Барометр своими руками в домашних условиях для школы

Барометр отслеживает изменения атмосферного давления, сопровождающие наступление осадков, пасмурной или солнечной погоды. Предназначен для прогнозирования климатических условий в краткосрочной перспективе. Барометр всегда используют при подготовке к астрономическим наблюдениям, а рыбаки по его показателям определяют, когда будет лучший клев, так как рыба реагирует на перепады давления. Устройство всегда практичное в быту: подскажет пользователю как одеться, брать ли зонт, отменить или запланировать мероприятия. Метеочувствительные люди смогут подготовиться к изменениям климата. Рассмотрим способы, как сделать барометр самостоятельно и разновидности кустарных изделий.

Что такое барометр

Барометр — это измеритель атмосферного давления (дальше по тексту — атм. давл.), это основное устройство, прогнозирующее климатические изменения. По прибору можно определить приближение периода осадков, циклонов, пасмурной, влажной погоды, туманов.

Первый изобретенный барометр — это трубка с ртутью, запаянная с одного конца, а другим, открытым, погруженная в емкость с нею же. В такой конструкции вещество внутри колбы при увеличении атмосферного давления имеет свойство подниматься, при понижении — опускаться. На данное явление несколько веков назад обратил внимание ученый Торричелли.

Барометр основывается на свойстве веществ, материалов сжиматься/расширяться при изменениях атм. давл. Чувствительные элементы прибора: химические вещества (ртуть), мембраны из особых материалов. В электронных вариантах используют термокомпенсированные, тензометрические датчики, отображающие деформации с преобразованием показателей в электросигнал. Жидкостные и мембранные устройства значения показывают столбцом вещества внутри прозрачной трубки или стрелкой. Электронные приборы могут иметь стрелку, но чаще ЖК-табло.

Назначение

Приборы измерения атмосферного давления используются повсеместно в быту, на кораблях, при астрономических наблюдениях, на метеостанциях, в общем, везде, где потребуется ради интереса или в связи с рабочей или иной необходимостью предвидеть погоду, но только на ближайший период (8–12 ч., или на следующий день).

Барометром можно определить высоту возвышенностей (поэтому заводские изделия часто совмещают высотомер), так как давление меняется с высотой. Часто прибор измеряет и относительную влажность (гигрометр).

Особенности барометра, как читать показатели

За точку отсчета на шкале барометра обычно принимают усредненный показатель нормального атм. давл. для ясной обычной погоды — 750 мм. рт. ст., то есть от этой отметки отсчитывают движение вниз или вверх. Отметка может быть другой, она зависит от условий местности, от среднестатистического показателя для конкретной территории, например, такая линия будет иной в горных районах.

Недостаток барометра — невозможно на 100% предвидеть осадки, погоду, время появления, продолжительность. Слишком много факторов влияет на точность, например, температура, влажность, высота местности, рельеф, ветреность. Чем резче и сильнее выше/ниже движется стрелка, тем большая вероятность прогноза и скорость наступления явлений.

На метеостанциях показания барометров уточняются данными со спутников, статистикой, измерителями перечисленных факторов. Другой относительный недостаток: радиус действия барометра ограниченный (приблизительно до 30 км, при циклонах, ураганах может быть больше).

Итак, чем выше подвинется столбик жидкости или стрелка заползет на отметки в сторону увеличения, тем значительные осадки ожидаются: от пасмурной погоды до дождя, шторма, бури. Чем интенсивнее движение, тем быстрее погодные явления. Но это общее правило, ниже мы уточним нюансы.

На шкале заводских изделий есть не только цифры, но и соответствующие надписи (солнечно, туман, дождь, гроза и так далее), их можно скопировать (фото есть в интернете) для самоделок.

Для рыбаков обычно трактовка такая:

• столбик поднимается постепенно — ясная устойчивая погода, но надо учесть, что каждая рыба имеет свои нюансы поведения. А в общем, это к хорошему клеву. Но если показатель уже высокий или чрезмерно быстро увеличивается, рыбалка может не быть успешной;
• при низкой величине (пасмурно, дождь) активны хищные рыбы, при повышенной — мирные виды плывут к берегу и активно питаются.

Важные нюансы трактовки показаний барометра

Общий принцип понимания показаний правильный лишь отчасти, есть значительные нюансы, опишем их.

Читать показатели барометра не так просто, как это иногда отображают в некоторых источниках, укажем правильную трактовку с нюансами:

• давление в процессе роста — дождь, гроза; но когда вырастет, станет стабильным — начнет устанавливаться хорошая погода;
• в процессе понижения — самая хорошая погода; когда установится стабильно низким — начнутся осадки, но кратковременные, не сильные, а интенсивные появятся — см. предыдущий пункт.

Все дело в том, что области низкого атм. давл. — это циклоны. Вначале у них есть теплый сегмент с небольшой облачностью (обычно в верхнем ярусе, облака перистые, перисто-слоистые), осадки отсутствуют. Когда идет теплый фронт — есть вероятность маленьких осадков. Но во время холодного, а он идет следом, — осадки сильные, усиливается ветер. Давление растет, осадки после фронта могут стать затяжными (вплоть до дней без перерыва). После прохождения циклона устанавливается повышенное атм. давл., антициклон, поначалу там пасмурно, холодно с осадками (шлейф от минувшего циклона), которые исчезают через день-два. Облачность начинает понижаться, среда прогревается, и в теплом сегменте антициклона становится солнечно. Давление понемногу падает, соответственно, после антициклона — ожидайте очередного циклона, цикл повторяется.

Единицы измерений

Международная единица измерения — 1 Па (1 Н/м²). Но также используют бары (1 бар = 100 000 Па или 0.1 мПа). Шкалы бытовых барометров часто в миллибарах. Таким образом, 100 000 Па = 100 кПа — 1 бар = 1 000 мбар = 1 000 гПа.

