Baròmetre

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca

Un baròmetre és un instrument de mesura, utilitzat en física i meteorologia, que serveix per a mesurar la pressió atmosfèrica.[1] També pot fer-se servir, de manera secundària, com altímetre per a determinar, de manera aproximada, l'altitud. Consta d'un tub de vidre recte, de longitud superior als 76cm, tancat per un extrem. S'emplena el tub de mercuri i després s'inverteix introduint-lo en una cubeta de mercuri. Fet això el mercuri descendeix a partir de l'extrem tancat, deixant una cambra de buit. La pressió en un punt 0 de la superfície lliure del mercuri de la cubeta és la pressió atmosfèrica en el lloc.

Principalment hi ha quatre tipus de baròmetres segons els mecanismes que fan servir per a detectar els canvis de pressió:

  • El baròmetre de mercuri:[2] on la pressió atmosfèrica és equilibrada per una columna de mercuri superada per un espai tancat i buit. Aquest baròmetre ha estat inventat per Evangelista Torricelli l'any 1643.
  • El baròmetre de gas: utilitzen la variació de volum d'un cert volum de gas sota l'efecte de les variacions de la pressió atmosfèrica.
  • El baròmetre aneroide:[3] la pressió atmosfèrica s'exercita sobre un recinte metàl·lic, hermèticament tancat i buit d'aire. La qual es deforma de manera elàstica i un sistema mecànic permet exagerar els moviments que hi resulten de les variacions de pressió, per a fer-los visibles sobre una esfera o gravar-los en una banda de paper mil·limetrat.
  • Els baròmetres electrònics: tradueixen en valors numèrics les deformacions d'una càpsula buida, evitant la utilització de les peces mòbils d'un baròmetre aneroide clàssic.

Història[modifica | modifica el codi]

Orígens[modifica | modifica el codi]

En l'època de Galileu, cap al 1635, els enginyers i fontaners de Florència se'n van encarregar de construir unes instal·lacions gegantesques i hidràuliques en els jardins dels palaus. Van instal·lar una bomba aspirant però descobrixen amb estupefacció que és incapaç d'elevar l'aigua no més d'una desena de metres. Galileu és sol·licitat però mor en el 1642 sense haver tingut temps de resoldre aquest problema. per què no podem aspirar l'aigua més enllà d'una altura certa? Es van trobar més tard, en les seves notes, Galileu havia somiat que l'aire havia de tenir un pes però no n'havia extret cap conclusió. La idea que el líquid no és aspirat per la bomba sinó no comprimit cap a ella per l'efecte d'una pressió exterior estava en contradicció total amb els dogmes admesos en aquella època, que volien que l'aigua s'elevés en els tubs "perquè la naturalesa s'horroritza del buit".

L'arribada del mercuri[modifica | modifica el codi]

Torricelli succeeix a Galileu com a físic al pati del Duc de Toscana.[4] Repetint les notes del seu predecessor, fa uns experiments per a provar que la pressió atmosfèrica és responsable de la pujada de l'aigua en un espai buit. Per a evitar utilitzar columnes d'aigua d'una desena de metre d'altura, té la idea de fer assajos amb el mercuri, que té una densitat 13,6 vegades superior a la de l'aigua. Ell també omplí d'això una longitud de tub de got, ho tapa amb el dit i ho retorna sobre un estany ple, de mercuri. Observa que el tub s'esgota parcialment només en l'estany i què queda allí sempre una columna de mercuri d'aproximadament 76 cm d'altura, qualsevol que sigui l'enfonsament del tub en l'estany. Dedueix d'això que la pressió del aire sobre la superfície de l'estany contrabalanceja el pes de la columna de mercuri i que és a ella qui permet fer pujar l'aigua en les bombes d'una altura d'aproximadament 10 m, però no més. Així és com Torricelli inventa el baròmetre 1643. Ell també observà que l'altura del mercuri en el tub varia en el curs del temps (el qual flueix)) i quan hi ha una baixada en el tub generalment precedeix un període de mal temps (pluja).

