبوب بطول لا يقل عن كمية الانغماس في الزئبق + مساحة الرأس + الحد الأقصى لطول العمود.

رسم تخطيطي لمقياس ضغط زئبقي بسيط مع عمود زئبقي رأسي وخزان في القاعدة

وثّق توريشيلي أن ارتفاع الزئبق في البارومتر يتغير قليلاً كل يوم وخلص إلى أن هذا كان بسبب تغير الضغط في الغلاف الجوي . [1] وكتب: "نحن نعيش مغمورين في قاع محيط من الهواء الأولي، والذي يُعرف من خلال التجارب التي لا تقبل الجدل بأنه ذو وزن". [14] مستوحى من توريشيلي، وجد أوتو فون جيريكه في 5 ديسمبر 1660 أن ضغط الهواء منخفض بشكل غير عادي وتوقع عاصفة حدثت في اليوم التالي. [15]

بارومتر فورتين

يؤدي تصميم مقياس الضغط الجوي الزئبقي إلى التعبير عن الضغط الجوي بالبوصات أو المليمترات من الزئبق (mmHg). تم تعريف التور في الأصل على أنه 1 مم زئبق. يتم تحديد الضغط على أنه مستوى ارتفاع الزئبق في العمود الرأسي. عادةً ما يتم قياس الضغط الجوي بين 26.5 بوصة (670 مم) و31.5 بوصة (800 مم) من الزئبق. يعادل الغلاف الجوي الواحد (1 ضغط جوي) 29.92 بوصة (760 مم) من الزئبق.

أدت تغييرات التصميم لجعل الأداة أكثر حساسية وأسهل للقراءة وأسهل للنقل إلى اختلافات مثل الحوض، والسيفون، والعجلة، والصهريج، وفورتين، والمطوية المتعددة، والقياس الفراغي، ومقاييس التوازن.

في عام 2007، صدر توجيه من الاتحاد الأوروبي لتقييد استخدام الزئبق في أدوات القياس الجديدة المخصصة لعامة الناس، مما أدى فعليًا إلى إنهاء إنتاج البارومترات الزئبقية الجديدة في أوروبا. وظل إصلاح وتجارة التحف (التي تم إنتاجها قبل أواخر عام 1957) غير مقيد. [16] [17]

بارومتر فيتزروي

يجمع مقياس الضغط فيتزروي بين مقياس الزئبق القياسي ومقياس الحرارة، بالإضافة إلى دليل حول كيفية تفسير تغيرات الضغط.

بارومتر فورتين

خزان مقياس الضغط فورتين

تستخدم مقاييس الضغط فورتين خزان زئبقي متغير الإزاحة، وعادة ما يتم تصنيعه باستخدام مسمار إبهام يضغط على قاع غشاء جلدي (V في الرسم التخطيطي). يعوض هذا عن إزاحة الزئبق في العمود مع تغير الضغط. لاستخدام مقياس الضغط فورتين، يتم ضبط مستوى الزئبق على الصفر باستخدام مسمار الإبهام لجعل مؤشر عاجي (O في الرسم التخطيطي) يلامس سطح الزئبق. ثم يتم قراءة الضغط على العمود عن طريق ضبط مقياس الفيرنييه بحيث يلامس الزئبق خط الرؤية عند Z. تستخدم بعض الموديلات أيضًا صمامًا لإغلاق الخزان، مما يتيح دفع عمود الزئبق إلى أعلى العمود للنقل. يمنع هذا تلف العمود بسبب مطرقة الماء أثناء النقل.

مقياس السمبيوزوميتر

مقياس السمبيون مكتوب في الأسفل مقياس السمبيون محسن وفي الأعلى AR Easton، 53 Marischal Street، Aberdeen. مملوك لأحفاد عائلة Hall لبناء السفن في Aberdeen .

مقياس الضغط الجوي هو مقياس ضغط جوي صغير وخفيف الوزن كان يستخدم على نطاق واسع على متن السفن في أوائل القرن التاسع عشر. كما تم استخدام حساسية هذا المقياس لقياس الارتفاع. [18]

تتكون أجهزة قياس الضغط الجوي من جزأين. الأول هو مقياس حرارة الزئبق التقليدي الذي يُستخدم لحساب تمدد أو انكماش السائل في البارومتر. أما الجزء الآخر فهو البارومتر، الذي يتكون من أنبوب على شكل حرف J مفتوح عند الطرف السفلي ومغلق عند الطرف العلوي، مع خزانات صغيرة عند طرفي الأنبوب.