Виды барометров

Барометры с жидкостью, химическими составами в роли чувствительного вещества. Ртутную разновидность не будем рассматривать, так как вещество чрезвычайно опасное, к тому же труднодоступное. В самоделках применяют подкрашенную простую или дистиллированную воду.  Устройства основываются на «принципе Э. Торичелли»: жидкость опускается/понижается в трубке, вставленной открытым концом в емкость с таким же веществом, реагируя на изменения атмосферного давления.

Механические, они же анероиды. Из гибкой (часто гофрированной) тонкостенной коробочки, сильфона — анероидной капсулы из медно-берилловых и подобных сплавов. Данный узел помещают внутрь герметичного корпуса, где создается разряжение, и он настолько чувствительный, что колебания давления за его пределами расширяют или сжимают его, двигая толкатель со стрелкой на шкале.

Электронный (цифровой). В основе — термокомпенсированные, тензометрические сенсоры. Подобные детекторы ставят в электровесы. Работа элементов базируется на пъезорезистивных свойствах микроскопической полоски из кремния, функционирующей как тензометр, то есть она способная реагировать на малейшие колебания, напряженности, усилия поверхности.

Контроллер (микросхема) обеспечивает возможность разных настроек, анализирует сигнал сенсора и выводит его цифрами на дисплей. Обычно такой заводской прибор оснащен комплексом датчиков и функций, измеряет не только давление, но и температуру, влажность, показывает время, дату. Цифровые барометры очень распространенные в последнее время для быта, по форм-фактору напоминают собой электронные часы. Это самые точные измерители, покажут величину до 0.2 мВ/кПа и лучше.

Для самодельных электронных измерителей потребуется откалиброванный заводской тензодатчик.

Способы изготовления своими руками барометров

Жидкостный барометр в домашних условиях своими руками собрать можно чрезвычайно простыми методами, большинство из них сводятся к такой общей конструкции: запаянная сверху трубочка, открытым концом вставленная в емкость с жидкостью. Соломинка тоже наполняется некоторым количеством воды. Есть более элементарные способы, например, из лампочки, где прогноз показывает конденсат на стенках.

Совсем простой метод для создания подобия анероида: пустая банка с крышкой из резиновой мембраны от обычного шарика. Для экстремальных условий применяют ветки хвойного дерева, они имеют свойства подниматься/опускаться при разном атм. давл.

Для более сложных вариантов — электронных — потребуются навыки пайки, работы с радиодеталями, опыт создания печатных плат и запчасти в виде тензодатчиков, диодов, микроконтроллеров (Arduino, LM 3914), других радиодеталей.

Ниже постараемся отобразить все самые известные самоделки.

Анероид из дешевого манометра

Анероид можно сделать, если взять запчасти от иных измерительных приборов, у которых есть часть со спецсплава, реагирующая на давление, например, из манометра. Подойдет только механическая модель с нижней, обычно круглой (небольшой цилиндр), частью-блоком, именно там расположена чувствительная мембрана.

Входной штуцер устройства припаян к круглой нижней части манометра с гофрированной коробкой (сильфоном), реагирующей на атм. давл. сжиманием/расширением, двигая стрелку на шкале через толкатель.

Сборка поэтапно:

1. Прогреваем штуцер паяльником, герметично запаиваем.
2. Ждем, пока коробочка охладится до комнатной температуры, произойдет ее сжимание – давление сравнится с атмосферным.
3. После указанной манипуляции при падении давления сильфон будет сокращаться, при росте – расширяться.
4. Шкалу переписывают — 160 мм — на 760, 200 — 700, 120 — 800, — поскольку теперь при повышении измеряемой величины указатель будет подвигаться против ч. с. Старые значения заклеивают бумагой, зарисовывают корректором. Новые надписи пишем вручную или сканируем фото заводского изделия, изменяем фотошопом и распечатываем.
5. Ослабляем стопорный винт, фиксирующий штуцер. Проворачиваем последний по ч. с. Пока стрелка не покажет деление, соответствующее нормальному атм. давл. в местности (стандартно 750, данные есть на сайтах метеослужб).
6. Штуцер в нужном положении фиксируем стопорным винтом, положение указателя может измениться — шкала не будет абсолютно точной, но нам главное фиксировать интенсивность изменений давления, поэтому данный минус малозначим.

Подобным образом можно соорудить анероид из сильфонов из бериллиевой бронзы из высоковакуумных затворов вакуумных установок как на фото ниже. Но такие запчасти доступные не всем. На изображении 12-ступенчатая конструкция, что обеспечивает показания с точностью до 0.05%.

Из бутылки, колбы

Барометры из бутылок часто применяют рыбаки, чтобы определить, будет ли клев, атмосферное давление влияет на поведение рыб, провоцирует на жор или на уменьшение активности.

Но также такие кустарные устройства используют для любой ситуации, когда требуется спрогнозировать погоду.

Что потребуется:

• колба, бутылка из стекла или пластика (объем может быть разным обычно от 0.5 л);
• трубочка для коктейлей, соломинка как можно длиннее;
• дистиллированная вода. На емкость 0.5 л хватит 150–200 гр., если объем больший/меньший, то в подобной пропорции;
• краситель (пищевой, чернила, марганцовка и прочее), чтобы столбец был заметным.

Можно изловчиться и собрать прибор, имея только какой-либо острый предмет, чтобы пробить отверстие в крышечке сосуда. Но комфортнее работа будет с ножом, термоклеем (хорошо, если есть пистолет для него), стойкий к смыванию маркер, шприц (игла не потребуется).

Этапы сборки:

1. Делаем отверстие в крышечке сосуда, под соломинку.
2. Наполняем емкость дистиллированной водой, окрашиваем.
3. Маркером на трубке делаем шкалу.
4. Помещаем соломинку в сосуд так, чтобы конец торчал на 3–4 см., от дна — 1–2 см.
5. Уплотняем соединение термоклеем. Для герметизации можно применить любые другие материалы, а также использовать пробку от бутылки с вином.
6. Закачиваем шприцом немного воздуха внутрь.

