Барометр для демонстрации физических законов в газах
Патент 953477
Авторы
Барометр для демонстрации физических законов в газах
Иллюстрации
Реферат
ОП ИСАНИЕ изоь итения
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,Союз Советских
Социапистическин
Республик (ii>953477 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 11.07.80 (21) 2955974/18-10 с присоединением заявки Ля (23) Приоритет
Опубликовано 23. 08. 82. Бюллетень № 31
Дата опубликования описания 25. 08. 82 (5! )М. Кл, G 01 1 7/12
6 09 В 23/12
Геаударстмнный камнтет
СССР нв делам нзабретеннй и открытий (53) УДК 531. .787(088.8) (72) Авторы изобретения
1
Н.Ф. Гонек и А.Н. Бойм
{71) заявители
,54) БАРОМЕТР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ФИЗИЧЕСКИХ
ЗАКОНО-В В ГАЗАХ
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 метеорологических 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 следовало бы 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 отсут2 ствие наглядности при измерении давления.
Наиболее близким к предлагаемому является гравиметр, состоящий из двух сообщающихся через капилляр закрытых сосудов, один иэ которых частично заполнен жидкостью, а уровень жидкости s 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. 3аполненный жидкостью сосуд снабжен краном, позволяющим сообщать этот сосуд с атмосферой, превращая тем самым газовый гравиметр в газовый барометр (2).
Недостатком известного барометра является отсутствие наглядности при измерении давления.
9534?7
1 =Ч;К(a 1,) яо оТ
Цель изобретения - повышение наглядности при измерении атмосферного давления.
Цель достигается тем, что устройство, содержащее укрепленные на неподвижном основании и частично запол ненные подкрашенной жидкостью два сообщающихся сосуда, один из которых сообщен с атмосферой, а к второму подсоединен сильфон с переменным объемом, и неподвижную измерительную шкалу атмосферного давления, снабжено подвижной шкалой, выполненной с возможностью горизонтального перемещения и расположенной между сообщающимися сосудами и неподвижным основанием, причем сильфон эапол. нен подкрашенной жидкостью, а сообщающиеся сосуды выполнены в виде изогнутой стеклянной трубки, образующей три вертикальные ветви, при этом первая ветвЪ соединена с сильфоном, на второй закреплена шкала атмосферного давления, а третья сообщена с атмосферой, причем подвижная шкала выполнена из вертикальйых линий, расположенных на одинаковом расстоянии одна от другой и пересекающихся с ними наклонных линий в точках, ординаты У которых рассчитаны по формуле
1 Ратм -1 Ра.тм РоЖ" о где P - начальное атмосферное давО ление, мм рт. ст.
Т - начальная абсолютная темо пература, К;
Ч - отношение величины газовоо го объема в первой и второй ветвях при начальных P© u
Т к поперечному сечению трубки в 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 подкрашенной жидкости мм/мм рт.ст
На фиг. 1 изображен предложенный барометр, общий вид; на фиг. 2 — подвижная шкала предложенного барометра.
Барометр состоит из продолговатой доски 1, на которой укреплена изогнутая четыре раза под прямыми углами стеклянная трубка 2, образую5 щая между изгибами три вертикальные ветви. К измерительной ветви 3 прикреплена шкала 4 атмосферного давле,ния с нанесенными на ней делениями в соответствии с практически измеря10 емым диапазоном давлений. Нижняя часть компенсационной ветви 5 соединена с жидкостным прессом 6, заполненным подкрашенной жидкостью, например водой, и предназначенным для
15 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 щ в трубке 3 соответствует начальному, нормальному, давлению, равному
760 мм рт.ст. по ее шкале. Ветвь 7 сообщается с атмосферой, Между трубкой 2 и доской 1, на которой она
25 укреплена, расположена подвижная шкала 8, выполненная с возможностью перемещения в горизонтальном направлении. На доске 1 укреплен термометр
9 с имеющимися на практике рабочими
З0 пределами измерения температуры, нао пример от 15оС 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 необходи мости (от 15 С до 25 С). Наклонные линии соединяют точки, ординаты которых рассчитаны по формуле и соответ40 ствуют измеряемым атмосферным давлениям, например от 600 до 8 0 мм рт.ст
Предложенный барометр работает следующим образом.
Подвижная шкала 8 перемещается в горизонтальном направлении до тех
45 пор, пока одна из вертикальных линий ee, соответствующая температуре окружающей среды, измеренной термометром 9, не совместится с осью ветви 9. Изменение атмосферного давле50 ния, например его увеличение, воздеи 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 жидкостногс
953477 пресса 6, уменьшают уровень жидкости, в ветви 5,до совпадения его показания, отсчитанного по наклонным линиям сетчатой шкалы 8, с показанием уровня по шкале 4 в ветви 3. В результате давление воздуха, заключенного . между этими уровнями и отличающееся от атмосферного давления (в нашем примере) на Х=К (Ратм. -760) мм, становится независимым от окружающей температуры.
Наглядность работы барометра достигнута тем, что перемещения уровня, легко наблюдаемые в компенсационной трубке 5, вызывают видимые изменения 15 объема воздуха над этим уровнем давления, определяемого по уровню воды в измерительной трубке 3, а это дает представление взаимосвязи изучаемых физических явлений. 20
Предлагаемый прибор прост в изготовлении, принцип его действия обеспечивает достаточную наглядность при демонстрации законов, связанных с метеорологическими измерениями вели- 25 чины 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 делает прибор более дешевым и совершенно безопасным в работе.
Формула изобретения
Барометр для демонстрации физических законов в газах,,содержащий укрепленные на неподвижном основании 40 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 давления, 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 s виде изогнутой стеклянной трубки, образующей три вертикальные ветви, при этом первая ветвь соединена с ильфоном, на второй закреплена шкала атмосферного давления, а третья сообщена с атмосферой, причем подвижная шкала выполнена из вертикальных линий, расположеннь1х на одинаковом расстоянии одна от другой, и пересекающихся с ними наклонных линий в точках, ординаты У которых рассчитаны по формуле
3 =Мо-1((рати-1 o)1о о
1ратм «Ж тi-1 o)Ото где Р - начальное атмосферное давле0 ние, мм рт. ст.;
То — начальная абсолютная температура, 1(;
Ч - отношение величины газового объема в первой и второй ветвях при начальных Ро и
То к поперечному сечению трубки, мм;
Т вЂ” абсолютная температура окружающей среды, I(;
К - масштабный коэффициент шкалы атмосферного давления, мм/мм рт.ст.;
С вЂ” коэффициент перевода единиЮ
Цы 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
М 59423, кл. G 01 L 7/!2, 15. 10.39.
2. Авторское свидетельство СССР
М 115536, кл. G 01 L 7/12„ 06.05.57.
953"77 фиг.2
Составитель П. Балянина
Тех ед А ° Ач Корректор А. Гриценко сное каэ 2 5 9 ж 7 Подпи
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. /5 /
Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,