ТРАКТАТ

О

МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПРИБОРАХ.

LONDON:
PRINTED BY WILLIAMS AND STRAHAN,
7 LAWRENCE LANE, CHEAPSIDE, E.C.

ТРАКТАТ

О

МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПРИБОРАХ:

С ПОЯСНЕНИЕМ

ИХ НАУЧНЫХ ПРИНЦИПОВ,

МЕТОДОВ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ.

АВТОРЫ:

НЕГРЕТТИ И ЗАМБРА,

изготовители метеорологических приборов для Королевы, Королевской обсерватории в Гринвиче, Британского метеорологического общества, британского и иностранных правительств и т. д. и т. д. и т. д.

ЛОНДОН: ОПУБЛИКОВАНО И ПРОДАЕТСЯ В МАГАЗИНАХ НЕГРЕТТИ И ЗАМБРА: Хаттон-Гарден, 1, E.C., Корнхилл, 59, E.C., Риджент-стрит, 122, W. И Флит-стрит, 153, E.C.

1864.

Цена пять шиллингов.

ПРЕДИСЛОВИЕ.

Национальное использование метеорологии для предупреждения о штормах и все более широкое применение приборов в качестве индикаторов погоды делают знание их устройства, принципов и практического использования необходимым для каждого образованного человека. Будучи убежденными в том, что мы восполняем существующий пробел и вносим существенный вклад в дело метеорологической науки, предоставляя простое описание различных используемых ныне приборов, мы постарались в настоящем томе свести воедино информацию, которая обычно требуется относительно приборов, применяемых в метеорологии; описание многих из них можно было найти только в сложных научных трудах, где они затрагивались лишь вкратце. Поскольку каждый используемый ныне метеорологический прибор описан здесь подробно, с надлежащими указаниями по эксплуатации, непосвященные смогут выбрать те из них, которые кажутся им наиболее подходящими для их нужд. Мы не стали утруждать читателя описанием старых или устаревших приборов; с другой стороны, мы не хотели обходить вниманием те, которые, хотя и не имеют большого практического значения, все же заслуживают внимания, будучи новыми или оригинальными, либо же, не являясь строго научными, пользуются большим спросом в качестве простых погодных барометров и предметов торговли.

Поэтому мы надеемся, что этот труд (пусть и несовершенный), учитывая важность темы, будет принят как широким кругом читателей, так и теми, для чьих нужд он был подготовлен.

Быстрый прогресс в деле внедрения новых приборов признанного превосходства сделал публикацию некоторого описания абсолютно необходимой. Отчет жюри по классу XIII Международной выставки 1862 года, посвященный метеорологическим приборам, полностью подтверждает наше утверждение, как видно из следующей выдержки:

«Прогресс в английском отделе был очень велик — в барометрах, термометрах, анемометрах и во всех классах приборов. По окончании выставки 1851 года среди большинства производителей, по-видимому, возникло общее стремление уделять самое пристальное внимание всем элементам, необходимым для философских приборов, не только в их старых формах, но и с целью получения других, более совершенных форм. Это желание никогда не угасало; и нельзя дать лучшего представления о продолжающейся активности в этих отношениях, чем количество патентов, взятых на усовершенствования метеорологических приборов в период между недавней и предыдущей выставками, которое составляет не менее сорока двух». * * * «В дополнение к многочисленным усовершенствованиям, запатентованным господами Негретти и Замбра, существует еще одно, имеющее большое значение, которое они не запатентовали, а именно: эмалирование трубок термометров, что позволило производителям использовать более тонкие нити ртути при изготовлении всех термометров; ибо контраст между непрозрачной ртутью и эмалированной задней частью трубок настолько велик, что самый тонкий канал или нить ртути, которые одно время нельзя было увидеть без величайшего труда, теперь видны легко; и во всех британских и иностранных отделах производители воспользовались этим изобретением, трубки всех приборов изготавливаются с эмалированными задними стенками. Следует надеяться, что недавняя выставка даст новый стимул к стремлению к совершенствованию и что прежние темпы прогресса будут продолжены».

Исполнение желания международного жюри, выраженного в последней части приведенной выше выдержки, будет постоянной заботой

НЕГРЕТТИ И ЗАМБРА.

1 января 1864 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ.

CHAPTER I.
Instruments for Ascertaining the Atmospheric Pressure.
SECTION
1. | Principle of the Barometer.
2. | Construction of Barometers.
3. | Fortin’s Barometer Cistern.
4. | Standard Barometer.
5. | Correction due to Capillarity.
6. |  "     "    Temperature.
7. |  "     "    Height.
8. | The Barometer Vernier.
9. | Self-compensating Standard Barometer.
10. | Barometer with Electrical Adjustment.
11. | Pediment Barometers.
12. | The Words on the Scale.
13. | Correction due to Capacity of Cistern.
14. | Public Barometers.
15. | Fishery or Sea-Coast Barometers.
16. | Admiral FitzRoy’s Words for the Scale.
17. | Instructions for Sea-coast Barometer.
18. | French Sea-coast Barometer.
19. | Common Marine Barometer.
20. | The Kew Marine Barometer.
21. | Method of verifying Barometers.
22. | FitzRoy’s Marine Barometer.
23. | Words for its Scale.
24. | Trials of this Barometer under Gun-fire.
25. | Negretti and Zambra’s Farmer’s Barometer andDomestic Weather-Glass.
26. | Rules for Foretelling the Weather.
27. | Causes which may bring about a Fall or a Rise in the Barometer.
28. | Use of the Barometer in the Management of Mines.
29. | Use of the Barometer in estimating the Height of Tides.
CHAPTER II.
Syphon Tube Barometers.
30. | Principle of.
31. | Dial, or Wheel, Barometers.
32. | Standard Syphon Barometer.
CHAPTER III.
Barographs, or Self-Registering Barometers.
33. | Milne’s Self-Registering Barometer.
34. | Modification of Milne’s Barometer.
35. | King’s Self-Registering Barometer.
36. | Syphon, with Photographic Registration.
CHAPTER IV.
Mountain Barometers.
37. | Gay Lussac’s Mountain Barometer.
38. | Fortin’s Mountain Barometer.
39. | Newman’s Mountain Barometer.
40. | Negretti and Zambra’s Patent Mountain and other Barometers.
41. | Short Tube Barometer.
42. | Method of Calculating Heights by the Barometer; Tables and Examples.
CHAPTER V.
Secondary Barometers.
43. | Desirability of Magnifying the Barometer Range.
44. | Howson’s Long-Range Barometer.
45. | McNeil’s Long-Range Barometer.
46. | The Water-glass Barometer.
47. | Sympiesometers.
48. | Aneroids.
49. | Small Size Aneroids.
50. | Watch Aneroid.
51. | Measurement of Heights by the Aneroid; Example.
52. | Metallic Barometer.
CHAPTER VI.
Instruments for Ascertaining Temperature.
53. | Temperature.
54. | Thermometric Substances.
55. | Description of the Thermometer.
56. | Standard Thermometer.
57. | Method of ascertaining the exact Boiling Temperature; Tables, &c.
58. | Displacement of the Freezing Point.
59. | The Scale.
60. | The method of testing Thermometers.
61. | Porcelain Scale-Plates.
62. | Enamelled Tubes.
63. | Thermometers of Extreme Sensitiveness.
64. | Varieties of Thermometers.
65. | Superheated Steam Thermometer.
66. | Thermometer for Sugar Boiling.
67. | Earth Thermometer.
68. | Marine Thermometer.
CHAPTER VII.
Self-registering Thermometers.
69. | Importance of.
70. | Rutherford’s Maximum Thermometer.
71. | Phillips’s     ditto   ditto.
72. | Negretti and Zambra’s Patent Maximum Thermometer.
73. | Rutherford’s Alcohol Minimum Thermometer.
74. | Horticultural Minimum Thermometer.
75. | Baudin’s Alcohol Minimum Thermometer.
76. | Mercurial Minima Thermometers desirable.
77. | Negretti and Zambra’s Patent Mercurial Minimum Thermometer.
78. | Negretti and Zambra’s Second Patent Mercurial Minimum Thermometer.
79. | Casella’s Patent Mercurial Minimum Thermometer.
80. | Day and Night Thermometer.
81. | Sixe’s Self-registering Thermometer.
CHAPTER VIII.
Radiation Thermometers.
82. | Solar and Terrestrial Radiation considered.
83. | Solar Radiation Thermometer.
84. | Vacuum Solar Radiation Thermometer.
85. | Terrestrial Radiation Thermometer.
86. | Æthrioscope.
87. | Pyrheliometer.
88. | Actinometer.
CHAPTER IX.
Deep-Sea Thermometers.
89. | On Sixe’s Principle.
90. | Johnson’s Metallic Thermometer.
CHAPTER X.
Boiling-Point Thermometers.
91. | Ebullition.
92. | Relation between Boiling-Point and Elevation.
93. | Hypsometric Apparatus.
94. | Precautions to ensure Correct Graduation.
95. | Method of Calculating Heights from Observations with the Mountain Thermometer; Example.
96. | Thermometers for Engineers.
CHAPTER XI.
Instruments for Ascertaining the Humidity of the Air.
97. | Hygrometric Substances.
98. | Saussure’s Hygrometer.
99. | Dew-Point.
100. | Drosometer.
101. | Humidity.
102. | Leslie’s Hygrometer.
103. | Daniel’s Hygrometer.
104. | Regnault’s Condenser Hygrometer.
105. | Temperature of Evaporation.
106. | Mason’s Hygrometer.
107. | Self-registering Hygrometer.
108. | Causes of Dew.
109. | Plan of Exposing Thermometers.
CHAPTER XII.
Instruments used for Measuring the Rainfall.
110. | Howard’s Rain-Gauge.
111. | Glaisher’s Rain-Gauge.
112. | Rain-Gauge with Float.
113. | Rain-Gauge with Side Tube.
114. | FitzRoy’s Rain-Gauge.
115. | Self-Registering Rain-Gauge.
116. | The principle of Measurement.
117. | Position for Rain-gauge, &c.
118. | Cause of Rain.
119. | Laws of Rainfall.
120. | Utility of Statistics of Rainfall.
121. | New Form of Rain-gauge.
CHAPTER XIII.
Apparatus employed for Registering the Direction, Pressure, and Velocity of the Wind.
122. | The Vane.
123. | Lind’s Wind-Gauge.
124. | Harris’s Wind-Gauge.
125. | Robinson’s Anemometer.
126. | Whewell’s Anemometer.
127. | Osler’s Anemometer and Pluviometer.
128. | Beckley’s Anemometer.
129. | Self-Registering Wind-Gauge.
130. | Anemometric Observations.
CHAPTER XIV.
Instruments for Investigating Atmospheric Electricity.
131. | Atmospheric Electroscope.
132. | Volta’s Electrometer.
133. | Peltier’s Electrometer.
134. | Bohnenberger’s Electroscope.
135. | Thomson’s Electrometer.
136. | Fundamental Facts.
137. | Lightning Conductors.
138. | Precautions against Lightning.
CHAPTER XV.
Ozone and its Indicators.
139. | Nature of Ozone.
140. | Schonbein’s Ozonometer.
141. | Moffat’s Ozonometer.
142. | Clark’s Ozone Cage.
143. | Distribution and Effects of Ozone.
144. | Lancaster’s Registering Ozonometer.
CHAPTER XVI.
Miscellaneous Instruments.
145. | Chemical Weather Glass.
146. | Leslie’s Differential Thermometer.
147. | Romford’s Differential Thermometer.
148. | Glaisher’s Thermometer Stand.
149. | Thermometer Screen, for use at Sea.
150. | Anemoscope.
151. | Evaporating Dish, or Gauge.
152. | Admidometer.
153. | Cloud Reflector.
154. | Sunshine Recorder.
155. | Set of Portable Instruments.
156. | Implements.
157. | Hydrometer.
158. | Newman’s Self-Registering Tide-Gauge.

