Měření atmosférického tlaku

• dnes je zcela běžně známé, že atmosférický tlak se v průběhu času mění
  • v každé větší předpovědi počasí slyšíme, zda tlak bude stoupat, či klesat, jaký byl tlak apod.
• na velikosti atmosférického tlaku závisí spousata fyzikálních konstant a jevů, např.:
  • velikost atmosférického tlaku má výraznější vliv na hustotu vzduchu (bude probíráno později)
  • běžně známé je, že vysoko v horách je problém správně uvařit vejce (stačí naše, relativně nízké hory - Krkonoše či slovenské Tatry)
    • teplota varu ve výrazně závislá na atmosférickém tlaku - čím nižší tlak, který s nadmořskou výškou klesá (viz následující stránka), tím nižší teplota varu vody 
      • u moře to je okolo 100 °C a někde vysoko v Himalájích třeba jen 40 °C - 50 °C
  • pro rychlejší uvaření potravin používáme tlakový hrnec
    • nad volnou hladinou vody v utěsněném hrnci dojde vlivem zvýšení teploty k růstu tlaku a tím k růstu teploty varu

Měření atmosférického tlaku:

• obecně se k měření tlaku plynu (vzduchu) používají manometry, česky tlakoměry
• pro manometry na měření atmosférického tlaku obvykle používáme název barometr
  • název vychází z vedlejší jednotky pro tlak - bar
    • až do nedávné doby - 90. léta 20. st. se udával tlak při předpovědi počasí ještě v této jednotce, přesněji v milibarech
    • lze nalézt na mnohých barometrech vyrobených v 2. polovině 20. století
• rtuťový barometr - viz obr.:
  • vychází z Torricelliho experimentu (viz předchozí stránka)
    • vedná se o cca 1 m dlouhou trubici na horním konci zatavenou, na spodním konci zatočenou do tvaru písmene U
    • na konci druhého ramene je baňka s otvorem v horní části - nahrazuje misku, do které u Torricelliho vytékala přebytečná rtuť
    • druhé rameno je výrazně kratší tak, aby vzdálenost hladin rtuti v baňce a dlouhém ramenu byla okolo 75 cm
  • výroba:
    • poté, co skláři vyrobí skleněný korpus, je barometr vzhůru nohama naplněn šikovně rtutí, dlouhé rameno je plné rtuti
    • na to se barometr otočí do správné polohy (o 180°) a z dlouhého reamene začne vytékat do baňky na kratším ramenu rtuť
    • u zataveného konce vzniká Torricelliho vakuum
    • celý děj končí vyrovnáním atmosférického tlaku na volnou hladinu v baňce a hydrostatického tlaku rtuťového sloupce
  • velikost tlaku se určí z rovnosti hydrostatického tlaku rtuti a atmosférickéo tlaku
  • tlakoměr je považován za nejpřesnější tlakoměr vůbec
  • používá se v laboratořích
  • při určitých laboratorních měření se pak tlak vypočítává přesně pro danou chvíli měření,kdy se započítávají i další parametry, jako je teplota, na které závisí hustota rtuti apod.
  • pro orientační měření má stupnici


• aneroid:
  • princip - viz obr.:
    • jedná se o uzavřenou vzduchoprázdnou baňku z velmi tenkého a pružného plechu, která je schopna reagovat na změny atmosférického tlaku
    • pokud je tlak vyšší, baňka je stlačena více (střední obrázek)
    • pokud je tlak nižší, baňka je stlačena méně (pravý obrázek)
    • při slušném zacházení má velmi vysokou životnost - i víc jak sto let
  • použití:
    • využívá se v domácnostech pro orientační měření
    • lze ho použít i pro přesnější měření např. v meteorologických budkách
    • je základem barografů - zařízení, která místo ručičky mají inkoustové pero a místo stupnice mají milimetrový papír, který se rovnoměrným pohybem posouvá a na který je zaznamenán průběh tlaku vzduchu v průběhu dne nebo týdne

aneroid - konec 19. st - poč. 20. st. (Petrova bouda Krkonoše)	aneroid - 20. -  30. léta 20.st.
modrá ručička měří tlak, zlatou ručičku lze manuálně nastavit každý den ve stejnou dobu do zákrytu s modrou a následně můžeme vidět, zda tlak stoupá, či klesá

• Goethův barometr:
  • je vynález Johana Wolfganga Goetha známeného u nás spíše jako velkého německého básníka než přírodovědce, kterým byl
  • jedná se o větší uzavřenou kouli spojenou U trubicí s menší otevřenou koulí
  • barometr se naplní tekutinou (olej, eventuálně voda), ale tak, aby nad volnou hladinou ve velké kouli zůstal vzduch, jehož tlak odpovídá okamžiku, jaký byl v čase plnění 
  • v druhém rameni se nechá volný prostor
  • na volnou hladinu působí atmosférický tlak
  • pokud atmosférický tlak stoupá, je vyšší, než tlak na hladinu v uzavřené kouli a v rameni s volnou hladinou tekutina klesá
  • pokud atmosférický tlak klesá, je tlak na hladinu v uzavřené kouli větší a vytlačuje kapalinu do ramene s volnou hladinou
  • barometr může ukázat spíše změny tlaku, než přesnou hodnotu
  • může měřit pouze, když teplota v místnosti je konstantní, tj. neměnná
    • teplota velmi ovlivňuje tlak nad hladinou v uzavřené kouli

Pro základní fyzikální měření a určení základních fyzikálních konstant byl stanoven tzv. normální atmosférický tlak p_n:
p_n = 101 325 Pa,
ke kterému se vztahuje většina fyzikálních konstant, které mohou záviset na okolním tlaku.

Jednotky tlaku:

• pascal:
  • základní jednotka tlaku, ve které dnes ve fyzice měříme
• bar:
  • jednotka, s kterou se bylo možné potkat při měření tlaku v meteorologiii do 90. let 20 st.
  • lze ji do dnešních dnů nalézt na barometrech (aneroidech) vyrobených v 2. polovině 20. st.
  • občas se s ní setkáme při měření tlaku plynu např. v pneumatikách
  • 1 bar = 100 kPa;  1 mbar = 1 hPa
• torr:
  • 1 torr (podle Torricelliho) odpovídá sloupci 1 mm rtuti
  • s jednotkou se lze setkat na aneroidech vyrobených v první polovině 20. st. a dříve
  • do dnešních dnu se používá v lékařství - měření tlaku krve a očního tlaku
    • řekne-li vám lékař, že máte tlak 120 na 70 (120/70), znamená to, že při stahu (systole) srdce je tlak 120 torrů (mm rtuti) a při uvolnění srdce (diastole) je tlak 70 torrů (mm rtuti)
  • 1 torr _≐ 133,32 Pa (zaokr.)