بارومتر العجلات

يستخدم مقياس الضغط الجوي على شكل عجلة أنبوبًا على شكل حرف "J" محكم الغلق في الجزء العلوي من الطرف الأطول. ويكون الطرف الأقصر مفتوحًا للغلاف الجوي ويطفو فوق الزئبق حيث توجد عوامة زجاجية صغيرة. ويتم ربط خيط حريري رفيع بالعوامة التي تمر لأعلى فوق عجلة ثم تعود إلى أسفل إلى ثقل موازن (محمي عادةً في أنبوب آخر). تدير العجلة النقطة الموجودة في مقدمة البارومتر. ومع زيادة الضغط الجوي يتحرك الزئبق من الطرف الأقصر إلى الطرف الطويل، وتسقط العوامة ويتحرك المؤشر. وعندما ينخفض ​​الضغط يتحرك الزئبق للخلف، فيرفع العوامة ويدير القرص في الاتجاه الآخر. [19]

حوالي عام 1810، أصبح مقياس الضغط الجوي على شكل عجلة، والذي يمكن قراءته من مسافة بعيدة، أول أداة عملية وتجارية يفضلها المزارعون والطبقات المتعلمة في المملكة المتحدة. كان وجه مقياس الضغط الجوي دائريًا مع قرص بسيط يشير إلى مقياس يمكن قراءته بسهولة: "مطر - تغير - جاف" مع "تغير" في الجزء العلوي الأوسط من القرص. أضافت الطرز اللاحقة مقياسًا بارومتريًا بتدرجات أدق "عاصف (28 بوصة من الزئبق)، أمطار غزيرة (28.5)، مطر (29)، تغير (29.5)، عادل (30)، معتدل (30.5)، جاف جدًا (31)".

يُعرف ناتالو أيانو بأنه أحد أفضل صانعي مقاييس الضغط الهوائية ذات العجلات، وهو رائد مبكر في موجة من صناع الأدوات اليدوية والمقاييس الهوائية الإيطاليين الذين تم تشجيعهم على الهجرة إلى المملكة المتحدة. وقد أدرج اسمه في قائمة العاملين في هولبورن، لندن، في الفترة من  1785 إلى 1805 تقريبًا. [20] ومنذ عام 1770 فصاعدًا، جاء عدد كبير من الإيطاليين إلى إنجلترا لأنهم كانوا ماهرين في نفخ الزجاج أو صناعة الأدوات. وبحلول عام 1840، كان من العدل أن نقول إن الإيطاليين سيطروا على الصناعة في إنجلترا. [21]

مقياس ضغط الزيت بمضخة التفريغ

أدى استخدام زيت مضخة التفريغ كسائل عامل في مقياس الضغط الجوي إلى إنشاء "أطول مقياس ضغط جوي في العالم" في فبراير 2013. يستخدم مقياس الضغط الجوي في جامعة بورتلاند الحكومية (PSU) زيت مضخة التفريغ المقطر مرتين ويبلغ ارتفاعه الاسمي حوالي 12.4 مترًا لارتفاع عمود الزيت؛ تتراوح الانحرافات المتوقعة في نطاق ±0.4 متر على مدار العام. يتمتع زيت مضخة التفريغ بضغط بخار منخفض جدًا وهو متاح في مجموعة من الكثافات؛ تم اختيار زيت التفريغ الأقل كثافة لمقياس الضغط الجوي في جامعة بورتلاند الحكومية لزيادة ارتفاع عمود الزيت إلى أقصى حد. [22]