Для самодельных измерителей атм. давл. применяют любые колбы, пластиковые бутылки. Во всех случаях они, как и соломинка, должны быть прозрачными. Алгоритм создания такой, как мы описали выше.

Можно взять не дистиллированную, а обычную кипяченую воду, но ее периодически надо менять из-за протухания.

Из масленки

Потребуется жестяная масленка, любая, но лучше приплюснутая по вертикали, с вытянутыми боковыми торцами. Подбирают пробку под отверстие, закрывают его, но сначала проделывают в заглушке отверстие под тонкую соломинку для коктейлей. Подойдет также стеклянная трубка (1.5–2 мм), от посуды для химической, медицинской отрасли. Впрочем, можно взять и более толстую: попробовать насадить ее (а не вставить) на носик масленки, но потребуется хорошо уплотнить такое соединение, например, эпоксидкой, холодной сваркой, резиновой прокладкой.

Сосуд наполняется на 2/3 подкрашенной водой. Трубка с пробкой вставляется, к прозрачной части приделывается шкала (бумага, пластик, обычная линейка). Градуировку можно скопировать с заводского изделия. Соломинка при этом должна быть немного заполненная жидкостью.  Принцип традиционный: давление растет — столбец идет вверх, и наоборот.

Из лампочки, с принципом росы

Подойдет любая лампочка. Около самой кромки цоколя сверлят маленькое отверстие 2–3 мм. Его можно сделать шуропевертом или специальными мини-дрелями с тонким сверлом, ручными бурчиками.

Эффективный способ с проволокой. На точку сверления наносят каплю машинного, подсолнечного масла или солидола с абразивом от среднезернистой наждачки. Должна получиться вязкая густая паста. Зажимают в патроне дрели медный провод, диаметром равным отверстию. Цоколь лампы фиксируют в маленьких ручных тисках, место зажима и колбу заворачивают перед этим ветошью, тряпкой. Сверлят, прикладывая минимальный натиск.

Через отверстие заливают воду до половины колбы, добавляют туда любой краситель (чернила, марганцовка). Отверстие заделывают пайкой (стекло легко плавится зажигалкой «печкой») или акриловым клеем, эпоксидкой, изолентой. Барометр собран.

Далее, ждут, пока подсохнут стенки изнутри. Подвешивают барометр в удобном месте поближе к улице, например, между оконными рамами.

Лучшая сторона — северная, где на баллон не будут падать прямые солнечные лучи. Если окна сморят на юг, то подвешивают в верхней их части. Период, на который барометр покажет погоду — около суток.

Через пару часов можно смотреть показания:

• внутренние стенки покрылись мелкой росой — сплошная облачность, пасмурно, но без осадков;
• средний конденсат с сухими полосками между каплями — переменная облачность;
• крупные капли — кратковременные осадки;
• крупный сплошной конденсат сверху донизу, капли укрупняются, стекают вниз — гроза;
• роса только у поверхности жидкости, горловина сухая — дождь пойдет стороной, в 30–50 км от локации замеров;
• если идет дождь, а стенки сухие — завтра ясная, солнечная погода;
• конденсат только на северной стороне — завтра после обеда осадки.

Пользоваться барометрами с замерзающей жидкостью, конечно же, можно лишь при температуре воздуха выше нуля.

Из хвойной ветки, шишки

Ветки хвойных пород деревьев имеют свойство опускаться/подниматься при изменении атмосферного давления. Не имеет значения живая или мертвая такая стрелка.

Ветку желательно взять с сегментом ствола, так она будет стабильнее и с большим диапазоном движений. Указатель закрепляют любым удобным способом. Около конца стрелки ставят линейку, размеченную полоску, можно использовать стену, откос. Стрелка не должна прикасаться ни к чему. Наблюдают за погодой и сопоставляют ее изменения с положением ветки, соответственно полученным данным подписывают сегменты градуировки.

Сосновые, еловые шишки имеют свойство раскрываться в ясную погоду и закрываться при пасмурном климате. Желательно взять крупные плоды.

Из шприцов, капельниц

Что потребуется:

• шприцы — 2 шт. по 10 мл;
• трубка от капельницы;
• настенный термометр, желательно с крупной шкалой наподобие линейки;
• дощечка 16×25 см;
• бумага миллиметровая;
• для фиксации элементов: скотч, силиконовый клей, кнопки, гвозди.

Процесс создания виден на ниже представленных схемах. Место установки для сделанных самоделок должно быть без переменчивых условий в доме: подальше от форточки, солнечных лучей, нагревателей, влажности. Наполняют систему кипяченой водой при комнатной t° (+18…+25° C). Поршень верхнего шприца ставят на отметку в 7 мл, второй без толкателя заполняют полностью. После процедуры первым устанавливают уровень в трубке на отметке (на шкале она посередине), равной стандартному атмосферному давлению в местности. Обычно таковое составляет 750 мм. рт. ст., поэтому маркируют указанную линию этими цифрами.

Больший объем воздуха — 98%, находится в шприце сверху, остальное в трубке. Давление повышается, происходит сжатие, что поднимает уровень воды в капилляре, и наоборот. Шаг шкалы в 1 мм в наших примерах сделан равным 1 мм. рт. ст., второй шприц располагают на одном уровне с ней.

Вместо воды можно использовать подсолнечное масло:

Первое время, наблюдая соответствие положений столбца и погодных условий, записывают их, таким способом подписывают градуировку. Снимать показания рекомендовано при t° воздуха +18° C.

Из банки и шарика

Пустую банку накрывают резиной из обычного шарика, на нее скотчем крепят соломинку, деревянную шпажку.

Принцип четко показан на изображении:

Разница давлений внутри и снаружи приподнимает/опускает сплошную накрывку-мембрану, соответственно, двигается указатель, около конца которого ставят шкалу.

