Барометр для демонстрации физических законов в газах Советский патент 1982 года по МПК G01L7/12 G09B23/12 

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 изучении разделов физики в объеме школьной программы, касающихся 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 влиянием температурных измерений в точности следовалобы за перемещением конца ртутного столбика термометра 1 . Недостатком известного барометра является наличие в его трубке ртути, что нежелательно в школьных условиях из-за токсичности ее паров, ,и отсутствие 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 вляется отсутствие наглядности при змерении давления. Цель изобретения - повышение наглядности при измерении атмосферного давления. Цель достигается тем, что устрой ство, содержащее укрепленные на неподвижном основании и частично запо ненные подкрашенной жидкостью два сообщающихся сосуда, один из которы сообщен с атмосферой, а к второму подсоединен сильфон с переменным объемом, и неподвижную измерительную шкалу, атмосферного давления, снабжено подвижной шкалой, выполнен ной с возможностью горизонтального перемещения и расположенной меж.ду сообщающимися сосудами и неподвижным основанием, причем сильфон запо нен подкрашенной жидкостью, а сообщающиеся сосуды выполнены в виде изогнутой стеклянной трубки, образу щей три вертикальные ветви, при это перваяветв 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 --Vo-KiPoTM-Po)LP«T(A-2- iPQTM- o)/c3To, где i - начальное атмосферное давление, мм рт.сТ. Т - начальная абсолютная температура, К; УО - отношение величины газового объема в первой и второ ветвях при начальных Р и Т к поперечному сечению трубки в мм; Т - абсолютная температура окружающей среды. К; К - масштабный коэффициент шка лы атмосферного давления мм/мм рт.ст. С - коэффициент перевода едини цы измерения атмосферного давления, миллиметр ртутно столба в миллиметр подкрашенной жидкости у мм/мм рт. На фиг. 1 изображен предложенный барометр, общий вид; на фиг. 2 - по вижная шкала предложенного барометр Барометр состоит из продолговатой доски 1, на которой укреплена изогнутая четыре раза под прямыми углами стеклянная трубка 2, образующая между изгибами три вертикальные ветви. К. измерительной ветви 3 прикреплена шкала k атмосферного давления с нанесенными на ней делениями и соответствии с практически измеряемым диапазоном давлений. Нижняя часть компенсационной ветви 5 соединена С жидкостным прессом 6, заполненным подкрашенной жидкостью, например водой, и предназначенным для 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 в трубке 3 соответствует начальному, нормальному, давлению, равному 7бО мм рт.ст, по ее шкале. Ветвь 7 сообщается с атмосферой. Между трубкой 2 и доской 1, на которой она укреплена, расположена подвижная шкала 8, выполненная с возможностью перемещения в горизонтальном направлении. На доске 1 укреплен термометр 9 с имеющимися на практике рабочими 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 соответствует одной из рабочих температур в пределах практической необходимости (от 15°С до 25°С). Наклонные линии соединяют точки, ординаты которых рассчитаны по формуле и соответствуют измеряемым атмосферным давлениям, например от 600 до 850 мм рт.ст Предложенный барометр работает следующим образом. Подвижная шкала 8 перемещается 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 давления, 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 пресса 6, уменьшают уровень жидкости в ветви 5.до совпадения его показания, отсчитанного по наклонным линия сетчатой шкалы 8, с показанием уровня по шкале k в ветви 3. В результате давление воздуха, заключенного между этими уровнями и отличающееся от атмосферного давления (в нашем примере) на (Ратм. -убО) мм, становится независимым от окружающей те лпературы. 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 величины 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. Замена ртути на подкрашенную воду дела ет прибор более, дешевым и совершенно безопасным в работе. Формула изобретения Барометр для демонстрации физичес ких законов в газах, содержащий 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 дав ления, отличающийся тем что, с целью повышения наглядности при измерении давления, он снабжен 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 изог нутой стеклянной трубки, образующей три вертикальные ветви, при этом первая ветвь соединена с tильфoнpм, 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 N-Vo-KlPcsTjA-Po). .. PoVoi tPmM-2-HPaT.w-Po)/c3To где Р - начальное атмосферное давление, мм рт.ст.; TQ - начальная абсолютная температура, К; - отношение величины газового объема в первой и второй ветвях при начальных Рд и TO к поперечному сечению трубки, 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 подкрашен,ной жидкости, мм/мм рт.ст. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 59it23, кл. G 01 L 7/12, 15.10.39. 2.Авторское свидетельство СССР № 115536, кл. G 01 17/12,06.03.57.