البارومتر اللاسائلي

بارومتر أنيرويدي

البارومتر اللاسائلي هو أداة تستخدم لقياس ضغط الهواء كطريقة لا تنطوي على سائل . اخترعه العالم الفرنسي لوسيان فيدي عام 1844 ، [23] يستخدم البارومتر اللاسائلي صندوقًا معدنيًا صغيرًا ومرنًا يسمى خلية لاسائلية (كبسولة)، وهي مصنوعة من سبيكة من البريليوم والنحاس . يتم منع الكبسولة المفرغة (أو عادةً عدة كبسولات، مكدسة لإضافة حركاتها) من الانهيار بواسطة زنبرك قوي. تتسبب التغييرات الصغيرة في ضغط الهواء الخارجي في تمدد الخلية أو انكماشها. يدفع هذا التمدد والانكماش الروافع الميكانيكية بحيث يتم تضخيم الحركات الصغيرة للكبسولة وعرضها على وجه البارومتر اللاسائلي. تتضمن العديد من النماذج إبرة مضبوطة يدويًا تُستخدم لتمييز القياس الحالي حتى يمكن رؤية التغيير. هذا النوع من البارومتر شائع في المنازل والقوارب الترفيهية . كما يتم استخدامه في الأرصاد الجوية ، وخاصة في الباروغرافات وكأداة ضغط في المسبارات الراديوية .

الباروجرافات

تسجيل الضغط الجوي التناظري باستخدام خمس خلايا ضغط جوي مكدسة

الباروغراف هو مقياس ضغط جوي لا سائلي يتم فيه تسجيل التغيرات في الضغط الجوي على مخطط ورقي.

إن مبدأ عمل الباروغراف هو نفس مبدأ البارومتر اللاسائلي. فبينما يعرض البارومتر الضغط على قرص، يستخدم الباروغراف الحركات الصغيرة للصندوق لنقل البيانات بواسطة نظام من الروافع إلى ذراع تسجيل يوجد في نهايته القصوى إما كاتب أو قلم. يسجل الكاتب على رقائق مدخنة بينما يسجل القلم على ورق باستخدام الحبر، الذي يتم تثبيته في سن القلم. يتم تثبيت مادة التسجيل على أسطوانة أسطوانية تدور ببطء بواسطة ساعة. وعادة ما تدور الأسطوانة دورة واحدة في اليوم أو الأسبوع أو الشهر ويمكن للمستخدم غالبًا تحديد معدل الدوران.

بارومترات MEMS

يحتوي جهاز Galaxy Nexus على مقياس ضغط داخلي

أجهزة قياس الضغط الجوي ذات الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (أو MEMS) عبارة عن أجهزة صغيرة للغاية يتراوح حجمها بين 1 و100 ميكرومتر (0.001 إلى 0.1 مم). يتم إنشاؤها عن طريق الطباعة الضوئية أو المعالجة الضوئية الكيميائية . تشمل التطبيقات النموذجية محطات الطقس المصغرة، ومقاييس الضغط الجوي الإلكترونية، ومقاييس الارتفاع. [24]

يمكن أيضًا العثور على مقياس الضغط الجوي في الهواتف الذكية مثل Samsung Galaxy Nexus ، [25] و Samsung Galaxy S3-S6، وMotorola Xoom، وApple iPhone 6 وأجهزة iPhone الأحدث، وساعة Timex Expedition WS4 الذكية ، استنادًا إلى تقنيات MEMS واستشعار الضغط المقاوم للضغط . [26] [27] كان الغرض الأصلي من تضمين مقاييس الضغط الجوي في الهواتف الذكية هو توفير قفل GPS أسرع . [28] ومع ذلك، لم يتمكن الباحثون من جهات خارجية من تأكيد دقة GPS الإضافية أو سرعة القفل بسبب القراءات البارومترية. يقترح الباحثون أن تضمين مقاييس الضغط الجوي في الهواتف الذكية قد يوفر حلاً لتحديد ارتفاع المستخدم، لكنهم يقترحون أيضًا أنه يجب التغلب على العديد من المزالق أولاً. [29]

المزيد من البارومترات غير العادية

ساعة Timex Expedition WS4 في وضع الرسم البياني البارومتري مع وظيفة التنبؤ بالطقس

هناك العديد من الأنواع الأخرى غير المعتادة من البارومتر. من الاختلافات في مقياس العاصفة، مثل مقياس كولينز الجدولي الحاصل على براءة اختراع، إلى التصميمات ذات المظهر التقليدي مثل مقياس هوك لقياس الضغط الجوي ومقياس روس لقياس الضغط الجوي. بعضها، مثل مقياس شارك أويل، [30] يعمل فقط في نطاق درجة حرارة معين، يتحقق في المناخات الأكثر دفئًا.