El dipòsit obert no és molt pràctic si es vol transportar l'instrument. Solucions diverses són imaginades i crea per exemple els dipòsits de cuir porosos fixats al tub i que conté una petita quantitat de mercuri. Sir Robert Boyle imagina replegar el tub baromètric cap amunt, on apareix el "tub siphon" encara utilitzat avui dia.

El físic francès René Descartes (1596-1650) millora el sistema de Torricelli afegint una graduació de paper. És el primer que emet la idea que la pressió atmosfèrica disminueix amb l'altitud.

Principi del baròmetre de Huygens
Principi del baròmetre d'esfera
Baromètre de Hooke, cap a l'any 1660
Baròmetres de Gay-Lussac i Bunten

El baròmetre de mercuri és directament deduït del tub de Torricelli. Sense el dispositiu apropiat, la lectura precisa de l'altura de la columna de mercuri no és molt fàcil. Doncs es va disposar per sobre de la palangana d'un i van veure dos trossos punxeguts, a l'inferior que venia just per la tangent de la superfície lliure del metall en la palangana. Amb l'ajuda d'un catetòmetre, servia per mesurar la diferència d'altura entre l'agulla superior de la que van veure la superfície lliure en el tub. La longitud de la que va veure, mesurada ja una vegada per sempre, són afegides a la indicació del catetòmetre i s'obté així l'altura de la columna de mercuri.

Blaise Pascal i la pressió atmosfèrica[modifica | modifica el codi]

La pressió atmosfèrica força el mercuri que forma en el tub una columna de prop de 76 cm d'altura però no és suficient per a satisfer el buit que es forma en el costat superior.

En els anys 1640, una de les qüestions més discutides entre els savis foren: l'aire té un pes?

Blaise Pascal,era un home de ciència precoç i un excel·lent experimentador que acabava d'inventar en 22 anys una màquina de calcular. Va refer l'experiment de Torricelli i pensa, com Descartes, que si l'aire té un pes, llavors el mercuri ha de pujar menys altura en el tub que si s'experimenta en una altitud diferent. Fou el que verificà, però amb una precisió molt feble, a la part més alta de la Torre sant-a Santiago a París a uns 52 metres d'altura respecte al terra. Gràcies al seu cunyat que viu al peu del Puy de Dôme, el 19 de setembre 1648, tornar a fer l'experiment a altituds diverses i comprova que en efecte, l'altura del mercuri disminuïa a mesura que s'eleva. La paraula «baròmetre» apareix alguns anys més tard, creat pel físic i químic irlandès Robert Boyle (baròmetre, 1665-1666). És format sobre grec baros (pes, gravetat). Però caldrà esperar a mitjans del segle XIX perquè els constructors d'instruments, els òptics, els rellotgers, comencin a produir baròmetres, primer a científics i després a fins domèstics. A partir del 1870 les graduacions s'acompanyen d'indicacions meteorològiques («el bell temps», «la variable»). La denominació «baròmetre» s'imposa a França només després de la publicació el 1676 de l'Assaig sobre la naturalesa de l'aire per Edme Mariotte.

Més tard, donaren el nom pascal (sense majúscula) a la unitat internacional de pressió, que equival a newton per metre quadrat.

L'atzar va portar a un descobriment. En el 1675, l'abat Picardo, transportant per les nits un baròmetre de mercuri, fa una curiosa descoberta. A cada moviment brusc del metall, una llum blavosa il·lumina el tub. Aquest fenomen és estudiat entre altres coses per un alumne de Robert Boyle, Francis Hauksbee.

Naturalment, cap explicació satisfactòria es va trobar en aquella època sinó així és com es presenten les primeres recerques sobre les descàrregues elèctriques en els gasos rarificats … Sabem ara que el fregament del mercuri sobre el got és la causa d'aquesta luminescència.

