Barometre
Barometre, belirli bir ortamdaki hava basıncını ölçmek için kullanılan bilimsel bir araçtır. Basınç eğilimi, hava durumundaki kısa vadeli değişiklikleri tahmin edebilir. Hava basıncının birçok ölçümü, yüzey çukurlarını, basınç sistemlerini ve cephe sınırlarını bulmaya yardımcı olmak için yüzey hava analizinde kullanılır. ⓘ
Barometreler ve basınç altimetreleri (en temel ve yaygın altimetre türü) esasen aynı cihazlardır, ancak farklı amaçlar için kullanılırlar. Bir altimetre, irtifaya karşılık gelen atmosferik basınçla eşleşen farklı seviyelerde kullanılmak üzere tasarlanırken, bir barometre aynı seviyede tutulur ve hava ve hava unsurlarının neden olduğu ince basınç değişikliklerini ölçer. Dünya yüzeyindeki ortalama atmosfer basıncı 940 ila 1040 hPa (mbar) arasında değişir. Deniz seviyesindeki ortalama atmosferik basınç 1013 hPa'dır (mbar). ⓘ
Barometre, atmosfer basıncını ölçmeye yarayan alet. Genellikle cıvalı (sıvılı) ve aneroid (havalı) olmak üzere yaygın olarak kullanılan iki çeşidi vardır. ⓘ
Etimoloji
Barometre kelimesi Antik Yunanca'da "ağırlık" anlamına gelen βάρος (báros) ve "ölçü" anlamına gelen μέτρον (métron) kelimelerinden türetilmiştir. ⓘ
Tarihçe
Evangelista Torricelli'nin 1643 yılında barometreyi icat ettiği kabul edilse de, tarihi belgeler İtalyan matematikçi ve astronom Gasparo Berti'nin 1640 ile 1643 yılları arasında istemeden de olsa bir su barometresi yaptığını göstermektedir. Fransız bilim adamı ve filozof René Descartes, 1631 gibi erken bir tarihte atmosfer basıncını belirlemek için bir deney tasarımını tarif etmiştir, ancak o dönemde çalışan bir barometre inşa ettiğine dair hiçbir kanıt yoktur. ⓘ
27 Temmuz 1630'da Giovanni Battista Baliani, Galileo Galilei'ye bir mektup yazarak, yaklaşık yirmi bir metre yüksekliğindeki bir tepenin üzerinden geçirilen bir sifonun çalışmadığı bir deneyi açıklamıştır. Galileo bu olguya bir açıklama getirerek yanıt verdi: suyu yukarıda tutan şeyin bir vakum gücü olduğunu ve belirli bir yükseklikte su miktarının çok fazla hale geldiğini ve kuvvetin daha fazla tutamadığını, tıpkı bir ipin ancak bu kadar ağırlığı taşıyabildiğini öne sürdü. Bu, Aristoteles'e dayanan ve Galileo'nun resistenza del vacuo olarak yeniden ifade ettiği horror vacui ("doğa boşluktan nefret eder") teorisinin yeniden ifade edilmesiydi. ⓘ
Galileo'nun fikirleri Aralık 1638'de Discorsi adlı eseriyle Roma'ya ulaştı. Raffaele Magiotti ve Gasparo Berti bu fikirlerden heyecan duydular ve vakum üretmek için sifon dışında daha iyi bir yol aramaya karar verdiler. Magiotti böyle bir deney tasarladı ve 1639 ile 1641 yılları arasında Berti (Magiotti, Athanasius Kircher ve Niccolò Zucchi ile birlikte) bu deneyi gerçekleştirdi. ⓘ
Berti'nin deneyinin dört anlatımı mevcuttur, ancak deneyinin basit bir modeli, her iki ucu da tıkalı uzun bir tüpün suyla doldurulması ve ardından tüpün zaten su dolu bir leğende bekletilmesinden oluşuyordu. Tüpün alt ucu açılmış ve içindeki su leğene dökülmüştür. Ancak, tüpteki suyun sadece bir kısmı dışarı aktı ve tüpün içindeki suyun seviyesi, Baliani ve Galileo'nun sifon tarafından sınırlandırıldığını gözlemledikleri aynı yükseklik olan 10,3 m (34 ft) gibi tam bir seviyede kaldı. Bu deneyle ilgili en önemli şey, alçalan suyun tüpün içinde üzerinde bir boşluk bırakması ve bu boşluğu dolduracak hava ile ara temasın olmamasıydı. Bu durum, suyun üzerindeki boşlukta bir vakum oluşması olasılığını akla getiriyordu. ⓘ