التطبيقات

مقياس الضغط الجوي الرقمي

تم استخدام الضغط الجوي واتجاه الضغط (تغير الضغط بمرور الوقت) في التنبؤ بالطقس منذ أواخر القرن التاسع عشر. [31] عند استخدامه مع ملاحظات الرياح، يمكن إجراء تنبؤات قصيرة المدى دقيقة إلى حد معقول. [32] تسمح القراءات البارومترية المتزامنة من شبكة من محطات الطقس بإنتاج خرائط لضغط الهواء، والتي كانت أول شكل من أشكال خريطة الطقس الحديثة عند إنشائها في القرن التاسع عشر. خطوط الضغط المتساوية، عند رسمها على مثل هذه الخريطة، تعطي خريطة كفاف توضح مناطق الضغط المرتفع والمنخفض. [33] يعمل الضغط الجوي المرتفع الموضعي كحاجز أمام أنظمة الطقس المقتربة، ويحول مسارها. يؤدي الرفع الجوي الناجم عن تقارب الرياح المنخفضة المستوى إلى السطح إلى ظهور السحب وأحيانًا هطول الأمطار . [34] كلما زاد التغير في الضغط، خاصةً إذا كان أكثر من 3.5 هيكتوباسكال (0.1 بوصة زئبقية)، زاد التغير في الطقس المتوقع. إذا كان انخفاض الضغط سريعًا، فهذا يعني اقتراب نظام الضغط المنخفض ، وهناك فرصة أكبر لهطول الأمطار. وترتبط الارتفاعات السريعة في الضغط ، مثل تلك التي تحدث في أعقاب جبهة باردة ، بتحسن الظروف الجوية، مثل صفاء السماء. [35]

مع انخفاض ضغط الهواء، يمكن للغازات المحاصرة داخل الفحم في المناجم العميقة أن تهرب بحرية أكبر. وبالتالي فإن الضغط المنخفض يزيد من خطر تراكم شعلات الحريق . لذلك، تتعقب مناجم الفحم الضغط. في حالة كارثة منجم تريمدون جرينج عام 1882، لفت مفتش المناجم الانتباه إلى السجلات وذكر في التقرير "يمكن اعتبار ظروف الغلاف الجوي ودرجة الحرارة أنها وصلت إلى نقطة خطيرة". [36]

تُستخدم البارومترات اللاسائلية في الغوص . ويُستخدم مقياس ضغط غاطس لتتبع محتويات خزان الهواء الخاص بالغواص. ويُستخدم مقياس آخر لقياس الضغط الهيدروستاتيكي، والذي يُعبر عنه عادةً بعمق مياه البحر. ويمكن استبدال أي من المقياسين أو كليهما بإصدارات إلكترونية أو كمبيوتر غوص. [37]

التعويضات

درجة حرارة

تتغير كثافة الزئبق مع زيادة أو نقصان درجة الحرارة، لذا يجب ضبط القراءة لتتناسب مع درجة حرارة الجهاز. ولهذا الغرض، عادة ما يتم تركيب ميزان حرارة زئبقي على الجهاز. يتم تحقيق تعويض درجة الحرارة لمقياس الضغط الجوي اللاسائلي من خلال تضمين عنصر ثنائي المعدن في الروابط الميكانيكية. عادةً لا تحتوي مقاييس الضغط الجوي اللاسائلي التي تباع للاستخدام المنزلي على تعويض على افتراض أنها ستُستخدم ضمن نطاق درجة حرارة الغرفة الخاضعة للرقابة.

ارتفاع

مقياس الضغط الجوي الرقمي مع إعداد مقياس الارتفاع (للتصحيح) معروض

وبما أن ضغط الهواء ينخفض ​​عند الارتفاعات فوق مستوى سطح البحر (ويزداد تحت مستوى سطح البحر)، فإن القراءة غير المصححة للبارومتر ستعتمد على موقعه. ثم يتم تعديل القراءة إلى ضغط مكافئ لمستوى سطح البحر لأغراض الإبلاغ. على سبيل المثال، إذا تم نقل بارومتر يقع عند مستوى سطح البحر وفي ظل ظروف جوية جيدة إلى ارتفاع 1000 قدم (305 م)، فيجب إضافة حوالي 1 بوصة من الزئبق (~35 هيكتوباسكال) إلى القراءة. يجب أن تكون قراءات البارومتر في الموقعين هي نفسها إذا كانت هناك تغييرات لا تذكر في الوقت والمسافة الأفقية ودرجة الحرارة. إذا لم يتم ذلك، فسيكون هناك مؤشر خاطئ على اقتراب عاصفة عند الارتفاع الأعلى.