Материалы и пример реальной сборки:

Электронные (цифровые) барометры своими руками

Откалиброванный на заводе тензодатчик и дискриминатор — основа цифрового прибора. Эти и другие компоненты можно приобрести на Aliexpress, в радиомагазинах, в интернете.

Электронный барометр своими руками собирается на базе микродатчиков, микросхем (контроллеров). Нам потребуется тензосенсор MPX 2200 AP. При нормальном давлении 1 000 гПа напряжение на его выходе равно 100×0.2 мВ = 20 мВ. Можно также к схеме приспособить вольтметр, но для нашей ситуации в этом нет необходимости, так как в большинстве случаев достаточно наблюдать изменения в сторону повышения/понижения. Индикатор сделаем в форме шкалы из нескольких светодиодных элементов.

Потребуются, кроме указанных, такие элементы:

Схема:

Питания на сенсор подается от «кроны» 9 В (выводы 1 и 3). Для экономии заряда цепь содержит выключатель обычный или микро. Импульс с детектора поступает дифференциальному усилителю из 2 операционных усилителей DA2.1 и DA2.2 в корпусе, это микросхема LM324. Данный элемент предназначен для усиления амплитуды импульса тензосенсора в 50 раз.

R4 — «переменник» для точной регулировки, стоящий между резисторами с R1 и R2 (номиналы одинаковые). Учитывая коэф. усиления при 1 000 Па (100 кПа), на выходе дифусилителя будет 0.2×100×50 = 1000 мВ = 1 В.

С чувствительным вольтметром (цифровым) с шириной градуировки 2 В становится доступным пересчет измеренного напряжения, снимаемого между выходами 7 и 14 LM324, в значения атм. давл. Для визуализации контроля используется дискриминатор LM3914 с 10 компараторами, каждый подсоединенный одним входом к выводу (5), другие контакты идут на резистивный делитель (на промежуточные его точки).

Потенциал на четвертом выводе обозначает нижний порог измерения давления, а верхний выставляется посредством изменения потенциала «переменником» R5 на объединенных выходах 6 и 7. Им надо задать напряжение приблизительно 1.1 В относительно выхода 8, таким образом, верхняя граница индикации атм. давл. составит 1060 мбар, что подходит нам.

Как работать с индикатором

Индикация имеет такой порядок: вращая селектор «переменника» R6, устанавливаем на вводе 5 контроллера LM3914 потенциал, при котором диоды HL5 и 6 включаются. Если замеряемая величина растет, то элементы от HL7 до HL10 поочередно начинают светиться, и наоборот, уменьшение давления, обозначающее скорые осадки, сопровождается понижением напряжения на пятом выходе микросхемы. Начнут поочередно вниз включаться HL4…HL1.

Схема платы, рекомендации

Ниже схема-шаблон платы для монтажа платы:

Желательно брать индикаторные световые элементы с разным цветом, чтобы они несли функциональную нагрузку: внизу белые, вверху — красные, в середине — исходная точка, желтые. Схема LM для нашего прибора работает как DOT точка — при деактивированном выводе 9, питание идет только на период индикации давления при нажатии клавиши «Измерение». Точная калибровка для наших целей не так уж и важна, достаточно сделать наибольшую чувствительность, чтобы микросхема реагировала на малейшие колебания давления.

Цифровые модули и сборки на Arduino

Сборку можно осуществить из цифровых барометрических модулей-сенсоров. Делают такие приборы на основе микроконтроллера Arduino, также надо докупить дисплей к такой сборке и все необходимые сопутствующие детали. Все нужное есть на Aliexpress, подобных площадках.

Продаются уже готовые цифровые барометрические модули с обвязкой, например, 32-х разрядные, стоимость около 30 долл.

Рассмотрим только основы таких устройств, так как вариантов их много и им посвящены отдельные статьи.

Схема подключения контактов (есть разные варианты поэтому уточняем в сети, читаем инструкции изделий, смотрим схемы для конкретных моделей микроконтроллеров и модулей):

Самодельный цифровой барометр в сборе на монтажной пластине-основе:

Варианты схем-чертежов для сборки метеостанции с барометром на Arduino:

Обычно сборки на Arduino и на подобных микросхемах являются не просто барометрами, а мини-метеостанциями, измеряющими давление, высоту, температуру, влажность, показывающие часы, дату:

Видео по теме

Поделитесь с коллегами:

Разинкин Владимир, Лосев Никита, Бондарь Дарья

БАРОМЕТР СВОИМИ РУКАМИ

с. Ягуново

Содержание Введение……………………………………………………………………………3 1 Теоретическая часть……………………………………………………………5

1. 1. История происхождения барометра………………………………………5
   2. Варианты изготовления барометра в домашних условиях………………5
2. Практическая часть…………………………………………………………9
   1. Барометр своими руками……………………………………………………9
   2. Проведение эксперимента…………………………………………………10
   3. Вывод………………………………………………………………………10

Заключение………………………………………………………………………11 Список литературы………………………………………………………………12 Приложения………………………………………………………………………13

Введение

Часто для того, чтобы узнать погоду на следующий день, мы слушаем прогноз погоды. Из него мы узнаём о предполагаемой температуре, наличии осадков, скорости ветра и атмосферном давлении. Тема нашей работы является актуальной, потому что каждый из нас, прежде чем выйти на улицу хочет знать, а что там за окном? Доказательством актуальности нашей темы является анкетирование, которое мы провели среди учащихся Ягуновской школы. Каждый из опрошенных, хочет узнать, какая погода, прежде чем выйти на улицу. 25 человек из 35 участников анкет не знают, как сделать барометр своими руками, но хотели бы научиться. Каждый день мы сталкиваемся с удивительными явлениями: например, с силой, которая действует благодаря воздуху. Нас заинтересовало: «На что влияет атмосферное давление? Почему о нём сообщается в прогнозе погоды?» Оказалось, что с изменением атмосферного давления связано изменение погоды. Если давление повышается, то можно ожидать ясной погоды, а если понижается, то пасмурной. Изменение атмосферного давления сказывается и на самочувствии людей, страдающих гипертонией. Можно ли создать прибор для наблюдения изменения атмосферного давления своими руками? Мы решили, поиграем в метеорологов! Они измеряют атмосферное давление, потому что оно показывает перемещение воздушных масс, которые влияют на погоду. Объект исследования: атмосферное давление и способы его измерения. Предмет исследования: прибор для измерения атмосферного давления Гипотеза: можно создать прибор для наблюдения изменения атмосферного давления в домашних условиях. Цель: изготовление прибора для наблюдения изменения атмосферного давления своими руками.
Задачи исследования: -проанализировать литературу по данной теме; — изучить, кто первый разработал барометр; -познакомиться с вариантами изготовления барометров; — проанализировать работу барометра в домашних условиях. Планируемый результат: Определение атмосферного давления с помощью барометра сделанного своими руками.