Galileo'nun arkadaşı ve öğrencisi olan Torricelli, deneylerin sonuçlarını yeni bir şekilde yorumladı. Suyu tüpün içinde tutan şeyin vakumun çekim gücü değil, atmosferin ağırlığı olduğunu öne sürdü. Deneylerle ilgili olarak 1644 yılında Michelangelo Ricci'ye yazdığı bir mektupta şöyle diyordu
Birçokları vakumun var olmadığını, diğerleri ise doğanın karşı çıkmasına rağmen ve zorlukla var olduğunu söyledi; zorlanmadan ve doğanın direnci olmadan var olduğunu söyleyen hiç kimse bilmiyorum. Bu şekilde tartıştım: Eğer bir boşluk yaratmaya çalıştığımızda hissedilen direncin türetilebileceği açık bir neden bulunabiliyorsa, açıkça başka bir nedenden kaynaklanan bu işlemleri boşluğa atfetmeye çalışmak bana aptalca geliyor; ve böylece çok kolay bazı hesaplamalar yaparak, benim tarafımdan atanan nedenin (yani atmosferin ağırlığının) tek başına, bir boşluk yaratmaya çalıştığımızda olduğundan daha büyük bir direnç göstermesi gerektiğini buldum. ⓘ
Geleneksel olarak (özellikle Aristotelesçiler tarafından) havanın ağırlığı olmadığı, yani yüzeyin üzerindeki kilometrelerce havanın altındaki cisimlere herhangi bir ağırlık uygulamadığı düşünülüyordu. Galileo bile havanın ağırlıksızlığını basit bir gerçek olarak kabul etmişti. Torricelli bu varsayımı sorguladı ve bunun yerine havanın bir ağırlığı olduğunu ve su sütununu yukarıda tutan (ya da daha doğrusu iten) şeyin (boşluğun çekim kuvveti değil) bu ağırlık olduğunu öne sürdü. Suyun kaldığı seviyenin (yaklaşık 10,3 m), havanın ağırlığının onu itme kuvvetini yansıttığını (özellikle de leğendeki suyu ittiğini ve böylece tüpten içine ne kadar su düşebileceğini sınırladığını) düşünmüştür. Başka bir deyişle, barometreyi bir denge, bir ölçüm aracı olarak görüyordu (sadece vakum yaratan bir araç olmanın aksine) ve bu şekilde gören ilk kişi olduğu için, geleneksel olarak barometrenin mucidi olarak kabul edilir (şu anda terimi kullandığımız anlamda). ⓘ
Torricelli'nin dedikodularla dolu İtalyan mahallesinde dolaşan ve bir tür büyücülük ya da cadılıkla uğraştığını içeren söylentiler nedeniyle, Torricelli tutuklanma riskinden kaçınmak için deneyini gizli tutması gerektiğini fark etti. Sudan daha ağır bir sıvı kullanması gerekiyordu ve daha önceki birlikteliğinden ve Galileo'nun önerilerinden, cıva kullanarak daha kısa bir tüp kullanılabileceği sonucuna vardı. Sudan yaklaşık 14 kat daha yoğun olan cıva ile artık 10,5 m değil, sadece 80 cm'lik bir tüpe ihtiyaç vardı. ⓘ
1646'da Blaise Pascal, Pierre Petit ile birlikte, 1644'ün sonlarına doğru Torricelli tarafından kendisine gösterilen Marin Mersenne'den duyduktan sonra Torricelli'nin deneyini tekrarlamış ve mükemmelleştirmiştir. Pascal, Aristoteles'in barometredeki boşluğu dolduranın sıvıdan çıkan buharlar olduğu önermesini test etmek için bir deney daha tasarladı. Deneyinde su ile şarabı karşılaştırdı ve ikincisi daha "ruhani" kabul edildiğinden, Aristotelesçiler şarabın daha aşağıda durmasını bekliyorlardı (çünkü daha fazla buhar sıvı sütununda daha fazla aşağı itme anlamına geliyordu). Pascal deneyi halka açık bir şekilde gerçekleştirdi ve Aristotelesçileri sonucu önceden tahmin etmeye davet etti. Aristotelesçiler şarabın daha aşağıda duracağını tahmin ettiler. Ama öyle olmadı. ⓘ