تحتوي البارومترات اللاسائلية على تعديل ميكانيكي يسمح بقراءة ضغط مستوى سطح البحر المكافئ مباشرة ودون مزيد من التعديل إذا لم يتم نقل الجهاز إلى ارتفاع مختلف. يشبه ضبط البارومتر اللاسائلي إعادة ضبط الساعة التناظرية التي ليست في الوقت الصحيح. يتم تدوير قرصها بحيث يتم عرض الضغط الجوي الحالي من بارومتر معروف ودقيق وقريب (مثل محطة الأرصاد الجوية المحلية ). لا يلزم إجراء أي حساب، حيث تم تحويل قراءة البارومتر المصدر بالفعل إلى ضغط مستوى سطح البحر المكافئ، ويتم نقل هذا إلى البارومتر الذي يتم ضبطه - بغض النظر عن ارتفاعه. على الرغم من ندرة ذلك إلى حد ما، إلا أن بعض البارومترات اللاسائلية المخصصة لمراقبة الطقس يتم معايرة ضبطها يدويًا للارتفاع. في هذه الحالة، فإن معرفة الارتفاع أو الضغط الجوي الحالي سيكون كافياً للقراءات الدقيقة في المستقبل.

يوضح الجدول أدناه أمثلة لثلاثة مواقع في مدينة سان فرانسيسكو ، كاليفورنيا . لاحظ أن قراءات البارومتر المصححة متطابقة، وتستند إلى ضغط مكافئ عند مستوى سطح البحر. (افترض أن درجة الحرارة 15 درجة مئوية).

موقع الارتفاع
(قدم)		 P atm
غير مصحح (بوصة زئبق)		 P atm المصحح
(بوصة زئبق)		 الارتفاع
(متر)		 ضغط جوي غير مصحح
(هكتوباسكال)		 ضغط جوي مصحح
(هكتوباسكال)
سيتي مارينا (مستوى سطح البحر) 0 29.92 29.92 0 1013 هكتوباسكال 1013 هكتوباسكال
نوب هيل 348 29.55 29.92 106 1001 هكتوباسكال 1013 هكتوباسكال
جبل ديفيدسون 928 28.94 29.92 283 980 هكتوباسكال 1013 هكتوباسكال

في عام 1787، أثناء رحلة علمية إلى مونت بلانك ، أجرى دي سوسير أبحاثًا ونفذ تجارب فيزيائية على نقطة غليان الماء على ارتفاعات مختلفة. حسب الارتفاع في كل من تجاربه عن طريق قياس المدة التي يستغرقها موقد كحول لغلي كمية من الماء، وبهذه الوسائل حدد ارتفاع الجبل ليكون 4775 مترًا. (تبين لاحقًا أن هذا أقل بـ 32 مترًا من الارتفاع الفعلي البالغ 4807 مترًا). لهذه التجارب، أحضر دي سوسير معدات علمية محددة، مثل مقياس الضغط الجوي ومقياس الحرارة . كانت درجة غليان الماء المحسوبة في أعلى الجبل دقيقة إلى حد ما، بفارق 0.1 كلفن فقط. [38]

وبناءً على نتائجه، يمكن تطوير مقياس الارتفاع كتطبيق محدد للبارومتر. وفي منتصف القرن التاسع عشر، استخدم المستكشفون هذه الطريقة. [39]

معادلة

عندما يتم قياس الضغط الجوي بواسطة البارومتر، يُشار إلى الضغط أيضًا باسم "الضغط الجوي". افترض أن البارومتر ذو مساحة مقطع عرضي A وارتفاع h ومملوء بالزئبق من الأسفل عند النقطة B إلى الأعلى عند النقطة C. يكون الضغط عند أسفل البارومتر، النقطة B، مساويًا للضغط الجوي. يمكن اعتبار الضغط عند القمة تمامًا، النقطة C، صفرًا لأنه لا يوجد سوى بخار الزئبق فوق هذه النقطة وضغطها منخفض جدًا بالنسبة للضغط الجوي. لذلك، يمكن للمرء إيجاد الضغط الجوي باستخدام البارومتر وهذه المعادلة: [40] [ التوضيح مطلوب ]