1. Теоретическая часть

1. История происхождения барометра

Для измерения атмосферного давления были изобретены приборы, которые называются барометрами. (Слово барометр происходит от двух греческих слов: барос — тяжесть, метрео — измеряю)[1, 29] Первый барометр был изобретён итальянским учёным Эванджелиста Торричелли в XVII веке. Ртутный барометр, изобретенный Торричелли, очень неудобен в обращении и опасен. В жидкостных барометрах давление измеряется высотой столба жидкости (ртути) в трубке, запаянной сверху, а нижним концом опущенной в сосуд с жидкостью (атмосферное давление уравновешивается весом столба жидкости). Ртутные барометры — наиболее точные, они используются на метеостанциях. Б.Паскалем в 1646 году был создан водяной барометр, но его размеры оказались очень большими. Высота такого барометра более 13 м.[3, 94] В практике для измерения атмосферного давления используют металлический барометр, называемый анероидом. (Анероид в переводе с греческого-безжидкостный. Так барометр называют потому, что он не содержит ртути). Он показывает атмосферное давление, действующее на гофрированную тонкостенную металлическую коробку, в которой создано разрежение. При понижении атмосферного давления коробка слегка расширяется, а при повышении — сжимается и воздействует на прикрепленную к ней пружину со стрелкой. Мы посмотрели различные источники, в которых описывалось создание прибора своими руками. Самые простые в изготовлении барометры, следующие:

2. Варианты изготовления барометра в домашних условиях

Барометр из еловой шишки Чтобы сделать простейший прибор, предсказывающий погоду на несколько часов вперед, понадобятся две ровные деревянные дощечки. Для основания надо вырезать квадрат со стороной 70 мм, а для боковинки прямоугольник 70×150 мм. Запилить торцы крупным напильником, а затем всю поверхность зачистить наждачной шкуркой. Соединить их на клею, укрепив мелкими гвоздями, как показано на рисунке. Из плотной бумаги надо вырезать шкалу, нарисовать на ней деления и два знака: солнце и зонтик. У самой боковины прикрепить к основанию крупную сухую сосновую шишку. К одной из нижних ее чешуек надо приклеить сухую соломинку с бумажной стрелкой на конце. (Приложение 1. Рис.1)

Барометр из пихты Надо срезать веточку длиной 10-12 см молодой пихты с иголками. Все иголки с нее удалить, кроме одной. И она станет барометром. Для этого надо прикрепить веточку двумя маленькими гвоздиками к дощечке из фанеры, дерева или оргстекла. Единственное требование, чтобы пихтовая игла могла свободно отклоняться вверх-вниз. Затем надо поднести иглу к горячей печке, духовке или поместить недалеко от газовой горелки… Влага с поверхности веточки очень скоро испарится, а игла поднимется вверх. Сделать на дощечке отметку — 1, а потом написать «Солнечно».[2,56] Далее поднести дощечку к пару от кипящего чайника — игла, наоборот, опустится вниз. Сделать отметку — 10, а потом написать «Дождь». Остается только проградуировать наш барометр на 10 частей. Барометр надо вывесить в тени, чтобы прямые лучи на него не попадали. Все готово. Теперь, выходя из дома, мы можем прогнозировать и солнечный день, и дождь в зависимости от положения единственной иглы молодой пихты. (Приложение 1, Рис.2)

Барометр из жестяной масленки Такой барометр можно сделать из маленькой жестяной масленки с параллельными боковыми сторонами. Надо подобрать пробку, которая бы плотно закрывала единственное отверстие будущего барометра. До того как поставить пробку на место, в ней необходимо проделать отверстие такого диаметра, чтобы пропустить сквозь него прозрачную трубку-соломинку для коктейлей. Впрочем, лучше применить стеклянную трубочку с внутренним диаметром отверстия 1,5 — 2,0 мм. Ёмкость на 2/3 заполняется подкрашенной водой, в отверстие вставляется трубка с пробкой, в трубке при этом должно содержаться немного той же подкрашенной воды. При повышении атмосферного давления уровень жидкости в трубке будет подниматься, и наоборот. Такой барометр надо закрепить на подставке с вертикальной линейкой. От градуировать его можно, снимая показания с настоящего барометра. Вместо металлической емкости можно применить любую маленькую стеклянную бутылочку. После заполнения подкрашенной водой и установки пробки с трубкой, долейте в трубку немного воды. Так как корпус барометра жесткий, при повышении давления уровень воды будет понижаться, при понижении — повышаться. (Приложение 2. Рис. 3)

Барометр из стеклянной бутылки
Для того чтобы изготовить барометр, нам необходимо иметь 3 простые вещи: — стеклянную бутылку, объемом 0.5 литра — стеклянную трубку — резиновую пробку с отверстием для трубки Внизу трубка не должна касаться дна бутылки на 15-20 мм. Вверху должна торчать из пробки на 35-45 мм. Бутылку следует до половины заполнить водой, желательно дождевой. Если водяной столб в трубке внизу — атмосферное давление высокое, вверху-низкое. Бывает, что переливает через верх — очень низкое атмосферное давление. (Приложение 2. Рис. 4)

2. Практическая часть

2.1Барометр своими руками Дома у нас прибора для наблюдения за атмосферным давлением нет, и поэтому мы решили сделать прибор своими руками из подручных средств.

