04-з. Манометры и их разновидности
§ 04-з. Манометры и их разновидности
Барометры измеряют так называемое абсолютное давление атмосферного воздуха. Это значит, что в пространстве, где находится барометр, давление именно такое, какое показывает прибор. Однако часто бывает нужно знать и так называемое относительное давление (например, по сравнению с атмосферным давлением). Для его измерения служат манометры.
На рисунке вы видите U-образный манометр с подкрашенной водой. Правый его конец сообщается с атмосферой. При помощи шланга к манометру присоединён сосуд, который в начале опыта тоже сообщается с атмосферой. При этом уровни воды в манометре находятся у черты 0 см. Затем, откачивая насосом воздух, уменьшают его давление в сосуде. При этом вода в манометре смещается. Выясним, почему это происходит.
В манометре на правую поверхность воды действует атмосферное давление, а на левую — меньшее давление. По причине неравенства давлений вода смещается в левую трубку. Сместившись, вода останавливается, значит давление слева от точки В равно давлению справа. Приравняем их:
pв сосуде + rg hлев = rg hправ + pатм
В левой части этого равенства записана сумма давления в сосуде и давления столба воды слева. В правой части этого же равенства записана сумма атмосферного давления и давления столба воды справа. Подставим значения и упростим равенство:
pв сосуде + 1000 кг/м3 · 10 Н/кг · 50 см = 1000 кг/м3 · 10 Н/кг · 10 см + pатм
pв сосуде = pатм — 4 кПа
Это равенство показывает, что относительно атмосферного давления, давление воздуха в сосуде на 4 кПа меньше. Это относительное значение давления мы узнали именно благодаря манометру.
Поскольку pатм» 100 кПа, несложно будет подсчитать и полное, то есть абсолютное давление в сосуде:
pв сосуде = 100 кПа — 4 кПа = 96 кПа
Жидкостный U-образный манометр неудобен для измерений, так как он может разлиться и разбиться, кроме того, показывает давление не сразу, а лишь после перевода «сантиметров водного столба» в паскали. По этой причине в технике широко применяют так называемые деформационные манометры, сразу показывающие измеряемое давление в паскалях (строго говоря, не само давление, а его превышение над атмосферным).
В основе работы деформационного манометра лежит деформация (изгиб) упругой дугообразной трубки 1. При помощи двух тяг 2 движение концов трубки передаётся стрелке 3, которая закреплена на оси 4. Конец стрелки передвигается по шкале 5. Трубка, стрелка и шкала помещены внутрь корпуса, закрытого стеклом, 6.
При увеличении давления газа внутри трубки её концы распрямляются и вызывают смещение стрелки вправо по шкале. При уменьшении давления стрелка сместится в обратном направлении под действием сил упругости, действующих в деформированных (изогнутых) стенках трубки.