ضغط جوي = ρgh

حيث ρ هي كثافة الزئبق، وg هي تسارع الجاذبية، وh هو ارتفاع عمود الزئبق فوق مساحة السطح الحرة. الأبعاد الفيزيائية (طول الأنبوب ومساحة المقطع العرضي للأنبوب) للبارومتر نفسه ليس لها تأثير على ارتفاع عمود السائل في الأنبوب.

في الحسابات الديناميكية الحرارية، وحدة الضغط المستخدمة بشكل شائع هي "الغلاف الجوي القياسي". هذا هو الضغط الناتج عن عمود من الزئبق يبلغ ارتفاعه 760 مم عند 0 درجة مئوية. بالنسبة لكثافة الزئبق، استخدم ρ Hg = 13,595 كجم/م 3 وللتسارع الجاذبي استخدم g = 9.807 م/ث 2 .

إذا تم استخدام الماء (بدلاً من الزئبق) لتلبية الضغط الجوي القياسي، فسوف نحتاج إلى عمود ماء يبلغ طوله حوالي 10.3 متر (33.8 قدمًا).

الضغط الجوي القياسي كدالة للارتفاع:

ملاحظة: 1 تور = 133.3 باسكال = 0.03937 بوصة زئبقية

ضغط جوي / كيلو باسكال الارتفاع
(م)		 ضغط جوي /بوصة زئبقية الارتفاع
(قدم)
101.325 (مستوى سطح البحر) 0 29.92 (مستوى سطح البحر) 0
97.71 305 28.86 1000
94.21 610 27.82 2000
89.88 1000 26.55 3,281
84.31 1,524 24.90 5000
79.50 2000 23.48 6,562
69.68 3,048 20.58 10000
54.05 5000 15.96 16,404
46.56 6,096 13.75 20000
37.65 7,620 11.12 25000
32.77 8,848 * 9.68 29,029*
26.44 10000 7.81 32,808
11.65 15,240 3.44 50,000
5.53 20000 1.63 65,617
* ارتفاع جبل ايفرست ، أعلى نقطة على وجه الأرض