ТАБЛИЦЫ.

| PAGE
Table of Corrections, for Capillary Depression of the Mercury in Boiled and in Unboiled Barometer-Tubes | 6
Tables for Deducing Heights by means of the Barometer:—
No. 1. Approximate Height due to Barometric Pressure | 42
No. 2. Correction for Mean Temperature of Air | 44
No. 3. Correction due to Latitude | 44
No. 4. Correction due to Approximate Elevation | 45
Tables for Determining the Temperature of the Vapour of Boiling Water at any Place:—
No. 5. Factor due to Latitude | 62
No. 6. Temperature and Tension | 62
Table of Temperature of the Soil | 69
Table of Difference of Elevation corresponding to a fall of 1° in the Boiling-point of Water | 98
Table showing Proportion of Salt for various Boiling Temperatures of Sea-Water | 100
Table for finding the Degree of Humidity from Observations with Mason’s Hygrometer | 108
Table showing Amount and Duration of Rain at London, in 1862 | 112
Table of Average British Rainfall in Westerly, Central, and Easterly districts | 114
Table showing Force of Wind, for use with Lind’s Wind-Gauge | 118
Tables for Correcting Observations made with—
Brass Hydrometers | 142
Glass Hydrometers | 143

ДОПОЛНЕНИЯ.

| PAGE
1. | Rule for converting Millimetres into Inches, et vice versa | 146
2. | Old French Lineal Measure, with English Equivalents | 146
3. | Rule for finding Diameter of Bore of Barometer Tube | 146
4. | Wind Scales | 147
5. | Letters to denote the State of the Weather | 147
6. | Table of Expansion of Bodies | 148
7. | Table of Specific Gravity of Bodies | 148
8. | Important Temperatures | 148
9. | Table of Meteorological Elements, forming Exponents of the Climate of London | 149
10. | List of Works on Meteorology | 151

МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ.

В занятиях и исследованиях в области метеорологии, которая по сути является наукой наблюдения и эксперимента, требуются приборы для определения: 1. давления атмосферы в любое время или в любом месте; 2. температуры воздуха; 3. поглощения и излучения солнечного тепла поверхностью земли; 4. влажности воздуха; 5. количества и продолжительности осадков; 6. направления, горизонтального давления и скорости ветра; 7. электрического состояния атмосферы, а также распространенности и активности озона.

ГЛАВА I.

ПРИБОРЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ.

Fig. 1.

1. Принцип барометра. — Первый прибор, который дал точное измерение давления атмосферы, был изобретен Торричелли в 1643 году. Он устроен следующим образом: стеклянная трубка CD (рис. 1), длиной около 34 дюймов и диаметром канала от двух до четырех десятых дюйма, с одним закрытым концом, наполняется ртутью. В чашку B также наливается некоторое количество ртути. Затем, плотно закрыв пальцем открытый конец C, переверните трубку вертикально над чашкой и уберите палец, когда конец трубки погрузится в ртуть. Ртуть в трубке частично выливается, но столбик AB высотой около 30 дюймов остается поддерживаемым. Этот столбик представляет собой вес ртути, давление которой на поверхность ртути в чашке точно эквивалентно соответствующему давлению атмосферы, которое оказывалось бы на ее месте, если бы трубку убрали. По мере изменения атмосферного давления длина этого ртутного столбика также меняется. Его высота отнюдь не постоянна; на самом деле, он очень редко остается неподвижным, а постоянно поднимается или опускается на определенную величину в трубке на уровне моря, вблизи которого, как предполагается, проводится вышеуказанный эксперимент. Таким образом, это прибор, с помощью которого можно показать и измерить колебания, происходящие в давлении атмосферы, возникающие из-за изменений ее веса и упругости. Он получил название «барометр», или «измеритель тяжести» — слово, конечно, не очень удачно выражающее полезность изобретения. Если канал барометрической трубки однороден по всей длине и имеет площадь сечения, равную квадратному дюйму, то очевидно, что длина столбика, поддерживаемого давлением воздуха, выражает количество кубических дюймов ртути, из которых он состоит. Вес этой ртути, следовательно, представляет собой статическое давление атмосферы на квадратный дюйм поверхности. В Англии среднегодовая высота барометрического столбика, приведенная к уровню моря и температуре 32° по Фаренгейту, составляет около 29,95 дюйма. Установлено, что кубический дюйм ртути при этой температуре весит 0,48967 фунта эвердьюпойс. Следовательно, 29,95 × 0,48967 = 14,67 фунта — это среднее значение давления атмосферы на каждый квадратный дюйм поверхности вблизи уровня моря, примерно на широте 50 градусов. Ближе к экватору это среднее давление несколько выше; ближе к полюсам — несколько ниже. Для обычных практических расчетов принимается, что оно составляет 15 фунтов на квадратный дюйм. Когда стало очевидно, что движения барометрического столбика дают указания на вероятные грядущие изменения погоды, была предпринята попытка вывести из зарегистрированных наблюдений барометрическую высоту, соответствующую наиболее заметным характеристикам погоды. Было обнаружено, что для хорошей сухой погоды ртуть в барометре на уровне моря обычно стоит выше 30 дюймов; переменная погода случалась, когда она колебалась от 30 до 29 дюймов, а когда наступала дождливая или штормовая погода, она была еще ниже. Отсюда возникла практика помещать на шкалах барометров слова, указывающие на погоду, которая, вероятно, будет сопровождать или последует за движениями ртути; откуда приборы, несущие их, получили название «погодных стекол».