Оборудование Для того чтобы изготовить барометр, необходимо иметь:

• банка стеклянная с широкой горловиной,
• воздушный шарик,
• резинка,
• трубочка,
• лист А4,
• скотч,
• ножницы,
• краски. (Приложение 4. Рис.6)

План создания

• Вырезать из воздушного шарика кружок чуть больше, чем диаметра банки.
• Натянуть вырезанный кружок на горлышко и закрепить его с помощью резинки.
• Обрезать кончик соломинки наискосок и заострить один из ее концов.
• Закрепить с помощью клейкой ленты другой кончик соломинки скотчем посередине натянутой резиновой пленки.
• Закрепить лист бумаги около банки так, чтобы острие соломинки его слегка касалось. После этого отметь «ноль» в том месте, где соломинка касается листа. Ниже и выше этого значения с интервалом в 1 мм отметить цифры 1, 2 и 3.

Принцип работы 1) При увеличении атмосферного давления пленка прогибается вниз, соломинка поднимается вверх и указывает «Ясно». 2) При уменьшении атмосферного давления плёнка поднимается вверх, соломинка — вниз и показывает «Пасмурно». (Приложение 5. Рис. 7)

2.2 Проведение эксперимента Мы решили провести эксперимент, чтобы убедиться правильно ли работает прибор. Ежедневно в 8³⁰ ч. мы фиксировали ПОКАЗАНИЯ своего прибора и заносили результат в таблицу, затем наблюдали за погодой в течение дня, записывая результат в столбец «ПОГОДА». (Приложение 5. Таблица 1) После проведения двухнедельного эксперимента значения показателей прибора и погоды совпали, что подтверждает правильную работу созданного прибора.

3. Вывод

Барометр, который у нас получился, показывает изменение давления снаружи банки. Если давление повышается, то воздух начинает давить сверху на резиновую крышку банки и соломинка поднимается. И наоборот, если давление понижается, то воздух давит на чувствительную мембрану изнутри банки и соломинка опускается. Точные показатели атмосферного давления на таком барометре не увидишь, так как мембрана натянутого шарика не достаточно тонка и чувствительна. Трубочка опускается и поднимается всего на одно деление, но повышение и падение атмосферного давления видно очень хорошо. Эти результаты совпадали с объявлениями о погоде. Наблюдения показали: При повышении атмосферного давления, погода была ясной, солнечной. При понижении давления — пасмурной и ненастной. С помощью построенного нами прибора можно прогнозировать погоду. Проводить данные опыты не сложно, но интересно. Они безопасны, просты и полезны. Наш барометр предупреждает близких об изменении атмосферного давления, и они вовремя принимают меры. Нас не застанет врасплох ненастье.

Список литературы

1. Книга экспериментов. Просто о сложном/Пер. с итал. И.Гурьянова. — [Текст] М.: Эксмо, 2013. — 128с.
2. Детская энциклопедия «Хочу все знать» // [Текст] М. «Планета детства» — 2003.- С. 260-261.
3. Новая энциклопедия школьника //- [Текст] М. «Махаон».- 2009.- С. 128 — 129.

Приложение 1

Рис. 1 Барометр из еловой шишки

Рис.2 Барометр из пихты

Приложение 2

Рис.3 Барометр из жестяной масленки

Рис.4 Барометр из стеклянной бутылки

Приложение 3

Рис.5 Барометр из лампочки

Приложение 4

Рис. 6 Оборудование для изготовления барометра

Приложение 5

пасмурно ясно

Рис.7 Принцип работы барометра

Результаты эксперимента с 24 февраля по 7 марта Таблица 1 ДЕНЬ ПОКАЗАНИЯ ПОГОДА

Понедельник(24.02) Ясно Солнечно Вторник(25.02) Ясно Солнечно Среда(26.02) Пасмурно Облачно, снег Четверг(27.02) Ясно Солнечно Пятница(28.02) Пасмурно Облачно Суббота(01.03) Пасмурно Облачно Вторник(04.03) Пасмурно Облачно Среда(05.03) Ясно Солнечно Четверг(06.03) Ясно Солнечно Пятница(07.03) Пасмурно Облачно

Здравствуйте, друзья!

Сегодня я расскажу вам, как сделать барометр собственными руками. Изготовить его несложно, времени потребуется немного, экзотических материалов тоже не потребуется. Читающим эту статью папам – советую привлечь к изготовлению свое чадо – ребенок будет увлечен не только на время изготовления, но и еще несколько дней спустя, когда будет едва проснувшись бежать смотреть на показания собственноручно изготовленного барометра и предсказывать вам погоду на предстоящий день. Короче говоря, изготовление барометра из подручных средств — очень неплохой вариант реализации домашнего эксперимента для любознательного ребенка. Если хотите познакомиться с историей происхождения барометра, его типами и принципом работы – загляните в мою предыдущую теоретическую статью о барометре.

Итак, приступим. К слову сказать, своими руками можно сделать различные барометры. Но сегодня мы с вами рассмотрим, как изготовить жидкостный барометр. Для этого нам потребуется сосуд, пробка и трубочка. Ну и немного вспомогательных материалов вроде скотча, клея, пластилина и красителя.

В качестве сосуда лучше всего использовать стеклянную прозрачную бутылку. Пластиковая не подойдет, т.к. емкость должна быть жесткой, чтобы противостоять атмосферному давлению не деформируясь.

Пробка может быть любая обеспечивающая герметичность. Подойдет как готовая, так и самодельная, например, из свернутой в рулончик изоленты.

В качестве трубочки я взял кусок медицинской капельницы. Трубка должна быть достаточно длинная или широкая (почему – объясню позже). Коктейльная, например, не годится, она узкая и короткая.