El baròmetre de mercuri[modifica | modifica el codi]

El tub de Torricelli,[5]el qual més tard fou anomenat baròmetre, és un tub en U el qual té una graduació de referència que permet mesurar la diferència de nivell entre ambdós superfícies lliures del mercuri. El baròmetre de mercuri presenta nombrosos inconvenients:

  • El tub de vas és fràgil.
  • El mercuri és un metall car i tòxic (en els nostres dies està prohibit, amb raó, per a nombroses aplicacions com els termòmetres clínics).
  • A causa de la forta tensió superficial del mercuri que li fa a la superfície lliure convexa que actua en els tubs estrets, el nivell del mercuri s'estableix una mica per sota del valor teòric, de manera que no es té de fer una mirada tangencial sinó que també es té de corregir el valor obtingut arreglant-ho segons el diàmetre del tub.
  • Una altra correcció ha de ser arreglat a la temperatura, per a compensar la dilatació del metall i doncs, la variació de la densitat que l'acompanya, és per això que tot bon baròmetre està associat amb un termòmetre i amb les taules adequades de la correcció.

Encara que l'origen sigui controvertit, se li atribueix al físic holandès Christian Huygensun perfeccionament important al tub de Torricelli l'any 1672. Un tub en U que conté mercuri com anteriorment i una zona buida del costat tancada, però la branca oberta conté un líquid no volàtil de més feble densitat el nivell del qual depèn del mercuri. Descartes ja havia realitzat aparells d'aquesta tipus. Escollint convenientment les seccions dels tubs, podem així obtenir un desenvolupament de l'ordre de 10 que retorna la lectura més fàcil i més precisa. Aquesta tècnica permet evitar l'oxidaciólenta del mercuri per l'oxigende l'aire.

Baromètre de Fortin, detalls
Baromètre de Fortin

El primer baròmetre en esfera fou creat el 1663 per l'astrònom anglès Robert Hooke. Un flotador que reposa en el mercuri segueix les variacions del nivell i acciona una agulla que indica la pressió sobre una esfera. La lectura és més fàcil i més precisa que amb baròmetre de Torricelli però, segons Privat-Deschanel i Focillon, «el baròmetre en esfera és sempre un aparell bastant groller».

Els baròmetres de siphon construïts sobre el model imaginat per Louis Joseph Gay-Lussac, la branca curta té la mateixa secció que la branca llarga, de la qual és separada per un tub molt fi destinat a impedir que l'aire penetrés a la càmera del buit. L'obertura de U deixa passar l'aire però és bastant petita per a impedir que el mercuri pugui sortir fàcilment. Bunten va afegir a això un dipòsit de guàrdia CD destinat a agafar en el parany les bombolles d'aire que podrien, per accident, travessar el sifon.

El francès Juan Fortin (1750-1831) va realitzar un baròmetre de mercuri transportable que duu el seu nom.[6] Amb la finalitat de disminuir el volum del mercuri a la palangana inferior i de facilitar la lectura, Fortí va imaginar, amb la col·laboració del mecànic Ernst, un sistema de cargol i de membrana de cuir que permetia portar la superfície lliure al nivell d'una indicació d'altura fixa amb relació al tub. Un cursor lligat(vinculat) a aquest permet la mesura directa de l'altura de la columna barométrique. Anotarem la concepció del trípode, les branques replegades del qual constituïxen proteccions per al tub de got.

És en el segle XVIII quan van aparèixer els primers baròmetres de marina de mercuri. El seu desenvolupament va ser frenat pels mariners mateixos, perquè seguien utilitzant els mètodes ancestrals per al pronòstic meteorològic.

L'almirall britànic Fitzroy va tenir la idea, l'any 1858, d'equipar en tots els ports pesquers d'un baròmetre.

El baròmetre d'aigua[modifica | modifica el codi]

Segons un document de 1619, un holandès, Gijsbrecht de Donckere, hauria inventat el primer baròmetre d'aigua. L'aire tancat en l'interior del baròmetre es dilata o es contrau segons la pressió que pateix, produint una variació relativament important de nivell en el tub fi que està unit a l'aire lliure. En augmentar la pressió atmòsferica, el nivell del líquid en el tub descendeix. En el cas contrari, quan la pressió baixa, hi ha menys suport sobre l'aigua i el líquid puja. Johann Wolfgang von Goethe, entre els anys 1792 i 1793, hauria reinventat un aparell d'aquest mateix tipus, a partir dels principis de Torricelli.