2. Конструкция барометров. — Чтобы прибор был портативным, он должен быть стационарным и закрепленным на опоре; кроме того, чтобы сделать его научно или даже практически полезным, при его изготовлении требуется соблюдение многих мер предосторожности. Следующие замечания относятся к конструкции всех барометров: ртуть используется повсеместно, поскольку она является самой тяжелой из жидкостей и поэтому измеряет атмосферное давление самым коротким столбиком. Были сконструированы водяные барометры, и они должны быть длиной не менее 34 футов. Можно было бы использовать масло или другие жидкости. Однако ртуть имеет и другие преимущества: она обладает слабой летучестью и, если чиста, не прилипает к стеклу. Окисленная или иным образом загрязненная ртуть может прилипать к стеклу; более того, такая ртуть не будет иметь плотности чистого металла, и поэтому барометрический столбик будет либо больше, либо меньше, чем должен быть. Ртуть, поступающая в продажу, обычно содержит свинец; иногда следы железа и серы. Поэтому производителю необходимо очищать ртуть; это делается путем промывания ее разбавленной уксусной или серной кислотой, которая растворяет примеси. Нет лучшего способа проверить, чиста ли ртуть, чем наполнение ею тонкой трубки термометра; если при откачивании воздуха из этого термометра ртуть будет свободно перемещаться вверх и вниз по каналу, диаметр которого, вероятно, составляет одну тысячную дюйма, то ртуть, из которой был сделан этот термометр, окажется пригодной для любых целей, и ею можно наполнить и прокипятить трубку диаметром не только в один дюйм, но даже в два дюйма. Во всех барометрах необходимо, чтобы пространство над ртутным столбиком было полностью свободно от воздуха и водяного пара, поскольку эти газы в силу своей упругости будут давить на столбик. Чтобы исключить их, ртуть вводят и кипятят в трубке над огнем древесного угля, поддерживаемым для этой цели. Таким образом, воздух и пар, которые прилипают к стеклу, расширяются и улетучиваются. Можно определить, был ли барометр должным образом «прокипячен», как это называется, просто наклонив трубку и позволив ртути удариться о верхнюю часть. Если кипячение было выполнено хорошо, ртуть издаст чистый металлический звук; если нет — глухой, плоский звук, указывающий на присутствие воздуха.

Когда ртуть в трубке барометра поднимается или опускается, уровень ртути в чашке, или резервуаре, как его обычно называют, опускается или поднимается на пропорциональную величину, которая зависит от относительных площадей внутренней части трубки и резервуара. Необходимо учитывать это при определении точной высоты столбика. Если к трубке приложена фиксированная шкала, правильную высоту можно получить, применив поправку на емкость. Установлено, что определенная высота ртути точно измеряется шкалой и должна быть отмечена на приборе как «нейтральная точка». Выше этой точки измеренные высоты все меньше, а ниже — все больше, чем они должны быть. Отношение между внутренними диаметрами трубки и резервуара (которое также должно быть указано на приборе, например, как емк. 1/50) предоставляет данные для нахождения поправки, которую необходимо применить. Эта поправка устраняется путем такой конструкции резервуара, которая позволяет регулировать поверхность ртути в нем до начала фиксированной шкалы, как в конструкции Фортена или Негретти. Она также не требуется в барометрах, сконструированных по методу, который сейчас называют «методом Кью». Все это будет подробно описано в соответствующем месте. Трубка, будучи прикрепленной к резервуару, может иметь подвижную шкалу. Но такое устройство требует величайшей осторожности и навыков при наблюдении и редко встречается, за исключением первоклассных обсерваторий.

Larger Image
Fig. 2.

3. Барометр Фортена. — План конструкции барометрического резервуара Фортена показан на рис. 2. Резервуар образован стеклянным цилиндром, который позволяет видеть уровень ртути внутри. Дно цилиндра сделано из овечьей кожи или кожи, как мешок, чтобы его можно было поднимать или опускать с помощью винта DB, работающего снизу. Этот винт перемещается через дно латунного цилиндра CC, который закреплен снаружи и защищает стеклянный цилиндр, содержащий ртуть. В верхней части внутри резервуара закреплен небольшой кусочек слоновой кости A, острие которого точно совпадает с нулем шкалы. Этот винт и подвижное дно резервуара также служат для того, чтобы сделать барометр портативным, удерживая ртуть в трубке и предотвращая ее попадание в резервуар, который таким образом сделан слишком маленьким, чтобы вместить ее.

Fig. 3.

4. СТАНДАРТНЫЙ БАРОМЕТР.

На рис. 3 представлен стандартный барометр по принципу Фортена. Барометрическая трубка заключена и защищена латунной трубкой, проходящей по всей ее длине; верхняя часть латунной трубки имеет два продольных отверстия, расположенных друг против друга; на одной стороне переднего отверстия находится барометрическая шкала английских дюймов, разделенная так, чтобы показывать с помощью верньера 1/500 дюйма; на противоположной стороне иногда разделена шкала французских миллиметров, также считываемая с помощью верньера до 1/10 миллиметра (см. указания по чтению верньера, стр. 7). К раме прикреплен термометр C, разделенный на градусы, которые можно считывать до десятых долей; он необходим для определения температуры прибора, чтобы внести поправку в наблюдаемую высоту барометра.

В том виде, в каком он получен наблюдателем, барометр будет состоять из двух частей, упакованных отдельно для безопасности при перевозке: 1-я — барометрическая трубка и резервуар, наполненные ртутью, латунная трубка с разделенной шкалой и термометром; и 2-я — доска из красного дерева с кронштейном сверху и латунным кольцом с тремя регулировочными винтами снизу.

Указания по установке барометра. — При выборе места для барометра следует позаботиться о том, чтобы поместить его так, чтобы солнце не могло светить на него и чтобы он не подвергался прямому воздействию тепла от огня. Резервуар должен находиться на высоте от двух до трех футов над землей, что обеспечит удобную для большинства людей высоту для наблюдения. Стандартный барометр следует сравнить со стандартным обсерваторным прибором признанной точности, чтобы определить его индексную ошибку; которая, поскольку такие приборы градуируются микрометрическими аппаратами большой точности, будет постоянной для всех частей шкалы. Он должен иметь возможность поворачиваться на своей оси движением руки, чтобы никогда не возникало трудностей с получением хорошего освещения для наблюдения. Определившись с положением, в котором нужно разместить прибор, закрепите доску из красного дерева как можно более вертикально и убедитесь, что барометр исправен и свободен от воздуха следующим образом: поверните винт в нижней части резервуара на несколько оборотов, чтобы ртуть в трубке, если ее держать вертикально, могла опуститься на два или три дюйма от верха; затем слегка наклоните прибор из вертикального положения, и если ртуть при ударе о верхнюю часть издаст резкий щелчок, прибор исправен. Предполагая, что барометр находится в идеальном состоянии, как это почти наверняка и есть, его затем подвешивают на латунный кронштейн, пропуская резервуар через кольцо внизу, и дают ему принять вертикальное положение, после чего его прочно зажимают с помощью трех винтов с накатанной головкой.

Как снять прибор, когда он установлен в другом положении. — Если возникнет необходимость переместить барометр, сначала с помощью регулировочного винта загоните ртуть в верхнюю часть трубки, осторожно поворачивая его, когда он приближается к верху, и прекратите, как только почувствуете сопротивление; затем снимите с верхнего кронштейна или гнезда; поднимите прибор и переверните его, перенося нижним концом вверх.

Указания по проведению наблюдения. — Перед проведением наблюдения ртуть в резервуаре необходимо поднять или опустить с помощью винта с накатанной головкой F, пока острие из слоновой кости E и его отраженное изображение в ртути D не окажутся в соприкосновении; затем верньер перемещается с помощью головки с накаткой, пока его нижний край не перекроет свет от верхней части ртутного столбика; затем считывание производится с помощью шкалы на лимбе и верньера. Верньер должен быть сделан так, чтобы отсчет шел вверх во всех барометрах, если нет специальной цели, так как это устройство допускает наиболее точную установку. При наблюдении глаз должен быть расположен на прямой линии с передним и задним краями нижнего конца верньера; и эта линия должна образовывать касательную к вершине ртутного столбика. Полезен небольшой отражатель, помещенный за верньером и движущийся вместе с ним, чтобы помочь направить свет через заднюю щель латунной рамы на стеклянную трубку; зрение наблюдателя может быть дополнительно облегчено с помощью лупы. Цель в этих стандартных барометрах — получить точное показание, что можно сделать только при условии, что глаз, передняя часть нулевого края верньера, верх ртутного столбика и задняя часть верньера находятся в одной горизонтальной плоскости.

Однородность калибра. — Диаметр той части трубки, через которую будут происходить колебания ртути, очень тщательно проверяется для обеспечения однородности калибра, и используются только те трубки, которые максимально близки по диаметру по всей длине. Размер канала должен быть отмечен на раме барометра в десятых и сотых долях дюйма. К показаниям должна быть применена поправка на капиллярное действие, зависящая от размера трубки.