Ancak Pascal mekanik teoriyi test etmek için daha da ileri gitti. Torricelli ve Pascal gibi mekanik filozofların şüphelendiği gibi havanın bir ağırlığı olsaydı, yüksek rakımlarda basınç daha az olurdu. Bu nedenle Pascal, Puy de Dôme adlı bir dağın yakınında yaşayan kayınbiraderi Florin Perier'e mektup yazarak ondan çok önemli bir deney yapmasını istedi. Perier bir barometreyi Puy de Dôme'a çıkaracak ve yol boyunca cıva sütununun yüksekliğini ölçecekti. Daha sonra bu ölçümleri dağın eteklerinde yapılan ölçümlerle karşılaştıracak ve daha yüksekte yapılan ölçümlerin aslında daha küçük olup olmadığını görecekti. Eylül 1648'de Perier deneyi dikkatli ve titiz bir şekilde gerçekleştirdi ve Pascal'ın tahminlerinin doğru olduğunu gördü. Yükseklere çıkıldıkça cıva barometresi daha düşük çıkıyordu. ⓘ
Tipler
Su barometreleri
Lucien Vidi tarafından ortaya atılan atmosferik basıncın azalmasının fırtınalı havayı öngördüğü kavramı, "meteoroloji camı" veya "Goethe barometresi" (Torricelli tarafından geliştirilen ilkeleri kullanarak basit ama etkili bir meteoroloji topu barometresi geliştiren ünlü Alman yazar ve polimat Johann Wolfgang von Goethe'nin adıyla anılır) adı verilen bir hava tahmin cihazının teorik temelini oluşturur. Fransızca adı olan le baromètre Liègeois, bazı İngilizce konuşanlar tarafından kullanılmaktadır. Bu isim, ilk meteoroloji camlarının kökenini, yani Belçika'nın Liège kentindeki cam üfleyicilerini yansıtmaktadır. ⓘ
Hava topu barometresi, yarısı su ile doldurulmuş, sızdırmaz gövdeli cam bir kaptan oluşur. Dar bir ağız, su seviyesinin altındaki gövdeye bağlanır ve su seviyesinin üzerine yükselir. Dar ağız atmosfere açıktır. Hava basıncı gövdenin mühürlendiği zamankinden daha düşük olduğunda, ağızdaki su seviyesi gövdedeki su seviyesinin üzerine çıkacaktır; hava basıncı daha yüksek olduğunda, ağızdaki su seviyesi gövdedeki su seviyesinin altına düşecektir. Bu tür bir barometrenin bir çeşidi evde kolayca yapılabilir. ⓘ
Cıvalı barometreler
Cıvalı barometre, belirli bir yerdeki atmosfer basıncını ölçmek için kullanılan bir alettir ve altta cıva dolu açık bir hazneye oturan üstte kapalı dikey bir cam tüpe sahiptir. Tüpteki cıva, ağırlığı hazneye uygulanan atmosferik kuvveti dengeleyene kadar ayarlanır. Yüksek atmosferik basınç hazneye daha fazla kuvvet uygulayarak cıvayı sütunda daha yukarı iter. Düşük basınç, rezervuara uygulanan kuvveti düşürerek civanın kolonda daha düşük bir seviyeye inmesini sağlar. Cihazın etrafındaki daha yüksek sıcaklık seviyeleri cıvanın yoğunluğunu azaltacağından, cıvanın yüksekliğini okumak için kullanılan ölçek bu etkiyi telafi edecek şekilde ayarlanır. Tüp, en az cıvaya daldırılan miktar + baş boşluğu + kolonun maksimum uzunluğu kadar uzun olmalıdır. ⓘ
Torricelli bir barometredeki cıva yüksekliğinin her gün biraz değiştiğini belgelemiş ve bunun atmosferdeki değişen basınçtan kaynaklandığı sonucuna varmıştır. Şöyle yazmıştır: "Ağırlığı olduğu tartışılmaz deneylerle bilinen temel bir hava okyanusunun dibinde yaşıyoruz". Torricelli'den esinlenen Otto von Guericke, 5 Aralık 1660'ta hava basıncının alışılmadık derecede düşük olduğunu tespit etti ve ertesi gün meydana gelen bir fırtınayı öngördü. ⓘ