Les mesures de les quals es poden extreure d'aquest baròmetre d'aigua estan molt lligades a la temperatura, el qual aquest factor dóna lloc a un error. Per aquesta raó, actualment, no té cap finalitat més que de la de decoració.

Baromètres d'aigua de Goethe
Baròmetre d'aigua de Goethe Baròmetre d'aigua de Goethe Baròmetre d'aigua de Goethe Baròmetre d'aigua de Goethe

El baròmetre de gas[modifica | modifica el codi]

El baròmetre Eco-Celli és un instrument pel qual la precisió pot ser comparada amb la d'un baròmetre de Torricelli. El seu funcionament és totalment diferent, ja que no conté mercuri. Així com els baròmetres d'aigua, aquest instrument mesura la pressió atmosfèrica gràcies a la compresibilitat d'un volum de gas tancat que es comprimeix o s'afluixa conformement a la pressió atmosfèrica.

El volum del gas també depèn de la temperatura ambient i cal doncs fer una correcció. Aquesta és realitzada molt simplement desplaçant l'escala d'un cursor fins que l'índex metàl·lic estigui al mateix nivell que el líquid blau del termòmetre. En relació amb un baròmetre de mercuri simple, el baròmetre Eco-Celli permet un desenvolupament de quatre vegades, el que retorna la lectura més precisa i sobretot més fàcil.

El baròmetre inventat pel britànic Alexandre Adie en el 1818 és distintament més petit que un baròmetre de Torricelli. És constat per dos elements, un tub en forma d U (líquid vermell) i un termòmetre (líquid blau) que són comparats. Una baixada de pressió fa pujar el líquid vermell del baròmetre i una pujada el fa baixar. El termòmetre permet fer les correccions necessàries.

El baròmetre aneroide[modifica | modifica el codi]

El baròmetre aneroide té com element sensible una càpsula circular i plana completament tancada, on s'ha fet prèviament un cert buit. Una cara de la càpsula és solidària del suport de l'aparell, mentre que l'altra cara resta sotmesa a la tensió mecànica d'una forta molla, que roman més o menys flexionada segons la força que la pressió atmosfèrica efectua sobre les cares de la càpsula. La deformació de la molla és degudament transmesa per un joc de palanques a una agulla que dóna indicació contínua de la pressió atmosfèrica.

Baromètre de Bourdon
Baromètre aneroide, de principis del segle XX
Baromètre aneroide, de principis del segle XX, on es veu la càpsula de Vidie i les palanques amplificadores.

Barògraf[modifica | modifica el codi]

Un 'barògraf és un baròmetre que porta acoblat un mecanisme que permet registrar la variació de la pressió atmosfèrica.[7] El sistema més antic del baròmetre enregistrador va ser inventat per l'anglès Moreland en el 1670 però és la càpsula de Vidie que és el "motor" de la immensa majoria dels aparells actuals. Per a obtenir un desplaçament i esforços més importants utilitzar un apilament de càpsules, generalment cinc. Els baròmetres enregistradors són encara anomenats barògrafs. Molts són presentats com objectes " de luxe " en caixes cristalls als imports de caoba o d'una altra fusta preciosa però existeixen també uns models molt més rústics. En els barògrafs més recents, la càpsula és reemplaçada per un captador "piezoresistive" i el tambor per una pantalla LCD.

Barògraf sense la seva caixa de protecció
Barògraf fabricat en l'URSS
Apilament de caixes
Barògraf electrònic Lirafort

Vegeu també[modifica | modifica el codi]

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. «Baròmetre». L'Enciclopèdia.cat. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
  2. «baròmetre de mercuri». L'Enciclopèdia.cat. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
  3. «baròmetre aneroide». L'Enciclopèdia.cat. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
  4. «Evangelista Torricelli». L'Enciclopèdia.cat. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
  5. «baròmetre de Torricelli». L'Enciclopèdia.cat. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
  6. «baròmetre de Fortin». L'Enciclopèdia.cat. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
  7. «Barògraf». L'Enciclopèdia.cat. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.