التصنيفات
الحواسيب، الانترنت والأنظمة
الحواسيب، الانترنت والأنظمة
الكيمياء
الكيمياء
الأحافير وحياة ما قبل التاريخ
الأحافير وحياة ما قبل التاريخ
الهندسة
الهندسة
المخطوطات والكتب النادرة
المخطوطات والكتب النادرة
الزراعة
الزراعة
التكنولوجيا والعلوم التطبيقية
التكنولوجيا والعلوم التطبيقية
الفيزياء
الفيزياء
علوم الأرض والجيولوجيا
علوم الأرض والجيولوجيا
الطب
الطب
البيولوجيا وعلوم الحياة
البيولوجيا وعلوم الحياة
علم الفلك
علم الفلك
الفيزياء أجهزة قياس الضغط الجوي

أولا : تعريف الضغط الجوي

الضغط الجوي هو القوة التي يؤثر بها وزن الهواء على وحدة المساحات أي أن الضغط الجوي يساوي وزن عمود من الهواء مساحة قاعدته الوحدة المربعة ( 1 سم2) فوق السطح المطلوب القياس عنده والممتد حتى نهاية الغلاف الجوي.

ولقد وجد العالم الإيطالي تورشيلي Toricelli بالتجربة في عام 1643 أن الزئبق يبقى مرتفعا في أنبوبة زجاجية مليئة بالزئبق – طولها 80 سم– ومنكسة على حوض مملوء بالزئبق ، حتى ارتفاع 76 سم فوق سطح الزئبق الحر في الحوض

وقد علل ذلك بالضغط الذي يمارسه الغلاف الجوي على سطح الزئبق الحر والذي لا بد أنه يساوي الضغط الناجم عن وزن عمود الزئبق ، وبعد ذلك بفترة قصيرة سنة 1648 قدم العالم باسكالPascal  برهانا بأن ارتفاع عمود الزئبق يكون أقل قيمة عند قمم الجبال مما هو عند القاعدة.

وهذا يدل على أن وزن عمود الزئبق يعادل وزن عمود من الغلاف الجوي يمتد من مستوى سطح الأرض حتى نهاية الغلاف الجوي ، وكلما ازداد الارتفاع عن سطح البحر يقل طول عمود الهواء وينقص بالتالي وزنه.

 

ولما كان ضغط أي وزن على جسم ما يتأثر بالجاذبية الأرضية – بالإضافة إلى قيمة الوزن – لذا فإن الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر يعادل:

الضغط الجوي = الجاذبية الأرضية × وزن عمود الزئبق = الجاذبية الأرضية × كثافة الزئبق × حجم عمود الزئبق = الجاذبية الأرضية × كثافة الزئبق × مساحة قاعدة عمود الزئبق × طول عمود الزئبق.

الضغط الجوي = 980.665 × 13.595× 1 × 76 = 1013242.69 دينه ولما كان المليبار الواحد = قوة ألف دينه على السم2 الواحد .

لذا فان الضغط الجوي = 1013242.69/ 1000 = 1013.2 مليبار

 

ثانيا : وحدات قياس الضغط الجوي

ان وحدات قياس الضغط الجوي المستخدمة في الأرصاد الجوية هي :

أ : المليبار = 0.001 بار= 0.01 نيوتن= 1000 دينه والدينه هي القوة اللازمة لتحريك جرام واحد مسافة سنتيمتر واحد في ثانية واحدة.

ب : المليمتر زئبق = 1.333224 مليبار وبذلك فإن المليبار الواحد = 0.750006 مليمتر زئبق.

ج : البوصة زئبق = 33.86 مليبار = 25.4 مم.

د : الهيكتوباسكال = 1 مليبار

وعلى هذا فإن قيمة الضغط الجوي القياسية عند مستوى سطح البحر =

1013.2 مليبار= 760مم = 29.92 بوصة

 

ثالثا : مقاييس الضغط الجوي

يوجد أنواع متعددة من مقاييس الضغط الجوي منها:

1- مقاييس الضغط الزئبقية : تشكل تجربة "تورشيلي" بداية اختراع (شكل 41) جهاز قياس الضغط الجوي ، ولذا يمكن القول إن جهاز تورشيلي هو أول جهاز قياس زئبقي في العالم للضغط الجوي.

ولقد أدخل على المقاييس الزئبقية الأولية الكثير من التعديلات فأصبح كل مقياس زئبقي

يرفق بميزان حرارة صغير لقياس درجة حرارة زئبق المستودع وذلك لضرورة تصحيح قيمة الضغط المسجلة – من خلال ارتفاع الزئبق في الأنبوب أو انخفاضه – بالنسبة للأحوال القياسية لكل من الحرارة وتسارع الجاذبية الأرضي

 ويستخدم في محطات الأرصاد الجوية عدة نماذج من مقاييس الضغط الجوي الزئبقية غير أن أكثرها شيوعا واستعمالا هما نموذج فورتين ونموذج كيو ، والطول الواجب قياسه هو المسافة ما بين قمة زئبق العمود والسطح العلوي من الزئبق في المستودع . وأي تغير في طول عمود الزئبق سيرافقه بالطبع تغير في مستوى زئبق المستودع وهما كما يلي:

 

أ : مقياس ضغط كيو الزئبقي Barometer kew  

في هذا المقياس لا يتطلب مستوى الزئبق في مستودعه أي تعديل. وتدرج القياس المحفور على مقياس الضغط يتقلص كي يسمح للتغيرات في مستوى زئبق المستودع.

ويمكن أن يقرأ الضغط مباشرة من قمة عمود الزئبق في أنبوب التدرج الزجاجي.