Cıvalı barometrenin tasarımı, atmosferik basıncın inç veya milimetre cıva (mmHg) cinsinden ifade edilmesine yol açar. Bir torr başlangıçta 1 mmHg olarak tanımlanmıştır. Basınç, cıvanın dikey sütundaki yükseklik seviyesi olarak belirtilir. Tipik olarak atmosferik basınç 26,5 inç (670 mm) ile 31,5 inç (800 mm) Hg arasında ölçülür. Bir atmosfer (1 atm) 29,92 inç (760 mm) cıvaya eşdeğerdir. ⓘ
Aleti daha hassas, okuması daha basit ve taşıması daha kolay hale getirmek için yapılan tasarım değişiklikleri, leğen, sifon, çark, sarnıç, Fortin, çok katlı, stereometrik ve denge barometreleri gibi varyasyonlarla sonuçlandı. ⓘ
2007 yılında, halka yönelik yeni ölçüm aletlerinde cıva kullanımını kısıtlayan bir Avrupa Birliği direktifi yürürlüğe girmiş ve Avrupa'da yeni cıvalı barometre üretimi fiilen sona ermiştir. Antikaların (1957'nin sonlarından önce üretilen) onarımı ve ticareti kısıtlanmamıştır. ⓘ
Fitzroy barometre
Fitzroy barometreleri standart cıvalı barometreyi bir termometre ile birleştirir ve basınç değişikliklerinin nasıl yorumlanacağına dair bir kılavuz sunar. ⓘ
Fortin barometresi
Fortin barometreleri, genellikle deri bir diyafram tabanına (şemada V) bastıran bir kelebek vidası ile inşa edilen değişken deplasmanlı bir cıva sarnıcı kullanır. Bu, değişen basınçla sütundaki cıvanın yer değiştirmesini telafi eder. Fortin barometresini kullanmak için cıva seviyesi, fildişi bir ibrenin (şemada O) cıva yüzeyine temas etmesi için kelebek vida kullanılarak sıfıra ayarlanır. Daha sonra verniyer ölçeği cıva Z'deki görüş çizgisine değecek şekilde ayarlanarak basınç kolondan okunur. Bazı modellerde sarnıcı kapatmak için bir valf de bulunur ve cıva kolonunun taşınmak üzere kolonun tepesine itilmesini sağlar. Bu, taşıma sırasında kolona su çekiçlerinin zarar vermesini önler. ⓘ
Sempiyometre
Sempiyometre, 19. yüzyılın başlarında gemilerde yaygın olarak kullanılan kompakt ve hafif bir barometredir. Bu barometrenin hassasiyeti aynı zamanda rakımı ölçmek için de kullanılmıştır. ⓘ
Sempiyometrelerin iki parçası vardır. Biri, barometre içindeki sıvının genleşmesini veya büzülmesini hesaplamak için gerekli olan geleneksel bir cıvalı termometredir. Diğeri ise, alt ucu açık ve üst ucu kapalı J şeklinde bir tüpten oluşan ve tüpün her iki ucunda da küçük hazneler bulunan barometredir. ⓘ
Tekerlek barometreler
Tekerlekli barometre, uzun kolun tepesinde mühürlenmiş bir "J" tüpü kullanır. Kısa kol atmosfere açıktır ve cıvanın üzerinde yüzen küçük bir cam şamandıra vardır. Şamandıraya ince ipek bir iplik bağlanır ve bu iplik bir çarkın üzerinden geçerek tekrar bir karşı ağırlığa (genellikle başka bir tüpün içinde korunur) iner. Çark, barometrenin ön tarafındaki noktayı döndürür. Atmosferik basınç arttıkça cıva kısa koldan uzun kola doğru hareket eder, şamandıra düşer ve ibre hareket eder. Basınç arttığında cıva geri hareket eder, şamandırayı kaldırır ve kadranı diğer yöne çevirir. ⓘ
1810 civarında, çok uzaklardan okunabilen tekerlekli barometre, İngiltere'de çiftçiler ve eğitimli sınıflar tarafından tercih edilen ilk pratik ve ticari alet haline geldi. Barometrenin ön yüzü daireseldi ve kolay okunabilir bir ölçeği gösteren basit bir kadranı vardı: "Yağmur - Değişim - Kuru" ve "Değişim" kadranın üst ortasında yer alıyordu. Daha sonraki modellerde "Fırtınalı (28 inç cıva), Çok Yağmur (28,5), Yağmur (29), Değişim (29,5), Orta (30), Orta (30,5), Çok Kuru (31)" gibi daha ince derecelendirmelere sahip bir barometrik ölçek eklendi. ⓘ