5. Поправка на капиллярность. — Когда открытая трубка с малым каналом погружается в ртуть, жидкость не поднимется до того же уровня внутри, что и снаружи. Следовательно, эффект капиллярного действия заключается в понижении ртутного столбика; и тем сильнее, чем меньше трубка. Следующая таблица дает поправку для трубок обычного использования:

Diameter of tube. |  | Depression, in boiled tubes. |  | Depression, in unboiled tubes.
INCH. |  | INCH. |  | INCH.
0·60 |  | 0·002 |  | 0·004
0·55 |  | 0·003 |  | 0·005
0·50 |  | 0·003 |  | 0·007
0·45 |  | 0·005 |  | 0·010
0·40 |  | 0·007 |  | 0·015
0·35 |  | 0·010 |  | 0·021
0·15 |  | 0·044 |  | 0·029
0·10 |  | 0·070 |  | 0·041
0·30 |  | 0·014 |  | 0·058
0·25 |  | 0·020 |  | 0·086
0·20 |  | 0·029 |  | 0·140

Эта поправка всегда прибавляется к наблюдаемому показанию барометра.

6. Поправка на температуру. — Во всех видах ртутных барометров необходимо уделять внимание температуре ртути. Поскольку этот металл сильно расширяется и сжимается при изменениях температуры, его плотность соответственно меняется, и, как следствие, высота барометрического столбика также меняется. Чтобы определить температуру ртути, термометр помещается рядом с трубкой, а иногда его делают так, чтобы он погружался в ртуть в резервуаре. Точка замерзания воды, 32°F, — это температура, к которой должны быть приведены все показания барометров, чтобы сделать их сравнимыми. Приведение может быть осуществлено путем расчета, но практический метод заключается в использовании таблиц для этой цели; и за этими таблицами мы отсылаем читателя к работам, упомянутым в конце этой книги.

7. Поправка на высоту над уровнем полуприлива. — Далее, чтобы барометрические наблюдения в целом могли проводиться в схожих обстоятельствах, показания, скорректированные на емкость, капиллярность и температуру, должны быть приведены к тому, какими они были бы на уровне моря, путем добавления поправки, соответствующей высоте над средним уровнем моря, или уровнем полуприлива. Для практических целей сравнения с барометрическим давлением в других местах прибавляйте одну десятую дюйма к показанию на каждые сто футов высоты над уровнем моря. Для научной точности этого будет недостаточно, но поправку необходимо получить с помощью формулы Шакбурга или вычисленных на ее основе таблиц.

Fig. 4.

Fig. 5.

8. Верньер барометра. — Верньер, бесценное приспособление для измерения малых пространств, был изобретен Пьером Вернье около 1630 года. Шкала барометра разделена на дюймы и десятые доли. Верньер позволяет нам точно подразделять десятые доли на сотые, а в первоклассных приборах — даже на тысячные доли дюйма. Он состоит из короткой шкалы, которая перемещается вдоль градуированной фиксированной шкалы с помощью скользящего движения, или, предпочтительно, с помощью реечно-шестереночного механизма, при этом верньер закреплен на рейке, которая приводится в движение поворотом головки с накаткой шестерни. Принцип верньера, к какой бы инструментальной шкале он ни применялся, заключается в том, что деления подвижной шкалы относятся к делениям на равной длине фиксированной шкалы в пропорции двух чисел, которые отличаются друг от друга на единицу.

Шкалы стандартных барометров обычно делятся на полдесятых, или 0,05 дюйма, как представлено на рис. 5 буквой AB. Верньер CD сделан равным по длине двадцати четырем таким делениям и разделен на двадцать пять равных частей; следовательно, один промежуток на шкале больше одного на верньере на двадцать пятую часть от 0,05, что составляет 0,002 дюйма, так что такой верньер показывает разницу в 0,002 дюйма. Поскольку верньер на рисунке считывается вверх, нижний край D будет обозначать верх барометрического столбика; и это ноль шкалы верньера. На рис. 4, где ноль находится точно на линии 29 дюймов и пять десятых фиксированной шкалы, показание барометра составило бы 29,500 дюйма. Видно, что линия верньера «a» не доходит до деления шкалы, как мы объяснили, на 0,002 дюйма; «b» — на 0,004; «c» — на 0,006; «d» — на 0,008; а следующая линия — на одну сотую. Если затем переместить верньер так, чтобы «a» совпало с «z» на шкале, он переместится на 0,002 дюйма; и если 1 на верньере переместится на линию с «y» на шкале, измеренное пространство составит 0,010. Следовательно, цифры 1, 2, 3, 4, 5 на верньере измеряют сотые доли, а промежуточные линии — даже тысячные доли дюйма. На рис. 5 ноль верньера находится между 29,65 и 29,70 на шкале. Проводя взглядом вверх по верньеру и шкале, замечаем, что вторая линия над 3 лежит ровно на линии шкалы. Это дает 0,03 и 0,004, которые нужно добавить к 29,65, так что фактическое показание составляет 29,684 дюйма. Может случиться так, что ни одна линия на верньере точно не лежит на одной прямой линии с линией на шкале; в таком случае возникнет сомнение при выборе одной из двух одинаково совпадающих, и следует взять промежуточную тысячную долю дюйма.

Для обычных целей барометра как «погодного стекла» такое мелкое измерение не требуется. Поэтому в бытовых и морских барометрах шкалу нужно делить только на десятые доли, а верньер конструировать для измерения сотых долей дюйма. Это делается путем изготовления верньера длиной 9 или 11/10 дюйма и деления его на десять равных частей. Линии над нулевой линией затем нумеруются от 1 до 10; иногда нумеруются только чередующиеся деления, промежуточные числа выводятся очень легко. Следовательно, если первая линия верньера совпадает с одной на шкале, следующая должна быть на одну десятую от десятой, или 0,01 дюйма, от совпадения со следующей линией шкалы; следующая линия верньера должна быть на 0,02 в стороне, и так далее. Следовательно, когда верньер установлен на ртутный столбик, разница, показанная верньером от десятой доли на шкале, — это сотые доли, которые нужно добавить к дюймам и десятым долям шкалы.

Немного практики приучит человека быстро устанавливать и считывать любой барометр; это важный вопрос там, где требуется точность, так как тепло тела или руки очень быстро передается прибору и может в некоторой степени исказить наблюдение.

Fig. 6.

9. САМОКОМПЕНСИРУЮЩИЙСЯ СТАНДАРТНЫЙ БАРОМЕТР.

Этот барометр был предложен господам Негретти и Замбра Вентвортом Эрком, эсквайром. Он состоит из обычного барометра; но к верньеру прикреплена двойная рейка, работающая с одной шестерней, так что при установке или регулировке верньера в одном положении вторая рейка движется в прямо противоположном направлении, неся с собой пробку или плунжер размером точно с внутренний диаметр трубки, погруженной в резервуар, так что любое смещение, произошедшее в резервуаре из-за подъема или опускания ртути, точно компенсируется тем, что пробка в большей или меньшей степени погружается в ртуть, поэтому поправка на емкость не требуется.

Барометр, основанный на этом принципе, однако, не является новинкой, ибо в помещении Королевского общества можно увидеть очень старый прибор, считывающий показания примерно таким же образом.

Рис. 6 — это иллюстрация внешнего вида этого прибора. Резервуар сконструирован таким образом, что к поверхности ртути допускается максимальное количество света.

10. БАРОМЕТР С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКОЙ.

Этот барометр полезен людям, у которых может быть слабое зрение; и его можно считывать с большей точностью, чем обычные барометры, как видно из следующего описания: барометр состоит из вертикальной трубки, погруженной в резервуар, устроенный так, что с помощью винта ему можно придать движение вверх-вниз. В верхней части трубки герметично запаян кусок платиновой проволоки. Резервуар также имеет металлическое соединение, так что с помощью изолированных медных проводов (в задней части рамы) устанавливается цепь; другое соединение также существует с помощью металлического острия, погруженного в резервуар. Цепь, однако, может быть отключена от него с помощью переключателя, расположенного примерно на полпути вверх по раме; на одной стороне трубки расположена шкала дюймов; небольшой круговой верньер, разделенный на 100 частей, соединен с погружным острием и работает под прямым углом к этой шкале.

Чтобы привести прибор в действие для проведения наблюдения, небольшая батарея подключается с помощью двух небольших зажимных винтов в нижней части рамы. Переключатель поворачивается вверх, тем самым отключая погружное острие; затем резервуар завинчивается вверх, так что ртуть в трубке приводится в контакт с платиновой проволокой вверху; в тот момент, когда это достигается, магнитная стрелка, видимая на барометре, отклонится. Переключатель теперь поворачивается вниз; тем самым соединение с верхним проводом или платиной разрывается и устанавливается вместо этого только между погружным острием, несущим круговой верньер, и дном резервуара; острие теперь завинчивается с помощью головки с накаткой, пока стрелка снова не отклонится. Мы теперь можем быть уверены, что линия на круговом верньере, которая пересекает деление на шкале, — это точная высота барометра. Хотя приведенное здесь описание может показаться несколько длинным, сама операция выполняется быстрее, чем потребовалось бы при считывании показаний обычного прибора.

11. ПЕДИМЕНТНЫЕ БАРОМЕТРЫ.

Fig. 7. |  | Fig. 8. |  | Fig. 9. |  | Fig. 10. |  | Fig. 11.