ملاحظة: يعرف هذا المقياس بالمقايس ذي المستودع الثابت وهو الأكثر شيوعا في محطات الأرصاد الجوية.

 

ب : مقياس ضغط فورتين الزئبقي Fortin Barometer  

في هذا المقياس يحتاج مستوى الزئبق في المستودع إلى تعديل (ضبط) بحيث يجعله ملامسا لمؤشر عاجي ثابت

وتكون قمة هذا المؤشر عند صفر مقياس الضغط ولذا فإن أول عملية في قراءة مقياس ضغط فورتين هي ضبط مستوى الزئبق في المستودع ليحاذي نقطة الصفر فيه .

وهذا المقياس أقل شيوعا واستخداما من مقياس كيو السابق ذكره.

 

2- مقياس الضغط المعدني (بارومتر أنرويد Aneroid Barometer)

لقد ظل الأنبوب الزئبقي أساسا لقياس الضغط الجوي حتى عام 1848 م حيث تم اختراع مقياس الضغط المعدني ، ومع ذلك مازالت المقاييس الزئبقية أساسية لاستخدامها في معايرة المقاييس الأخرى لما تتصف به من دقة حتى الآن .

ويتألف مقياس الضغط المعدني من علبة معدنية قابلة للتمدد ومفرغة تماما من الهواء حيث تتأثر جوانبها بالضغط الجوي فتمدد نحو الداخل أو نحو الخارج تبعا لارتفاع الضغط أو انخفاضه فيتحرك من جزاء ذلك ذراع معدني يدور أمام قرص مقسم تقرأ عليه قيمة الضغط الجوي.

والضغط الذي يقع على العلبة المعدنية يقعرها وقد يمزقها لولا وجود مجموعة نوابض قوية بداخل العلبة تعدل من تأثير الضغط الجوي على العلبة بعمل معاكس يؤديه ساق يتحرك حول المحور فيبقي العلبة في وضع طبيعي.

فإذا ارتفع الضغط الجوي زاد تقعر العلبة التي تنقل حركتها إلى المحور وإلى حامل الإبرة التي تتحرك أمام قرص مدرج بقيم الضغط مشيرة إلى ارتفاع الضغط الجوي . أما إذا انخفض الضغط الجوي تمددت العلبة المعدنية لتحرك الإبرة باتجاه معاكس للاتجاه السابق.

وتصنع مقاييس الضغط المعدنية بأحجام مختلفة ويجب معايرتها عند بداية استعمالها بالمقاييس الزئبقية كما يجب تعديل قراءتها تبعا للظروف الحرارية.

 

 

3 : مسجل الضغط الجوي (الباروجراف Barograph)

هو عبارة عن مقياس ضغط جوي معدني يقوم بتسجيل قيم الضغط الجوي بصورة آلية ومستمرة.

ويتألف هذا الجهاز من أسطوانة مغطاة بمخطط مقسم (ورقة مليمترية كبيرة) ، تدور بواسطة ساعة زمنية دورة كل أسبوع – حيث يتم تبديل المخطط – ويرتكز على هذه الأسطوانة سن ريشة متصلة عبر ذراع بعدة أقراص معدنية مفرغة الهواء حساسة للضغط الجوي

فإذا ما ارتفع الضغط فإنه يؤثر على الأقراص المعدنية ويضغطها إلى أسفل مما يؤدي إلى ارتفاع ذراع الريشة والريشة إلى أعلى حيث تخط الريشة على المخطط مقدار هذا الارتفاع والعكس صحيح، فإذا ما انخفض الضغط تتمدد الأقراص المعدنية فترتفع للأعلى مما يؤدي إلى انخفاض ذراع الريشة لتسجل الريشة على المخطط مقدار الانخفاض في الضغط الجوي

ويعرف الشكل الذي ترسمه الريشة على المخطط الملفوف على الأسطوانة بالباروجرام، ويوضع مسجل الضغط الجوي مع غيره من أجهزة القياس ضمن قفص الأرصاد بعيدا عن التأثير المباشر لأشعة الشمس

وتعطي قراءات مسجل الضغط قيمة الضغط الجوي الحقيقية في المكان المقاس فيه الضغط الجوي.

  

 

- مقياس الارتفاع (الالتيمتر Altimeter)

وهو عبارة عن مقياس ضغط جوي شديد الحساسية يستخدمه الطيارون لتحديد ارتفاع طائراتهم عن سطح البحر، وذلك لما بين الارتفاع والضغط الجوي من علاقة حيث تتناقص قيمة الضغط الجوي مع زيادة الارتفاع بمقدار يقارب من 34 مليبار كلما ارتفعنا مقدار 300متر .

4 إلى أعلى الغلاف الجوي . ولذا فإن مقياس الارتفاع مرقم بوحدات الأطوال كالقدم والميل والمتر بدلا من وحدات الضغط الجوي.

فلكل ارتفاع عن سطح البحر ضغط يناظره في الجو القياسي كما في الجدول التالي :

وهناك نماذج أخرى من مقاييس الارتفاع الحديثة منها:

مقياس الارتفاع اللاسلكي Radio Altimeter  الذي يستخدم أجهزة إلكترونية.

مقياس الارتفاع المسجل Altigraph وهو عبارة عن مقياس ارتفاع يقوم بتسجيل الارتفاع بصورة آلية مستمرة.

ملاحظة : عند قياس الضغط الجوي يجب الأخذ في الاعتبار مكان وجود محطة الأرصاد الجوية سواء عند أو أعلى أو أقل من مستوى سطح البحر وتعديل القيم تبعا لذلك.

مقالات ذات صلة

مقالات من نفس الكتاب




تم التسجيل بنجاح, أهلا وسهلا بك معنا





تسجيل الدخول / تسجيل