Natalo Aiano, tekerlekli barometrelerin en iyi yapımcılarından biri olarak tanınmakta olup, İngiltere'ye göç etmeleri teşvik edilen zanaatkâr İtalyan enstrüman ve barometre yapımcıları dalgasının ilk öncülerindendir. 1785-1805 yılları arasında Holborn, Londra'da çalıştığı kayıtlara geçmiştir. 1770'ten itibaren çok sayıda İtalyan, başarılı cam üfleyicileri veya alet yapımcıları oldukları için İngiltere'ye geldi. 1840 yılına gelindiğinde İtalyanların İngiltere'de sektöre hakim olduğu söylenebilir. ⓘ
Vakum pompası yağ barometresi
Bir barometrede çalışma sıvısı olarak vakum pompası yağının kullanılması, Şubat 2013'te yeni "Dünyanın En Yüksek Barometresi "nin oluşturulmasına yol açmıştır. Portland Eyalet Üniversitesi'ndeki (PSU) barometre çift damıtılmış vakum pompası yağı kullanmaktadır ve yağ sütunu yüksekliği için yaklaşık 12.4 m nominal yüksekliğe sahiptir; beklenen sapmalar bir yıl boyunca ±0.4 m aralığındadır. Vakum pompası yağı çok düşük buhar basıncına sahiptir ve çeşitli yoğunluklarda mevcuttur; yağ sütunu yüksekliğini en üst düzeye çıkarmak için PSU barometresi için en düşük yoğunluklu vakum yağı seçilmiştir. ⓘ
Aneroid barometreler
Aneroid barometre, sıvı içermeyen bir yöntem olarak hava basıncını ölçmek için kullanılan bir alettir. 1844 yılında Fransız bilim adamı Lucien Vidi tarafından icat edilen aneroid barometre, berilyum ve bakır alaşımından yapılmış aneroid hücre (kapsül) adı verilen küçük, esnek bir metal kutu kullanır. İçi boşaltılmış kapsülün (ya da genellikle hareketlerini toplamak için üst üste konmuş birkaç kapsülün) çökmesi güçlü bir yay tarafından engellenir. Dış hava basıncındaki küçük değişiklikler hücrenin genişlemesine veya daralmasına neden olur. Bu genişleme ve daralma mekanik kolları harekete geçirir, böylece kapsülün küçük hareketleri güçlendirilir ve aneroid barometrenin ön yüzünde görüntülenir. Birçok modelde, değişikliğin görülebilmesi için mevcut ölçümü işaretlemek için kullanılan manuel olarak ayarlanmış bir iğne bulunur. Bu tip barometreler evlerde ve gezi teknelerinde yaygın olarak kullanılır. Ayrıca meteorolojide, çoğunlukla barograflarda ve radyosondlarda basınç aleti olarak kullanılır. ⓘ
Barograflar
Barograf, atmosferik basınçtaki değişikliklerin bir kağıt grafik üzerine kaydedildiği bir kayıt aneroid barometresidir. ⓘ
Barografın prensibi aneroid barometre ile aynıdır. Barometre basıncı bir kadran üzerinde gösterirken, barograf kutunun küçük hareketlerini bir kol sistemi aracılığıyla en uç noktasında bir kâtip ya da kalem bulunan bir kayıt koluna iletmek için kullanır. Bir kâtip tütsülenmiş folyo üzerine kayıt yaparken, bir kalem bir uçta tutulan mürekkebi kullanarak kâğıt üzerine kayıt yapar. Kayıt malzemesi, bir saat tarafından yavaşça döndürülen silindirik bir tambur üzerine monte edilir. Tambur genellikle günde, haftada veya ayda bir devir yapar ve dönüş hızı genellikle kullanıcı tarafından seçilebilir. ⓘ
MEMS barometreler
Mikroelektromekanik sistemler (veya MEMS) barometreler, boyutları 1 ila 100 mikrometre (0,001 ila 0,1 mm) arasında değişen son derece küçük cihazlardır. Fotolitografi veya fotokimyasal işleme yoluyla oluşturulurlar. Tipik uygulamalar arasında minyatür hava istasyonları, elektronik barometreler ve altimetreler yer alır. ⓘ