Эти барометры, обычно для бытовых целей, проиллюстрированы на рис. 7–11. Они предназначены главным образом для «погодных стекол» и изготавливаются так, чтобы служить не только полезной, но и декоративной цели. Они обычно обрамлены в дерево, такое как красное дерево, розовое дерево, черное дерево, дуб или орех, и могут быть получены как простыми, так и красиво и искусно вырезанными и украшенными, в различных дизайнах, чтобы быть подходящими для частных комнат, больших залов или общественных зданий. Шкалы барометра и прикрепленного к нему термометра могут быть из слоновой кости, фарфора или посеребренного металла. Нежелательно, чтобы верньер считывал ближе, чем на одну сотую дюйма. Два верньера и шкалы могут быть установлены по обе стороны ртутного столбика, чтобы один мог обозначать последнее показание и таким образом показывать с первого взгляда степень подъема или падения за интервал. Шкала и термометр должны быть покрыты зеркальным стеклом. Дешевый прибор имеет открытый циферблат и простую раму, со скользящим верньером вместо реечно-шестереночного механизма. Барометр может иметь или не иметь подвижное дно резервуара с винтом для цели закрепления ртути для портативности. Резервуар, однако, не должен требовать регулировки до нуля или фидуциальной точки. Он должен быть достаточно большим, чтобы вместить ртуть, которая опускается с 31 до 27 дюймов, без какой-либо заметной ошибки в высоте, считанной по шкале.

12. Слова на шкале. — Следующие слова обычно выгравированы на шкалах этих барометров, хотя сейчас они не считаются столь важными, как раньше:

At | 31 | inches |  | Very dry.
" | 30·5 | " |  | Settled fair.
" | 30 | " |  | Fair.
" | 29·5 | " |  | Changeable.
" | 29 | " |  | Rain.
" | 28·5 | " |  | Much rain.
" | 28 | " |  | Stormy.

Французы помещают на своих барометрах аналогичную формулу:

At | 785 | millimètres |  | Très-sec.
" | 776 | " |  | Beau-fixe.
" | 767 | " |  | Beau temps.
" | 758 | " |  | Variable.
" | 749 | " |  | Pluie ou vent.
" | 740 | " |  | Grande pluie.
" | 731 | " |  | Tempête.

Производители барометров единообразно приняли эти указания для всех стран, без учета высоты над уровнем моря или различных географических условий; и поскольку легко показать, что высота и колебания барометра зависят от них, из этого следует, что барометры давали указания, которые при многих обстоятельствах были полностью ложными. Даже в этой стране, и вблизи уровня моря, штормы часты, когда барометр не ниже 29; дождь не является редкостью, когда стекло на 30; даже хорошая погода иногда случается при низком давлении; в то время как очевидно, что на высоте нескольких тысяч футов ртуть никогда не поднялась бы до 30 дюймов; следовательно, согласно шкале, там никогда не должно быть хорошей погоды. Если бы бури случались на нашей широте так же редко, как барометр опускается до 28 дюймов, морская часть общества, по крайней мере, была бы очень счастлива. Эти слова давно высмеиваются людьми, знакомыми с причинами барометрических колебаний; тем не менее, оптики продолжают помещать их на шкалы, очевидно, только потому, что они, по-видимому, добавляют важности прибору в глазах тех, кто не узнал об их общей бесполезности. В разных регионах мира показания барометра изменяются условиями, характерными для географического положения и высоты над уровнем моря, и необходимо учитывать их при любой попытке найти правила общей полезности в связи с барометром как погодным гидом. Все, что можно сказать в пользу этих слов, это то, что в пределах нескольких сотен футов от уровня моря, когда столбик поднимается или опускается постепенно в течение двух или трех дней к «Ясно» или «Дождь», указания, которые они дают о грядущей погоде, обычно чрезвычайно вероятны; но когда колебания быстрые, вверх или вниз, они предвещают неустойчивую или штормовую погоду.

Адмирал Фицрой пишет: «Слова на шкалах барометров не следует рассматривать как погодные указания так же сильно, как подъем или падение ртути; ибо если она стоит на «Переменная», а затем поднимается немного к «Ясно», это предвещает смену ветра или погоды, хотя и не такую сильную, как если бы ртуть поднялась выше; и, наоборот, если ртуть стоит выше «Ясно» и падает, это предвещает перемену, хотя и не в такой степени, как если бы она стояла ниже; кроме того, направление и сила ветра никак не учитываются. Не только по точке, на которой стоит ртуть, мы должны судить о состоянии погоды, но и по ее подъему или падению; и по движениям непосредственно предшествующих дней, а также часов, помня о влиянии изменения направления и сухости или влажности, а также изменения силы или интенсивности ветра».

13. Поправка на емкость резервуара. — Эти барометры, не имея регулировки нуля шкалы, требуют поправки на изменяющийся уровень ртути в резервуаре, когда наблюдения требуются для строгого сравнения с другими барометрическими наблюдениями или когда они регистрируются для научных целей; но для обычной цели предсказания погоды эта поправка не нужна. Нейтральная точка и отношение канала трубки к диаметру резервуара должны быть известны (см. стр. 3). Тогда поправка на емкость, как ее называют, находится следующим образом: возьмите дробную часть, выраженную отношением емкости, от разницы между наблюдаемым показанием и высотой нейтральной точки; затем, если ртуть стоит ниже нейтральной точки, вычтите этот результат из показания; если она стоит выше, прибавьте его к показанию.

Например, предположим, что нейтральная точка составляет 29,95 дюйма, а отношение емкости — 1/50, требуется поправка, когда барометр показывает 30,78.

Here |  | 30·78 - 29·95 | = | 0·83
Correction |  | = | 0·83 | = | +0·02 | nearly.
| 50
Scale reading |  | 30·78
Correct reading |  | 30·80

Конечно, поправку можно было бы так же легко найти до трех десятичных знаков, если желательно. Очевидно, что поправка тем важнее, чем больше расстояние верха ртути от нейтральной точки.

14. ОБЩЕСТВЕННЫЕ БАРОМЕТРЫ.

С тех пор как в последние годы стало уделяться повышенное внимание признакам грядущей погоды и пользе, которая из этого проистекла для фермеров, садоводов, инженеров-строителей, шахтеров, рыбаков и моряков в целом, путем предупреждения о надвигающейся влажной или штормовой погоде, стала очевидной желательность наличия хороших барометров, выставленных в общественных местах.

Барометры теперь можно увидеть прикрепленными к питьевым фонтанчикам, должным образом защищенными, и к ним часто обращаются прохожие. Но именно среди тех, чьи жизни подвергаются опасности из-за внезапных изменений погоды, особенно рыбаков, этот предупреждающий монитор наиболее остро необходим. Многие бедные рыбацкие деревни и города были поэтому обеспечены Советом по торговле за государственный счет и благодаря гуманным усилиям адмирала Фицроя первоклассными барометрами, каждый из которых закреплен в заметном месте, чтобы быть легко доступным для всех, кто желает обратиться к нему. Следуя этому примеру, Королевское национальное общество спасательных шлюпок снабдило каждую из своих станций аналогичным штормовым предупредителем; герцог Нортумберлендский и Британское метеорологическое общество установили несколько таких на побережье Нортумберленда; и многие другие лица подарили барометры морским местам, с которыми они связаны.

Все эти барометры были изготовлены господами Негретти и Замбра. Форма, приданная прибору, кажется хорошо подходящей для общественных целей.

Fig. 12.

15. Рыболовные или прибрежные барометры. — Рис. 12 дает представление об этих береговых и рыболовных барометрах. Рама выполнена из цельного дуба, прочно свинченного вместе. Шкалы очень разборчиво выгравированы на фарфоре по запатентованному процессу Негретти и Замбра. Термометр большой и легко читается; и поскольку этот прибор находится на открытом воздухе, он будет указывать фактическую температуру, достаточную для практических целей. Барометрическая трубка имеет диаметр канала три десятых дюйма, демонстрируя хороший столбик ртути; а резервуар имеет такую емкость по отношению к трубке, что изменение высоты поверхности ртути в резервуаре, соответствующее изменению высоты на три дюйма ртути в трубке, составляет менее одной сотой дюйма, и поэтому, поскольку показания должны делаться только с этой степенью точности, эта небольшая ошибка не имеет значения. Резервуар сделан из самшита, который достаточно порист, чтобы позволить атмосфере влиять на ртутный столбик; но верхняя часть заткнута пористым тростником, чтобы допустить свободную и верную игру.

16. Слова на шкале адмирала Фицроя. — Указания, данные на шкалах этих барометров, были составлены адмиралом Фицроем, членом Королевского общества. Они, по-видимому, основаны на следующих соображениях:

Предполагая диаграмму компаса с нанесенными основными точками, С.В. — это ветер, при котором барометр стоит выше всего; для Ю.З. ветра он самый низкий. Это оказывается так в подавляющем большинстве случаев; но есть исключения из этого, как и из всех правил. С.В. и Ю.З. можно, следовательно, рассматривать как полюса ветров, будучи противоположными друг другу. Когда ветер поворачивает от Ю.З. через З. и С. к С.В., барометр постепенно поднимается; наоборот, когда ветер поворачивает от С.В. и В. к Ю.В., Ю. и Ю.З., ртуть падает. Похожий любопытный закон существует в отношении поворота ветра и действия термометра. Когда ветер поворачивает от Ю.З. к З. и С., термометр падает; когда он поворачивает от С.В. к В. и Ю., он поднимается, потому что ветер переходит из более холодного в более теплый сектор. Полярные ветры холодные, сухие и тяжелые. Ветры из экваториальных регионов теплые, влажные и сравнительно легкие.