Готовим раствор, который будет служить нам индикатором атмосферного давления. Можно использовать простую воду, но за прозрачной жидкостью наблюдать не очень удобно. Поэтому я в воду добавил немного перманганата калия (марганцовки). Можно использовать также пищевые красители.

Наливаем раствор в бутылку примерно наполовину.

Теперь изготавливаем узел индикатора. Его роль выполняет прозрачная трубка длиной желательно не менее метра. Почему нельзя брать короткую трубку? Поясним это расчетами. Предположим, что мы хотим, чтобы наш барометр хорошо фиксировал изменение атмосферного давления в пределах 40 мм ртутного столба – от 740 до 780 мм. В этом случае величина относительного изменения атмосферного давления составит:

ΔP=(P₂-P₁)/P₁  ΔP=(780-740)/740=0.054

В таком же соотношении изменится и объем воздуха в нашем сосуде. Если в сосуде объемом 500 мл 250 мл воздуха, то при изменениях атмосферного давления объем воздуха может измениться на 13.5 мл:

ΔV=250 мл * 0.054=13.5 мл

И это изменение объема воздуха (а следовательно и жидкости) должна компенсировать трубка. Объем коктейльной трубочки, к примеру, равен:

V=πR²H   V_{соломинки}=3.14 * 1 mm² * 200 mm = 628 mm³ или 0.628 мл

Как видим, коктейльная соломинка никак не способна компенсировать изменения атмосферного давления. В случае ее использования вы столкнетесь либо с вытеканием излишней жидкости, либо попаданием воздуха из внешней среды внутрь сосуда. По-хорошему, чтобы наш барометр успешно работал при изменениях атмосферного давления нам нужна трубка длиной:

H=V/πR²  Hтрубки=13500 mm³/3.14*1 mm²=4299 mm или 4.3 m

при внутреннем диаметре трубки 2 мм.

У меня такой трубки под рукой не оказалось. Я взял отрезок трубки от капельницы длиной около метра. Для моих экспериментов этого оказалось достаточно.

Далее нужно проделать в пробке отверстие и вставить в него трубку таким образом, чтобы при вставлении пробки в бутылку трубка практически доставала до дна сосуда.

В принципе, барометр готов. Как видите, изготовить барометр своими руками не сложно, но потребуется аккуратность. Самое главное – это обеспечить герметичность сосуда. Необходимо, чтобы атмосфера сообщалась с содержимым сосуда только через трубку и ни в коем случае через неплотно вставленную пробку или зазоры между пробкой и трубкой. В этом случае барометр работать не будет! Чтобы избежать этого, я промазал стыки трубки и пробки, а также пробки и горлышка бутылки клеем – пластилин не подошел, т.к. не обеспечивал должной герметичности.

Чтобы не сооружать держатель для трубки, я обмотал трубку вокруг бутылочного горлышка и закрепил скотчем.

Теперь необходимо выставить уровень жидкости в трубке. Из прогноза погоды я знал, что на день изготовления барометра атмосферное давление в моем городе было 760 мм рт. ст. Следовательно, уровень жидкости мне нужно было установить где-то в районе середины трубки. Поскольку текущий уровень был в самом начале трубки, мне потребовалось повысить давление в сосуде так, чтобы уровень жидкости поднялся до середины трубки. Для этого я шприцем через пробку несколько раз ввел в бутылку воздух.

Можно было и не пользоваться шприцем, а вдуть немного воздуха в бутылку прямо через трубку, но шприцем было точнее.

Все, можно приступать к наблюдениям! Если атмосферное давление повышается, уровень жидкости в трубке падает. А если снижается, то уровень жидкости поднимается. Учитывая это можно отградуировать ваш прибор, то есть нанести на него шкалу.

В процессе наблюдения будьте готовы к значительному влиянию на показания окружающей температуры. Малейшее повышение температуры (даже если обхватить бутылку руками на несколько секунд) приводит к изменению давления внутри бутылки и, следовательно, уровню жидкости в трубке. Поэтому измерения для большей точности желательно проводить при постоянной температуре.

Как видите, сложного ничего нет. Довольно быстро можно изготовить собственными руками вполне работоспособный прибор.

Весь объем операций сводится к следующим:

• заполнить сосуд наполовину индикаторной жидкостью;
  
• пропустить через пробку сосуда трубку, обеспечив герметичность стыков клеем или герметиком;
• выставить рабочий уровень жидкости в трубке.

Желаю удачи в изготовлении барометра!

P.S. Вы также можете почитать о том, как сделать барометр из сосновой шишки.

Об этой статье

Была ли эта статья полезной?

Вспомнил на досуге о простой самоделке, которую встречал в журнале «Юный натуралист» и делал в восьмидесятых годах прошлого века.

С ее помощью было интересно предсказывать погоду, наблюдать на последующий день за точностью сделанных показаний.

Конечно, сравнивать эту конструкцию с метрологическими приборами не стоит, но в качестве грубого прогноза она вполне работоспособна.

К тому же подобная система позволяет развивать у детей навыки наблюдения и анализа природных явлений.

Поэтому описываю ее в статье как советы домашнему мастеру по изготовлению простого барометра из электрической лампочки и способам расшифровки полученной информации. Текстовый материал дополняется поясняющими картинками, фотографиями и видеороликом.

Как работает самодельный барометр

Для предсказания погоды используется закрытое стеклом лампочки пространство с небольшим отверстием вверху. В эту емкость залита чистая вода. На нее воздействуют:

• атмосферное давление через прорезь в стекле;
• влажность воздуха;
• температура окружающей среды.

Под комплексным действием этих факторов происходит испарение поверхностного слоя с конденсацией паров внутри стеклянного баллона лампочки без выхода через отверстие. По характеру образовавшегося конденсата, его форме и плотности, судят о предстоящей погоде, предсказывают состояние атмосферы на ближайшие 12÷24 часа или чуть дольше.