MEMS ve piezoresistif basınç algılama teknolojilerine dayanan Samsung Galaxy Nexus, Samsung Galaxy S3-S6, Motorola Xoom, Apple iPhone 6 ve daha yeni iPhone'lar ve Timex Expedition WS4 akıllı saat gibi akıllı telefonlarda da bir barometre bulunabilir. Barometrelerin akıllı telefonlara dahil edilmesi başlangıçta daha hızlı bir GPS kilidi sağlamayı amaçlıyordu. Ancak üçüncü taraf araştırmacılar, barometrik okumalar nedeniyle ek GPS doğruluğunu veya kilit hızını doğrulayamadılar. Araştırmacılar, barometrelerin akıllı telefonlara dahil edilmesinin kullanıcının yüksekliğini belirlemek için bir çözüm sağlayabileceğini, ancak öncelikle bazı tuzakların üstesinden gelinmesi gerektiğini öne sürüyorlar. ⓘ
Daha sıra dışı barometreler
Daha pek çok sıra dışı barometre türü vardır. Collins Patent Masa Barometresi gibi fırtına barometresinin varyasyonlarından Hooke'un Otheometresi ve Ross Sympiesometer gibi daha geleneksel görünümlü tasarımlara kadar. Köpekbalığı Yağı barometresi gibi bazıları yalnızca belirli bir sıcaklık aralığında çalışır ve daha sıcak iklimlerde elde edilir. ⓘ
Uygulamalar
Barometrik basınç ve basınç eğilimi (basıncın zaman içindeki değişimi) 19. yüzyılın sonlarından beri hava tahmininde kullanılmaktadır. Rüzgar gözlemleri ile birlikte kullanıldığında, makul ölçüde doğru kısa vadeli tahminler yapılabilir. Bir meteoroloji istasyonları ağından alınan eş zamanlı barometrik okumalar, 19. yüzyılda oluşturulduğunda modern hava durumu haritasının ilk şekli olan hava basıncı haritalarının üretilmesini sağlar. İzobarlar, eşit basınç çizgileri, böyle bir harita üzerine çizildiğinde, yüksek ve alçak basınç alanlarını gösteren bir kontur haritası verir. Lokalize yüksek atmosfer basıncı, yaklaşan hava sistemlerine karşı bir bariyer görevi görerek rotalarını değiştirir. Alçak seviyeli rüzgarların yüzeye yakınsaması sonucu oluşan atmosferik yükselme bulutları ve bazen de yağışları beraberinde getirir. Basınçtaki değişiklik ne kadar büyükse, özellikle de 3,5 hPa'dan (0,1 inHg) fazlaysa, hava durumunda beklenebilecek değişiklik de o kadar büyük olur. Basınç düşüşü hızlıysa, bir alçak basınç sistemi yaklaşıyor demektir ve yağmur ihtimali daha yüksektir. Soğuk bir cephenin ardından olduğu gibi hızlı basınç yükselmeleri, gökyüzünün açılması gibi hava koşullarının iyileşmesiyle ilişkilendirilir. ⓘ
Hava basıncının düşmesiyle birlikte derin madenlerde kömürün içinde sıkışan gazlar daha serbest bir şekilde dışarı çıkabilir. Bu nedenle düşük basınç, ateş nemi birikmesi riskini artırır. Bu nedenle kömür ocakları basıncı takip eder. Trimdon Grange kömür ocağında 1882 yılında meydana gelen faciada maden müfettişi kayıtlara dikkat çekmiş ve raporunda "atmosfer ve sıcaklık koşullarının tehlikeli bir noktaya ulaştığı kabul edilebilir" ifadesine yer vermiştir. ⓘ
Tüplü dalışta aneroid barometreler kullanılır. Dalgıcın hava tankının içeriğini takip etmek için bir dalgıç basınç göstergesi kullanılır. Diğer bir gösterge ise genellikle deniz suyu derinliği olarak ifade edilen hidrostatik basıncı ölçmek için kullanılır. Göstergelerden biri veya her ikisi de elektronik varyantlarla veya bir dalış bilgisayarıyla değiştirilebilir. ⓘ
Kompanzasyonlar
Sıcaklık
Cıvanın yoğunluğu sıcaklıktaki artış veya azalışla değişeceğinden, okumanın cihazın sıcaklığına göre ayarlanması gerekir. Bu amaçla genellikle cihaza bir cıvalı termometre monte edilir. Bir aneroid barometrenin sıcaklık telafisi, mekanik bağlantılara bi-metal bir eleman dahil edilerek gerçekleştirilir. Ev kullanımı için satılan aneroid barometrelerde, kontrollü bir oda sıcaklığı aralığında kullanılacakları varsayımı altında tipik olarak herhangi bir kompanzasyon yoktur. ⓘ