Эти законы были четко развиты и выражены профессором Дове в его работе «Закон штормов». Теплые ветры Европы — это те, которые приносят наибольшее количество дождя, поскольку они дуют с океана и приходят сильно нагруженными влагой. Холодные ветры, помимо того, что содержат меньше влаги, дуют больше с суши. Вес пара теплых ветров имеет тенденцию поднимать барометрический столбик; но в то же время повышенное расширение воздуха имеет тенденцию понижать его. Это последнее влияние, будучи более сильным, заставляет барометр всегда падать при этих ветрах; и в регионах, где они проходят через большую часть суши, сохраняют свое тепло и становятся неизбежно очень сухими, падение барометра будет больше. Слова адмирала Фицроя для шкал барометров для использования в северных широтах, таким образом, следующие:

RISE. |  | FALL.
FOR |  | FOR
N. Ely. |  | S. Wly.
NW.—N.—E. |  | SE.—S.—W.
DRY |  | WET
OR |  | OR
LESS |  | MORE
WIND. |  | WIND.
——— |  | ———
EXCEPT |  | EXCEPT
WET FROM |  | WET FROM
N. Ed. |  | N. Ed.
——— |  | ———
Long foretold, long last; Short notice, soon past. |  | First rise after low, Foretells stronger blow.

Будет замечено, что исключение в каждом случае относится к С.В. ветрам. Барометр может падать при северо-восточных ветрах, но они будут сильными и сопровождаться дождем, градом или снегом; опять же, он будет подниматься при этих ветрах, сопровождаемых дождем, когда они слабые и приносят лишь немного дождя. Он поднимается, однако, выше всего при сухих и легких С.В. ветрах.

Эти указания очень практически полезны; они учитывают географическое положение, а также высоту над уровнем моря, поскольку они не привязаны к какой-либо конкретной высоте столбика. Они подходят для северного полушария в целом, а также вокруг Британских островов. Те же указания адаптированы для южного полушария путем простой замены буквы С на букву Ю, читая юг вместо севера и наоборот. К югу от экватора холодные ветры приходят с юга; теплые — с севера. Ю.В. ветер в южном полушарии соответствует С.В. в северном. Законы там таковы: пока ветер поворачивает от Ю.В. через В. к С. и С.З., барометр падает, а термометр поднимается. Когда ветер поворачивает от С.З. через З. и Ю. к Ю.В., барометр поднимается, а термометр падает.

17. Инструкции для прибрежного барометра. — Указания по установке барометра и приведению его в портативное состояние, когда его нужно переместить, следует соблюдать тщательно. Барометр следует подвешивать к раме или куску дерева так, чтобы свет был виден сквозь трубку. В противном случае кусок бумаги или белое место должны быть за верхней или шкальной частью трубки.

Когда он подвешен на крючок или толстый гвоздь, приложите ключ с головкой с накаткой (который вы найдете прямо под шкалами) к квадратному латунному штифту на нижнем конце прибора и поворачивайте осторожно влево, пока винт не остановится; затем снимите ключ и замените его для использования, рядом со шкалой, как это было раньше. Дно резервуара, таким образом, опустится, и ртуть быстро опустится до своего надлежащего уровня.

При снятии этого барометра необходимо постепенно наклонять его, пока ртуть не окажется в верхней части трубки, а затем, с перевернутым прибором, закрутить дно резервуара или мешок ключом, используя его осторожно, пока он не остановится. Тогда он будет портативным и его можно будет переносить резервуарным концом вверх или лежа плашмя; но его нельзя трясти или подвергать сотрясению.

18. Французский прибрежный барометр. — Французы имитировали эту форму барометра для береговой службы и перевели указания адмирала Фицроя для шкалы следующим образом:

LA |  | LA
HAUSSE |  | BAISSE
INDIQUE. |  | INDIQUE.
——— |  | ———
des Vents de la |  | des Vents de la
PARTIE DU |  | PARTIE DU
N.E. |  | S.O.
( | du N.O. á l’E | ) |  | ( | du S.E. á l’O. | )
par le NORD. |  | par le SUD.
DE LA |  | DE
SÉCHERESSE. |  | L’HUMIDITÉ.
——— |  | ———
un VENT |  | un VENT
PLUS FAIBLE |  | PLUS FORT
EXCEPTÉ S’IL PLEUT |  | EXCEPTÉ S’IL PLEUT
AVEC DE FORTES BRISES |  | AVEC DE PETITES BRISES
du N.E. |  | du N.E.
——— |  | ———

Mouvements lents,
Temps durable.
———
Mouvements rapides,
Temps variable.

Le commencement
de la hausse,
après une grande
baisse présage
un Vent violent.

Fig. 13.

Fig. 14.

МОРСКИЕ БАРОМЕТРЫ.

19. Обычная форма. — Барометр очень полезен моряку, который, используя его как «погодное стекло», может предвидеть и подготовиться к внезапным изменениям погоды. Для морских целей нижняя часть стеклянной трубки барометра должна быть сужена до тонкого канала, чтобы предотвратить колебания ртутного столбика, которые в противном случае были бы вызваны движениями корабля. Эта трубка цементируется к резервуару, который сделан из самшита и имеет подвижное кожаное дно для цели придания прибору портативности путем компактного завинчивания ртути в трубку. Трубка заключена в раму из красного дерева, которая допускает разнообразие стиля в форме, отделке и оформлении, чтобы соответствовать различным прихотям и средствам покупателей. Рама обычно расширена в верхней части для размещения шкал и прикрепленного термометра, которые покрыты зеркальным стеклом. Резервуар заключен в латунь для защиты, нижняя часть отвинчивается, чтобы дать доступ к портативному винту под резервуаром. Рис. 13 и 14 иллюстрируют эту форму барометра. Морские барометры требуют подвешивания, чтобы они могли оставаться в вертикальном положении при изменяющихся положениях судна в море. Чтобы достичь этого, они подвешиваются в карданном подвесе на латунном кронштейне. Карданный подвес состоит из свободного кольца, закрепленного винтами с накатанной головкой к средней части рамы барометра, спереди и сзади. Вильчатый конец кронштейна поддерживает это кольцо по бокам, также с помощью винтов с накатанной головкой. Следовательно, превосходный вес конца резервуара всегда достаточен, чтобы заставить прибор двигаться на своих опорных винтах, чтобы всегда поддерживать перпендикулярное положение; на самом деле, он удерживается так деликатно, что поддается малейшему возмущению в любом направлении. Другой конец кронштейна прикреплен к толстой пластине, имеющей отверстия для винтов, или приспособлен для вставки в скобу или кронштейн, с помощью которых он может быть закреплен к любой части каюты корабля; кронштейн прикреплен к пластине на петлях для цели поворота кронштейна и барометра вверх, когда это желательно.

Другие формы барометра (которые будут описаны немедленно) вытеснили эту в британском морском флоте, но французы все еще отдают предпочтение деревянным рамам. Они считают, что барометр может быть более надежно установлен в дереве, более портативен и менее подвержен поломке от внезапного сотрясения, чем если бы он был установлен в металлической раме. Англичане считают обычные деревянные барометры недостаточно точными из-за неравномерного расширения дерева, возникающего из-за его гигроскопических свойств. Некоторые из английских оптиков показали, что очень портативные и действительно точные барометры могут быть изготовлены в латунных рамах, и поэтому предпочтение теперь отдается этому последнему материалу.

20. Морской барометр Кью. — Барометр данной конструкции — это прибор, рекомендованный Брюссельским конгрессом, состоявшимся в 1853 году, с целью разработки систематического плана по развитию метеорологических наблюдений на море.