Необходимые инструменты

В обязательном порядке потребуется:

• перегоревшая или целая лампа накаливания;
• защитные перчатки;
• надфиль или электрическая дрель с алмазным сверлом;
• один кристаллик марганцовки либо обломок от грифеля из химического карандаша — не всегда.

Для изготовления крепления барометра потребуется электрический паяльник или клей с подставкой.

Технология изготовления

На руки надевают защитные перчатки. Они будут предохранять кожу от порезов и попадания мелких осколков стекла. Лампочка хрупкая, под случайным излишнем усилии она может развалиться на мелкие осколки. Работать с ней следует очень аккуратно.

В верхней части колбы около цоколя необходимо сделать сквозное отверстие с поперечным сечением от одного до нескольких мм кв, не больше. Оно будет сообщать внутреннюю полость баллона с атмосферным воздухом.

Способы создания отверстия

Работа надфилем

Боковой гранью режущей кромки осторожно прорезают отверстие в стекле колбы.

Величину усилия необходимо контролировать: очень легко проточить большую щель или повредить хрупкое стекло. Работу выполняйте над емкостью, в которую будут падать стеклянные опилки. Это обезопасит уборку рабочего места.

Сверление отверстия в стекле

Этот метод позволяет сделать строго калиброванное отверстие круглой формы. Однако он требует практических навыков обработки стекол сверлами мелких диаметров. Работать можно дрелью или шуруповертом.

Обычное сверло для обработки металла должно быть хорошо заточено, а место сверления отмечено и очищено. Лампочку необходимо надежно зафиксировать, а дрель использовать на средних оборотах и постепенно снижать их величину. Отклонение сверла от вертикали, как и нажим, не допускается. Даже при выполнении этих требований высока вероятность повреждения колбы.

Поэтому для сверления отверстия подбирают специальные сверла с алмазным напылением наконечника. Работают ими очень осторожно.

Наполнение колбы водой

Внутрь лампочки через прорезанное отверстие необходимо налить чистой отстоявшейся или лучше кипяченной воды чуть меньше трети ее внутреннего объема.

Самодельный барометр из лампочки в принципе готов к эксплуатации. Но для удобства использования его можно:

• подкрасить воду прибора, например, раствором марганцовки. Конденсат станет лучше виден;
• снабдить устройством подвешивания или подставкой.

О креплении самодельного барометра

Крепежный узел прибора изготавливают для эксплуатации в одном из двух вариантах:

1. подвешивании на ручку или крючок;
2. стационарной установке на подоконнике.

Петля для подвешивания

Используют отрезок медной проволоки, сгибают его петлей, а свободные концы впаивают внутрь контакта цоколя.

Остается подвесить самодельный барометр на подготовленный крючок или ручку.

Подставка

Можно использовать подходящий по диаметру колпачок от бутылочки с косметикой или моющих средств.

В него вклеивают лампочку либо ее крепят другим доступным способом, например, на пластилин или замазку. Такую самодельную конструкцию прибора удобно ставить на подоконник в любом свободном месте.

Главное условие безопасности — ограничить доступ к прибору малолетних детей и домашних животных, которые могут легко опрокинуть или разбить стеклянную колбу.

Как расшифровать информацию и пользоваться прибором

Наблюдение за конденсатом

Анализировать состояние влажности в колбе, предсказывать по ней погоду поможет следующая таблица.

Эту таблицу можно распечатать на принтере и разместить поблизости от самодельного прибора. Помнить все эти сведения не обязательно. Дети же, когда будут вовлечены в игру по метеорологии, очень быстро станут держать всю информацию в уме.

Особенности эксплуатации

Пользоваться самодельным барометром придется только в отапливаемом помещении. При отрицательной температуре вода и конденсат просто замерзнут. Располагают его на окне либо подоконнике. Желательно, чтобы оно было установлено с северной стороны здания. Считается, что так обеспечиваются более точные показания.

Объяснить это можно только тем, что такое окно меньше подвергается нагреву солнечными лучами, работает в более холодной части дома, точнее моделирует состояние погоды на улице.

О точности показаний

Наш организм, как и все живое, реагирует на изменения погоды. Особенное влияние на него оказывают давление и влажность воздуха. Поскольку они сменяются не мгновенно, а постепенно, то возникает возможность ее прогнозирования.

Для их отслеживания метеорологи используют:

Мы же значительно искажаем все эти процессы.

Исторически сложилось так, что под термином «барометр» люди стали понимать прибор, который позволяет предсказывать погоду по изменению атмосферного давления. Этому способствовало нанесение на анероидной шкале таких обозначений, как «Ясно», «Сухо», «Дождь» и других природных явлений.

Это довольно упрощенное представление о прогнозе метеорологических событий, но даже этот уровень наш самодельный прибор не сможет полностью охватить:

• атмосферное давление в колбе немного изменяется при прохождении через строительные конструкции и отверстия;
• на показаниях сказываются условия влажной среды комнаты, которые созданы системой вентиляции, слоями паропроницаемости, гидроизоляции и пароизоляции.

К тому же в последнее время в быту стали массово использоваться мойки воздуха. А они тоже регулируют влажность в помещениях, влияют на работу самодельного барометра.

Однако даже с учетом этих условий в летнее время можно уверенно предсказывать поведение погоды с точностью до 70%. Зимой, благодаря действию отопления, этот показатель снижается, но не критично.

Во всяком случае, его всегда можно сравнить с профессиональными расчетами метеорологических программ, выложенных в интернете, использовать для привития детям наблюдательности, развития склонности к анализу сложных природных явлений.

Этим не стоит пренебрегать, ведь изготовление самодельного барометра не составляет труда, занимает порядка десятка минут. Дети оценят вашу работу, получив обучающую игрушку-базу в виде развивающей внимание домашней метеостанции.

Сейчас предлагаю посмотреть видеоролик владельца MrSam0delkin «Барометр из лампочки».

Если у вас остались вопросы, то можете задать их в комментариях. Сейчас вам удобно поделиться этим материалом с друзьями в соц сетях.