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ abcd Heidorn, Keith C. (1 January 2002). "The Invention of the Barometer". Islandnet.com. مؤرشف من الأصل في 14 مايو 2011. تم الاسترجاع في 4 فبراير 2010 .
  2. ^ "تاريخ البارومتر". Barometerfair.com. مؤرشف من الأصل في 2009-09-25 . تم الاسترجاع في 2010-02-04 .
  3. ^ ab Drake, Stillman (1970). "Berti, Gasparo". قاموس السيرة العلمية . المجلد 2. نيويورك: Charles Scribner's Sons. ص 83-84. ISBN 978-0-684-10114-9.
  4. ^ ab Middleton, WE Knowles. (1964). تاريخ البارومتر. مطبعة جونز هوبكنز. ص 9.
  5. ^ شيا، ويليام ر. (2003). تصميم التجارب وألعاب الحظ: العلم غير التقليدي لبليز باسكال. منشورات تاريخ العلوم. ص 21-. ISBN 978-0-88135-376-1تم الاسترجاع بتاريخ 10 أكتوبر 2012 .
  6. ^ abcdef "تاريخ البارومتر". Strange-loops.com. 2002-01-21. مؤرشف من الأصل في 6 يناير 2010. تم الاسترجاع في 2010-02-04 .
  7. ^ abc Middleton, WE Knowles. (1964). تاريخ البارومتر. بالتيمور، مطبعة جونز هوبكنز. ص 10.
  8. ^ جيليسبي، تشارلز كولستون (1960). حافة الموضوعية: مقال في تاريخ الأفكار العلمية . مطبعة جامعة برينستون. ص 99-100. ISBN 0-691-02350-6.
  9. ^ “رسالة توريسيلي إلى مايكل أنجلو ريتشي”. Web.lemoyne.edu . تم الاسترجاع 2010-02-04 .
  10. ^ "تاريخ مختصر للبارومتر". Barometer.ws. مؤرشف من الأصل في 14 يناير 2010. تم الاسترجاع في 2010-02-04 .
  11. ^ من قبل جيرارد إل إي تيرنر، الأدوات العلمية في القرن التاسع عشر ، دار نشر سوثبي، 1983، ص 236، رقم ISBN 0-85667-170-3 
  12. ^ كلاوس زيتل، فلسفات التكنولوجيا: فرانسيس بيكون ومعاصروه ، بريل 2008، ص 115، 116 ISBN 90-04-17050-2 
  13. ^ Jet Stream. Learning Lesson: Measure the Pressure – The "Wet" Barometer. تم الاسترجاع في 2019-01-21.
  14. ^ سترينجوايز، إيان. قياس البيئة الطبيعية . مطبعة جامعة كامبريدج، 2000، ص 92.
  15. ^ لي، ويلي (يونيو 1966). "النظام الشمسي المعاد تصميمه". لمعلوماتك. الخيال العلمي للمجرة . ص 94-106.
  16. ^ جونز هـ. (10 يوليو 2007). "الاتحاد الأوروبي يحظر استخدام الزئبق في البارومتر ومقاييس الحرارة". رويترز . تم الاسترجاع في 12 سبتمبر 2017 .
  17. ^ "حظر بيع أدوات القياس التي تحتوي على الزئبق - أعضاء البرلمان الأوروبي يوافقون على إعفاء الباروميتر لمدة عامين". البرلمان الأوروبي . 10 يوليو 2007. تم الاسترجاع في 11 مايو 2021 .
  18. ^ ستانتون، ويليام (1975). البعثة الاستكشافية الكبرى للولايات المتحدة . بيركلي: مطبعة جامعة كاليفورنيا. ص 126. ISBN 0520025571.
  19. ^ هود، جان (5 ديسمبر 2017). "Barometers : History, working and styles" . تم الاسترجاع في 21 يونيو 2020 .
  20. ^ “ناتالو أيانو”. صفحة عنا . ج. أيانو وأولاده المحدودة 22 مايو 2017.
  21. ^ نيكولاس، جوديسون (1977). البارومترات الإنجليزية 1680-1860: تاريخ البارومترات المحلية وصانعيها وتجارها بالتجزئة (طبعة منقحة ومُنقحة). نادي هواة جمع التحف. رقم ISBN 978-0902028524.
  22. ^ توملينسون، ستيوارت (10 فبراير 2013) قد يكون البارومتر الكبير في جامعة بورتلاند الحكومية هو الأطول في العالم. oregonlive.com
  23. ^ فيغيير، لويس؛ غوتييه، إميل (1867). السنة العلمية والصناعية. L. هاشيت وآخرون. ص 485-486.
  24. ^ "مستشعر الضغط الجوي MEMS". Sensors & Transducers E-Digest . 92 (4). 2008. تم الاسترجاع في 13 يونيو 2014 .
  25. ^ هذا هو Samsung Galaxy Nexus، هاتف Android الرسمي الجديد من Google محفوظ في 10 أغسطس 2012 على موقع Wayback Machine . Gizmodo.com (18 أكتوبر 2011). تم الاسترجاع في 15 نوفمبر 2011.
  26. ^ مولين، براد (2011-10-20). "خلف الزجاج: جولة مفصلة داخل هاتف سامسونج جالاكسي نيكسوس". Engadget . Engadget . مؤرشف من الأصل في 2014-12-05 . تم الاسترجاع في 2015-06-23 . مستشعر الضغط الجوي: BOSCH BMP180
  27. ^ "BMP180: Digital, barometric pressure sensor" (PDF) . بوش . مؤرشف من الأصل (PDF) في 2015-06-23 . تم الاسترجاع 2015-06-23 .
  28. ^ شرح مقياس البارومتر لجهاز Galaxy Nexus، سام شامبيون لم يفقد وظيفته. Engadget (2011-10-20). تم الاسترجاع في 2011-12-03.
  29. ^ موراليدهاران ، كارتيك. خان، عظيم جافيد؛ ميسرا، أرشان؛ بالان، راجيش كريشنا؛ أغاروال ، شاراد (26/02/2014). “أجهزة استشعار الهاتف البارومترية – ضجيج أكثر من الأمل!”. ايه سي ام هوت موبايل : 2 . تم الاسترجاع 2015/06/23 .
  30. ^ مقياس زيت القرش محفوظ في 20 يوليو 2011، على موقع واي باك مشين مقياس العالم.
  31. ^ فهم ضغط الهواء. USA Today .
  32. ^ استخدام الرياح والبارومتر للتنبؤ بالطقس. USA Today (17 مايو 2005).
  33. ^ هوبكنز، إدوارد ج. (10 يونيو 1996). "مخطط تحليل الطقس السطحي". جامعة ويسكونسن. مؤرشف من الأصل في 28 أبريل 2007. تم الاسترجاع في 10 مايو 2007 .
  34. ^ بيرس، روبرت بينروز (2002). علم الأرصاد الجوية في الألفية. أكاديميك بريس. ص 66. ISBN 978-0-12-548035-2. تم الاسترجاع بتاريخ 2009-01-02 .
  35. ^ تطبيق البارومتر لمراقبة الطقس. طبيب الطقس.
  36. ^ تقرير عن الانفجار الذي وقع في منجم تريمدون جرينج في 16 فبراير 1882 ، تم استرجاعه في 23 يوليو 2015
  37. ^ موسوعة الغوص الترفيهي . سانتا آنا، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية: رابطة مدربي الغوص المحترفين . 1990. ص 3-96-3-99. ISBN 978-1-878663-02-3.
  38. ^ "مقياس كلفن في العمق" . تم الاسترجاع في 12 فبراير 2020 .[ رابط ميت دائم ]
  39. ^ Berberan-Santos, MN; Bodunov, EN; Pogliani, L. (1997). "حول الصيغة البارومترية". المجلة الأمريكية للفيزياء . 65 (5): 404–412. Bibcode :1997AmJPh..65..404B. doi :10.1119/1.18555.
  40. ^ Cengal, Yunus A. و Boles, Michael A. (2014) Thermodynamics: An Engineering Approach . McGraw-Hill Education. ISBN 978-0073398174 