Материалы, используемые при его изготовлении: ртуть, стекло, железо и латунь. Верхняя часть трубки тщательно калибруется для обеспечения равномерности сечения, поскольку от этого в некоторой степени зависит точность прибора. Известно, что в море показания барометра никогда не поднимались выше 31 дюйма и не опускались ниже 27 дюймов. Эти экстремальные значения были зафиксированы приборами несомненной точности, однако они являются совершенно исключительными. Поэтому нет необходимости делать шкалы морских барометров длиннее этих пределов, но и короче их делать не следует. Если верньер настроен на отсчет вверх, шкала должна доходить до 32 дюймов, чтобы оставить место для установки верньера хотя бы на 31 дюйм. Бывали случаи, когда это было невозможно сделать, и вследствие этого были потеряны редкие, но ценные наблюдения. Если сечение шкальной части трубки не является равномерным, индексная погрешность будет неравномерной по всей шкале. То, меняется ли диаметр остальной части трубки, не имеет значения. На расстоянии от двух до трех дюймов ниже измерительной части канал сильно сужается, чтобы предотвратить пульсации ртутного столба — так называемое «качание» (pumping), — которые в противном случае возникали бы в море из-за движения корабля. В обычных морских барометрах это сужение продолжается до конца трубки. Ниже суженной части вставлена пипетка — или воздушная ловушка Гей-Люссака, — представляющая собой небольшую удлиненную воронку, направленную острием вниз. Ее цель — улавливать любой воздух, который может проникнуть между стеклом и ртутью. Пузырек воздуха задерживается у выступа и не может подняться выше. Это одно из тех простых приспособлений, которые оказываются удивительно полезными. Если какой-либо воздух попадает в трубку, он не доходит до верха и, следовательно, не искажает работу барометра, поскольку сама ртуть движется вверх и вниз через воронку. Ниже этого места трубка не должна иметь излишних сужений.

Fig. 15.

Открытый конец трубки закреплен в железном цилиндре, который образует резервуар барометра. Железо не вступает в реакцию со ртутью, поэтому используется вместо любого другого металла. В верхней части резервуара сделано одно или два отверстия, которые изнутри закрыты прочной кожей овчины, чтобы быть непроницаемыми для ртути, но достаточно пористыми для воздействия наружного воздуха на столбик. Резервуар имеет достаточную вместимость, чтобы принять ртуть, вытекающую из трубки, пока столбик не опустится ниже показаний шкалы; а когда трубка полностью заполнена, ртути достаточно, чтобы покрыть ее конец и предотвратить доступ воздуха. Винт для подъема ртути не требуется.

Стеклянная трубка, таким образом закрепленная в резервуаре, защищена латунной трубчатой рамой, в которую плотно ввинчивается железный резервуар. Для создания опор для трубки используется пробка. На несколько дюймов выше резервуара расположен прикрепленный термометр. Его резервуар заключен в раму, чтобы на него так же, как и на барометрический столбик, воздействовало тепло. Верхний конец рамы снабжен навинчивающимся колпачком, который охватывает стеклянный щиток, опирающийся на галерею, образованную на раме под шкалой, и служит для защиты посеребренной шкалы, а также внутренней трубки от пыли и влаги. Кольцо, подвижное в обойме, закрепленной на раме выше центра тяжести прибора, прикреплено к карданному подвесу, и вся конструкция поддерживается латунным кронштейном обычным образом; так что прибор можно поворачивать вокруг своей оси, чтобы направить на него любой источник света, и он будет оставаться вертикальным при любом положении корабля. Верньер позволяет считывать показания с точностью до пяти сотых дюйма. На шкале нет никаких надписей, так как старая формулировка была признана вводящей в заблуждение. Верньер можно установить с большой точностью, так как свет попадает на верхнюю часть ртути через переднюю и заднюю прорези в раме. Нижний край верньера следует подвести к уровню ртути так, чтобы он едва перекрывал свет.

Очевидно, что такая форма барометра должна быть более надежной в своих показаниях, чем приборы в деревянных оправах. Градуировка может быть выполнена точно, и на нее будут влиять только хорошо известные изменения, обусловленные температурой. Некоторые полагают, что трубка закреплена слишком жестко и поэтому более подвержена поломке от ударов, чем у менее совершенного инструмента. Однако это представляется неизбежным следствием большей точности. Это чрезвычайно хороший портативный прибор, который можно очень легко устанавливать и снимать. Эти барометры предпочтительнее морских барометров в дереве везде, где они использовались. На торговых судах при бережном обращении они оказались весьма долговечными. Их можно безопасно отправлять по железной дороге, тщательно упаковав в деревянный ящик.

Инструкция по упаковке. — При перемещении этого барометра необходимо постепенно наклонять его до тех пор, пока ртуть не достигнет верха трубки. После этого он становится портативным, если его переносить резервуаром вверх или в горизонтальном положении. При ином способе транспортировки он, скорее всего, будет разбит из-за резких движений тяжелой ртути в стеклянной трубке. Разумеется, его нельзя трясти или подвергать ударам.

Размещение морского барометра. — Адмирал Фицрой, чьим ценным работам мы многим обязаны, пишет в своем «Руководстве по барометру»: «Желательно размещать барометр в таком месте, где он не подвергается опасности бокового удара, а также достаточно далеко от палубы сверху, чтобы учесть пружинистость металлического кронштейна в случаях резких движений корабля».

«Если существует риск удара прибора о что-либо при сильном крене судна, желательно поместить мягкую прокладку в этом месте или ограничить движение в этом направлении легким эластичным шнуром; при его закреплении следует следить за тем, чтобы он действовал только там, где возникает риск удара, не мешая в остальном свободному раскачиванию прибора: очень легкий шнур, прикрепленный сверху, если это возможно, будет наименее вероятно мешать работе».

21. Метод проверки морских и других барометров. — «Почти во всех барометрах, использовавшихся на море до недавнего времени, индексная поправка варьировалась по всему диапазону показаний шкалы пропорционально разнице в объеме между резервуаром и трубкой. Для нахождения индексной поправки сухопутного барометра обычно считается достаточным сравнение со стандартным прибором в любой точке шкалы, где может находиться ртуть. Проверка морского барометра — это работа, требующая гораздо больше времени, поскольку необходимо найти поправку для показаний шкалы примерно через каждые полдюйма во всем диапазоне атмосферного давления, которому он может подвергаться; и становится необходимым прибегать к искусственным средствам изменения давления атмосферы на поверхность ртути в резервуаре.

«Барометры, подлежащие проверке таким образом, помещаются вместе со стандартным прибором в герметичную камеру, к которой подключен воздушный насос, так что путем частичного откачивания воздуха стандартный барометр можно заставить показывать давление гораздо ниже самого низкого, которому могут подвергаться морские барометры; а путем сжатия воздуха его можно заставить показывать давление выше того, которое ртуть когда-либо достигает на уровне моря. Трубка стандартного барометра сужена аналогично трубке морского барометра, но предусмотрено приспособление для установки ртути в его резервуаре на нулевую отметку. В верхней части железной воздушной камеры вставлены стеклянные окна, через которые можно видеть шкалы барометров; но поскольку верньеры нельзя перемещать обычным способом снаружи камеры, предусмотрено приспособление для считывания высоты ртути независимо от верньеров, прикрепленных к шкалам соответствующих барометров. На расстоянии пяти-шести футов от герметичной камеры закреплена вертикальная шкала. Деления на этой шкале точно соответствуют делениям на трубке стандартного барометра. Верньер и телескоп перемещаются по шкале с помощью реечной передачи. Телескоп имеет две горизонтальные нити, одна из которых неподвижна, а другая перемещается микрометренным винтом, так что разницу между высотой столбика ртути и ближайшим делением на шкале стандартного барометра, а также всех других барометров, помещенных рядом для сравнения, можно измерить либо с помощью вертикальной шкалы и верньера, либо с помощью микрометренной нити. Таким образом, имеются средства для проверки барометров на индексную погрешность в любой части шкалы во всем диапазоне атмосферного давления, которому они могут подвергаться; обычная практика заключается в проверке их через каждые полдюйма от 27,5 до 31 дюйма.

«Таким образом были проверены барометры различных других типов, и некоторые ошибки оказались настолько большими, что ряд барометров показывали на полдюйма и более выше нормы, в то время как другие показывали настолько же ниже. В некоторых случаях приборы, которые были точны в одной части шкалы, оказывались ошибочными на величину от половины до целого дюйма в других частях. Эти барометры были старой и обычной, если не сказать низкокачественной, конструкции. В некоторых ртуть не опускалась ниже 29 дюймов из-за дефекта, очень распространенного в конструкции многих обычных барометров, до недавнего времени часто находившихся в употреблении: резервуар был недостаточно велик, чтобы вместить ртуть, которая опускалась из трубки при низком атмосферном давлении.

«При использовании на берегу это сужение трубки иногда приводит к тому, что морской барометр немного отстает от обычного сухопутного барометра, трубка которого не сужена. Величина отставания варьируется в зависимости от скорости подъема или падения ртути и составляет от 0,00 до 0,02 дюйма. Поскольку движение корабля в море заставляет ртуть быстрее проходить через суженную трубку, показания там почти такие же, как если бы трубка не была сужена, и ни в коем случае они не различаются настолько, чтобы это имело значение для морского использования».