Yükseklik
Hava basıncı deniz seviyesinin üzerindeki yüksekliklerde azaldığından (ve deniz seviyesinin altında arttığından) barometrenin düzeltilmemiş okuması bulunduğu yere bağlı olacaktır. Okunan değer daha sonra raporlama amacıyla deniz seviyesine eşdeğer bir basınca ayarlanır. Örneğin, deniz seviyesinde ve güzel hava koşullarında bulunan bir barometre 1.000 feet (305 m) yüksekliğe taşınırsa, okumaya yaklaşık 1 inç cıva (~35 hPa) eklenmelidir. Zaman, yatay mesafe ve sıcaklıkta ihmal edilebilir değişiklikler varsa, iki konumdaki barometre okumaları aynı olmalıdır. Bu yapılmazsa, yüksek rakımda yaklaşan bir fırtınanın yanlış bir göstergesi olacaktır. ⓘ
Aneroid barometrelerde, alet farklı bir yüksekliğe taşınmadığında eşdeğer deniz seviyesi basıncının doğrudan ve başka bir ayarlama yapılmadan okunmasını sağlayan mekanik bir ayar vardır. Bir aneroid barometrenin ayarlanması, doğru zamanda olmayan bir analog saatin sıfırlanmasına benzer. Doğru olduğu bilinen ve yakındaki bir barometreden (yerel meteoroloji istasyonu gibi) alınan mevcut atmosferik basınç görüntülenecek şekilde kadranı döndürülür. Kaynak barometre okuması zaten eşdeğer deniz seviyesi basıncına dönüştürüldüğünden ve bu, rakımı ne olursa olsun ayarlanan barometreye aktarıldığından hesaplamaya gerek yoktur. Nadiren de olsa, hava durumunu izlemek için tasarlanmış birkaç aneroid barometre, rakımı manuel olarak ayarlamak için kalibre edilmiştir. Bu durumda, rakımı ya da mevcut atmosfer basıncını bilmek gelecekteki doğru okumalar için yeterli olacaktır. ⓘ
Aşağıdaki tabloda Kaliforniya'nın San Francisco kentindeki üç konum için örnekler gösterilmektedir. Düzeltilmiş barometre değerlerinin aynı olduğuna ve eşdeğer deniz seviyesi basıncına dayandığına dikkat edin. (15 °C sıcaklık varsayılmıştır.) ⓘ
| Konum | Yükseklik (ayaklar) |
Düzeltilmemiş Patm (inç Hg) |
Düzeltildi Patm (inç Hg) |
Yükseklik (metre) |
Düzeltilmemiş Patm (hPa) |
Düzeltildi Patm (hPa) ⓘ | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Şehir Marinası | Deniz Seviyesi (0) | 29.92 | 29.92 | 0 m | 1013 hPa | 1013 hPa | |
| Nob Hill | 348 | 29.55 | 29.92 | 106 m | 1001 hPa | 1013 hPa | |
| Davidson Dağı | 928 | 28.94 | 29.92 | 283 m | 980 hPa | 1013 hPa |
De Saussure, 1787 yılında Mont Blanc'a yaptığı bilimsel bir keşif gezisi sırasında farklı yüksekliklerde suyun kaynama noktası üzerine araştırmalar yapmış ve fiziksel deneyler gerçekleştirmiştir. Deneylerinin her birinde, bir miktar suyun bir ispirto ocağında ne kadar sürede kaynadığını ölçerek yüksekliği hesaplamış ve bu yolla dağın yüksekliğini 4775 metre olarak belirlemiştir. (Bu yüksekliğin daha sonra gerçek yükseklik olan 4807 metreden 32 metre daha az olduğu ortaya çıkmıştır). De Saussure bu deneyler için barometre ve termometre gibi özel bilimsel ekipmanlar getirmiştir. Dağın tepesindeki suyun kaynama sıcaklığını sadece 0,1 kelvin sapmayla oldukça doğru hesapladı. ⓘ
Onun bulgularına dayanarak, altimetre barometrenin özel bir uygulaması olarak geliştirilebilir. 19. yüzyılın ortalarında bu yöntem kaşifler tarafından kullanıldı. ⓘ
Denklem