قراءة إضافية

  • "البارومتر"  . الموسوعة البريطانية . المجلد 3 (الطبعة الحادية عشرة). 1911.
  • بيرش، ديفيد ف. دليل البارومتر: نظرة حديثة على البارومتر وتطبيقات الضغط الجوي . سياتل: منشورات ستارباث (2009)، رقم ISBN 978-0-914025-12-2 . 
  • ميدلتون، دبليو إي نولز. (1964). تاريخ البارومتر . بالتيمور: مطبعة جونز هوبكنز. طبعة جديدة (2002)، ISBN 0-8018-7154-9 . 

براءات الاختراع

جدول النيوماتيك، 1728
  • الولايات المتحدة 2194624، جورجيا تيترينجتون الابن، "مقياس ضغط الحجاب الحاجز الذي يحتوي على وسائل تعويض درجة الحرارة"، صدر في 1940-03-26، مخصص لشركة Bendix Aviat Corp. 
  • براءة اختراع أمريكية رقم 2,472,735 : سي جيه أولريش: " أداة قياس الضغط الجوي "
  • براءة اختراع أمريكية رقم 2,691,305 : HJ Frank: " مقياس الارتفاع البارومتري "
  • براءة اختراع أمريكية رقم 3,273,398 : DCWT Sharp: " مقياس الضغط الجوي اللاسائلي "
  • براءة اختراع أمريكية رقم 3,397,578 : HA Klumb: " آلية تضخيم الحركة لحركة الأجهزة المستجيبة للضغط "
  • براءة اختراع أمريكية رقم 3,643,510 : ف. ليساو: " مقاييس ضغط إزاحة السوائل "
  • براءة اختراع أمريكية رقم 4,106,342 : OS Sormunen: " أداة قياس الضغط "
  • براءة اختراع أمريكية رقم 4,238,958 : H. Dostmann: " مقياس الضغط الجوي "
  • براءة اختراع أمريكية رقم 4,327,583 : T. Fijimoto: " جهاز التنبؤ بالطقس "
تحتوي ويكيميديا ​​كومنز على الوسائط المتعلقة بـ البارومتر .
  • أعمال متعلقة بملاحظات حول البارومتر البحري ... على ويكي مصدر
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Barometer&oldid=1250232195"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate