Датчик атмосферного давления

Мы знаем, что воздух имеет массу и давит на находящиеся в нем предметы и земную поверхность, а значит, существует атмосферное давление. Но об этом было известно не всегда. В 1640-х гг. итальянский ученый сумел измерить атмосферное давление, а также доказал существование вакуума.

Итальянский ученый Эванджелиста Торричелли изучал математику и в 1641 г. стал помощником Галилео Галилея, всегда утверждавшего, что вакуума не существует. В 164S г. вместе с Винченцо Вивиани Торричелли поставил опыт: он взял 2-метровую стеклянную трубку, запаянную с одного конца, и наполнил ее ртутью. Зажав пальцем открытый конец, он опустил трубку в чашку, наполненную ртутью, а потом убрал палец. Часть ртути вытекла в чашку, и уровень ртути в трубке остановился на отметке 76 см. Но что помешало ртути вытечь полностью?

Торричелли рассудил, что вес атмосферы (воздуха), давящий на поверхность ртути в чашке, равен весу ртути, оставшейся в трубке. Следовательно, высота ртутного столба является мерой атмосферного давления. Этот прибор получил название барометра. Кроме того, ученый заметил, что высота столба слегка меняется в зависимости от погоды, и сделал вывод, что атмосферное давление тоже меняется. В 1647 г. французский математик Рене Декарт добавил к барометру Торричелли вертикальную шкалу и использовал его для записи результатов наблюдений за погодой. С того дня атмосферное давление стало одним из важнейших факторов, учитываемых метеорологами. Это давление до сих пор часто измеряется в миллиметрах ртутного столба; нормальным считается давление 760 мм.

Еще Декарт высказал предположение, что атмосферное давление уменьшается с увеличением высоты. На вершине горы оно меньше, чем у ее подножия. (А давление за бортом летящего на большой высоте реактивного самолета практически равно нулю.) В 1771 г. швейцарский геолог Жан Делюк применил барометр для измерения высоты гор. Современный высотометр (альтиметр), используемый в самолетах, тоже представляет собой видоизмененный барометр, хотя и не ртутный. Хотя Делюк носил барометр Торричелли в горы, этот прибор портативным не был. В 1797 г. французский ученый Никола Фортен изобрел портативный ртутный барометр. Он представлял собой помещенный в кожаную сумку резервуар со ртутью. Сумку можно было слегка сжать, чтобы привести поверхность ртути в соответствие с уровнем, указанным стрелкой, а шкала на конце трубки позволяла снимать точные показания.

Но вернемся к эксперименту Торричелли. Что было в пространстве над ртутью в запаянном конце трубки? Ответ прост: ничего. Точнее, там был вакуум - пространство, в котором ничего нет. Вскоре ученым захотелось изучить вакуум и его свойства, а для этого требовалось получать его в лабораторных условиях. В 1654 г. физик Отто фон Герике, мэр Магдебурга (Германия), изобрел первый воздушный насос, который назывался так потому, что он был предназначен для выкачивания воздуха из сосуда (сегодня мы назвали бы его вакуумным насосом). С помощью этого насоса Герике выкачал воздух между двумя медными полушариями, и атмосферное давление прижало полушария друг к другу с такой силой, что их не могли разъединить 16 лошадей. Демонстрационное устройство Герике получило название «магдебургских полушарий».

В 1703 г. английский физик Фрэнсис Хок-сби усовершенствовал вакуумный насос. Его использовал в опытах по изучению воздуха и других газов ирландский ученый Роберт Бойль. Немецкий физик Генрих Гейслер применил насос в 1855 г. для изучения поведения электрических зарядов при низких давлениях, а десять лет спустя британский ученый немецкого происхождения Герман Шпренгель механизировал насос Гейслера, чтобы с его помощью получать вакуум высокого разрежения. Этот парортутный (диффузионный) насос, в котором пары ртути «улавливают» молекулы воздуха и удерживают их, создавая вакуум, используется до сих пор. Он нашел широкое применение в научных исследованиях.

Знаменитые «магдебургские полушария» представляли собой две медные полусферы, из которых выкачивали воздух. Когда создавался вакуум, полушария не могли разъединить 16 лошадей.