Atmosferik basınç bir barometre ile ölçüldüğünde, basınç "barometrik basınç" olarak da adlandırılır. Kesit alanı A, yüksekliği h olan ve B noktasının dibinden C noktasının tepesine kadar cıva ile dolu bir barometre varsayalım. Barometrenin dibindeki, B noktasındaki basınç atmosfer basıncına eşittir. En tepedeki, C noktasındaki basınç sıfır olarak alınabilir çünkü bu noktanın üzerinde sadece cıva buharı vardır ve basıncı atmosfer basıncına göre çok düşüktür. Bu nedenle, barometre ve bu denklem kullanılarak atmosferik basınç bulunabilir:
- Patm = ρgh ⓘ
Burada ρ cıva yoğunluğu, g yerçekimi ivmesi ve h cıva sütununun serbest yüzey alanı üzerindeki yüksekliğidir. Barometrenin fiziksel boyutlarının (tüpün uzunluğu ve tüpün kesit alanı) tüpteki sıvı sütununun yüksekliği üzerinde hiçbir etkisi yoktur. ⓘ
Termodinamik hesaplamalarda yaygın olarak kullanılan basınç birimi "standart atmosfer "dir. Bu, 0 °C'de 760 mm yüksekliğinde bir cıva sütunundan kaynaklanan basınçtır. Cıvanın yoğunluğu için ρHg = 13,595 kg/m3 ve yerçekimi ivmesi için g = 9.807 m/s2 değerlerini kullanın. ⓘ
Standart atmosfer basıncını karşılamak için (cıva yerine) su kullanılsaydı, yaklaşık 10,3 m'lik (33,8 ft) bir su sütununa ihtiyaç duyulurdu. ⓘ
Yüksekliğin bir fonksiyonu olarak standart atmosferik basınç: Not: 1 torr = 133,3 Pa = 0,03937 inHg ⓘ
| Patm / kPa | Yükseklik | Patm / inHg | Yükseklik ⓘ | |
|---|---|---|---|---|
| 101.325 | Deniz Seviyesi (0m) | 29.92 | Deniz Seviyesi (0 ft) | |
| 97.71 | 305 m | 28.86 | 1,000 ft | |
| 94.21 | 610 m | 27.82 | 2,000 ft | |
| 89.88 | 1,000 m | 26.55 | 3,281 ft | |
| 84.31 | 1,524 m | 24.90 | 5,000 ft | |
| 79.50 | 2,000 m | 23.48 | 6,562 ft | |
| 69.68 | 3,048 m | 20.58 | 10,000 ft | |
| 54.05 | 5,000 m | 15.96 | 16,404 ft | |
| 46.56 | 6,096 m | 13.75 | 20,000 ft | |
| 37.65 | 7,620 m | 11.12 | 25,000 ft | |
| 32.77 | 8,848 m* | 9.68 | 29,029 ft* | |
| 26.44 | 10,000 m | 7.81 | 32,808 ft | |
| 11.65 | 15,240 m | 3.44 | 50,000 ft | |
| 5.53 | 20,000 m | 1.63 | 65,617 ft |
- Dünyanın en yüksek noktası olan Everest Dağı'nın yüksekliği ⓘ
Patentler
- US 2194624, G. A. Titterington, Jr, "Sıcaklık dengeleme araçlarına sahip diyaframlı basınç göstergesi", 1940-03-26 tarihli, Bendix Aviat Corp'a atanmıştır
- ABD Patenti 2,472,735 : C. J. Ulrich : "Barometrik alet"
- ABD Patenti 2,691,305 : H. J. Frank : "Barometrik altimetre"
- ABD Patenti 3,273,398 : D. C. W. T. Sharp : "Aneroid barometre"
- ABD Patenti 3397578 : H. A. Klumb : "Basınca duyarlı alet hareketi için hareket yükseltici mekanizma"
- ABD Patenti 3643510 : F. Lissau : "Akışkan deplasmanlı basınç göstergeleri"
- ABD Patenti 4106342 : O. S. Sormunen : "Basınç ölçüm cihazı"
- ABD Patenti 4238958 : H. Dostmann : "Barometre"
- ABD Patenti 4327583 : T. Fijimoto : "Hava tahmin cihazı" ⓘ
Aneroid barometre (Madeni Barometre)
Aneroid (havalı) barometre atmosfer basıncına bağlı olarak daralan ve genişleyen, daralma-genişleme miktarını da rakamlı bir düzenek sayesinde ölçek üzerinde işaret eden metal bir kutudur. Aneroid sözcüğü "sıvısız" anlamına gelir. ⓘ
Hava taşıtlarında ve dağcılıkta kullanılan altimetreler aneroid barometrenin en yaygın olarak kullanılan örneklerindendir. Atmosfer basıncı deniz seviyesinden yükseldikçe azalır. Altimetre ibresi, gözlemcinin içinde bulunduğu atmosferik basınç düzeyine karşılık gelen yüksekliği gösterir. ⓘ