Резервуар этого морского барометра обычно имеет диаметр один дюйм с четвертью, а шкальная часть трубки — канал диаметром четверть дюйма. Дюймы на шкале, вместо того чтобы быть истинными, укорочены на 0,04 дюйма, чтобы избежать необходимости введения поправки, обусловленной разницей в объеме трубки и резервуара. Это делается с большим совершенством, и погрешности приборов при сравнении со стандартом с помощью аппаратуры, используемой в обсерваториях Кью и Ливерпуля, определяются с точностью до тысячной доли дюйма и неизменно очень малы и единообразны. Определенная таким образом погрешность включает поправку на капиллярность, объем и ошибку градуировки и образует постоянную поправку, так что для приведения наблюдений к сопоставимому виду необходимо применять только одну переменную поправку — температурную, когда барометр подвешен вблизи ватерлинии корабля. Однако, несмотря на все преимущества этого барометра, он недавно был в некоторой степени вытеснен, поскольку выяснилось, что он требует большего ухода, чем обычно можно ожидать от капитана корабля. Моряки не совсем понимают ценность такой тонкой точности, как тысячная доля дюйма, и предпочитают прибор, который показывает только до сотой доли.

22. МОРСКОЙ БАРОМЕТР ФИЦРОЯ.

Адмирал Фицрой счел желательным создать форму барометра, максимально практически полезную для морских целей. Такую, которая была бы менее хрупкой по конструкции, чем барометр Кью, и не так мелко градуирована. Такую, которую можно было бы настроить с первого взгляда и легко прочитать; которая с большей вероятностью выдержала бы обычные удары, неизбежные на военном корабле. Соответственно, адмирал разработал барометр, который он описал следующим образом:—

«Этот морской барометр для службы Ее Величества приспособлен для общих целей.

«Он отличается от барометров, изготовленных до сих пор, скорее деталями, чем принципом:— 1. Стеклянная трубка упакована вулканизированным каучуком, который гасит вибрацию от ударов, но не удерживает ее жестко и не препятствует расширению. 2. Он не колеблется (не «качает»), хотя чрезвычайно чувствителен. 3. Шкала фарфоровая, очень разборчивая и не подвержена изменениям. 4. В нем вообще нет железа (которое ржавеет). 5. Каждую деталь может отвинтить, осмотреть или почистить любой аккуратный человек. 6. Имеется запасная трубка, закрепленная в резервуаре, наполненная кипяченой ртутью и отмеченная для установки в этот или любой аналогичный прибор.

«Эти барометры градуированы до сотых долей, и они будут точны до этой степени, а именно до второго десятичного знака дюйма.

«Они упакованы вулканизированным каучуком, чтобы (благодаря этому и особой прочности стеклянной трубки) вблизи этих приборов можно было стрелять из орудий, не причиняя им вреда обычными сотрясениями.

«Есть надежда, что все такие приборы для государственной службы на море будут совершенно одинаковыми, так что любая запасная трубка подойдет к любому барометру.

Fig. 16.

«Замена трубки. — Медленно наклоните барометр, а затем снимите его, дав ртути заполнить верхнюю часть. Положите прибор на стол, отвинтите внешний колпачок на соединении чуть ниже расширения резервуара, затем отвинтите трубку и резервуар, осторожно поворачивая резервуар против часовой стрелки, или влево, и очень осторожно вытяните трубку, ни в коем случае не сгибая ее, при необходимости слегка поворачивая ее при извлечении. Затем очень осторожно вставьте новую трубку, ввинтите ее и установите по отметке, нанесенной алмазом, на 27 дюймов. Прикрепите колпачок и подвесьте барометр для использования.

«Если ртуть не сразу отходит от верха трубки, довольно резко постучите по концу с резервуаром. В хорошо прокипяченной трубке с хорошим вакуумом ртуть иногда держится настолько адгезивно, что вводит в заблуждение, вызывая предположение о каком-то дефекте.

«Примерно через десять минут ртутный столбик должен стать почти правильным; но поскольку местная температура влияет на латунь, так же как и на ртуть, медленно и неравномерно, возможно, стоит отложить любые точные сравнения с другими приборами на несколько часов».

Компания «Негретти и Замбра» является изготовителем этих барометров для Королевского флота. Рис. 16 представляет собой иллюстрацию.

Трубка закреплена в резервуаре из самшита, который сверху закрыт очень пористой тростниковой пробкой, чтобы обеспечить быстрое влияние изменения атмосферного давления на ртуть. Вокруг горлышка резервуара сформировано латунное кольцо с резьбой по окружности. Оно ввинчивается в раму, и отметка на трубке должна быть установлена на 27 дюймов по шкале, крышка резервуара завинчена, и прибор готов к подвешиванию. Рама и вся фурнитура латунные, без какого-либо железа вообще; потому что контакт двух металлов вызывает гальваническую реакцию, что нежелательно. Запасная трубка снабжена каучуковой прокладкой и готова в любое время заменить ту, что находится в раме. Легкость, с которой можно заменить трубку в случае поломки, является отличной особенностью прибора. Запасная трубка тщательно уложена в ящик, в который также можно поместить весь прибор, когда он не используется. Все детали изготовлены по определенному калибру; поэтому рамы все максимально похожи друг на друга, а трубки — подобно винтовочным пулям — подходят к любой раме. Если используемая трубка разбивается, капитан может заменить ее другой; но, поскольку она надежно упакована каучуком, вероятность ее поломки при нормальном обращении очень мала. Каждый, кто знает важность барометра на борту корабля, признает, что дополнительная трубка — это решительное улучшение. Многие приборы такого типа находятся на судах Королевского флота, и в скором времени можно ожидать, что все рамы и трубки барометров на государственной службе на море будут одинаковыми по размеру и характеристикам; так что если у капитана случится несчастье разбить обе трубки, он сможет одолжить другую с любого встречного корабля, у которого есть запасная, и она будет совершенно точной, поскольку была проверена перед отправкой.

23. Слова адмирала Фицроя для шкалы. — Градуировка в дюймах и десятичных долях расположена в этом барометре с правой стороны трубки; а на аналогичной фарфоровой пластине, слева, выгравированы, столь же разборчиво, сколь и кратко, следующие слова, имеющие универсальное применение при интерпретации движений барометра:—

RISE |  | FALL
FOR |  | FOR
COLD |  | WARM
DRY |  | WET
OR |  | OR
LESS |  | MORE
WIND. |  | WIND.
——— |  | ———
EXCEPT |  | EXCEPT
WET FROM |  | WET FROM
COOLER SIDE. |  | COOLER SIDE.

Возвращаясь к объяснению слов на «береговых» барометрах (на стр. 14) и сравнивая и рассматривая их как данные для северных широт, а также как они должны быть изменены для южных широт, можно заметить, что для всех холодных ветров барометр повышается, а для теплых — падает. Ртуть также падает при усилении ветра и поднимается, когда ветер стихает. Также до или во время дождя столбик ртути падает; но он поднимается при хорошей сухой погоде. Сопоставляя эти факты и заменяя стороны света терминами «холодный» и «теплый», легко понять уместность слов на шкале этого барометра. Эти краткие и практические указания движений барометра применимы для приборов, предназначенных для использования в любом регионе мира, и находятся в полном соответствии с законами ветров и погоды, выведенными Дове и другими метеорологами. В них нет ничего предосудительного, и, будучи основанными на опыте и выводах, сделанных из многочисленных зарегистрированных наблюдений за погодой во всех частях мира, а также подтвержденными научными теориями, они, следовательно, могут считаться в целом надежными. Они не содержат догадок, а кратко выражают научные принципы.

24. Испытания морского барометра Фицроя под огнем орудий. — Некоторые из первых барометров, изготовленных компанией «Негретти и Замбра» по принципу адмирала Фицроя, были сурово испытаны под тяжелейшим огнем морских орудий на борту корабля Ее Величества «Excellent»; и при всех обстоятельствах они выдержали сотрясение. Целью испытаний было «установить, гасит ли упаковка из вулканизированного каучука вокруг стеклянной трубки нового морского барометра вибрацию, вызванную стрельбой, и можно ли стрелять из орудий вблизи этих приборов, не причиняя им вреда». В первой и второй сериях экспериментов морской барометр конструкции адмирала Фицроя испытывался в сравнении с морским барометром системы Кью, причем оба прибора были новыми и с ними обращались во всех отношениях одинаково. Их «вешали над орудием, под орудием и сбоку от орудия, причем в последнем случае как внутри, так и снаружи переборки — фактически, всеми способами, которыми их могли бы испытывать в бою при убранных переборках». Результат заключался в том, что барометр Кью был разбит и пришел в негодность, в то время как барометр новой модели не получил ни малейшего повреждения. В третьей серии экспериментов, в присутствии г-на Негретти, пять барометров новой модели были подвергнуты сотрясению, вызванному выстрелом из 68-фунтового орудия снарядом и зарядом пороха в 16 фунтов. Они были подвешены к балке непосредственно под орудием, затем к балке непосредственно над орудием, и, наконец, они были подвешены за кронштейн к переборке на расстоянии всего 3 футов 6 дюймов от оси орудия; и результат, согласно официальному отчету, состоял в том, «что все эти барометры, как бы они ни были подвешены, выдержали бы без малейшего повреждения самое сильное сотрясение, которое они когда-либо могли бы испытать на любом морском военном корабле». Эти испытания проводились под руководством капитана Хьюлетта, кавалера ордена Бани, и орудия стреляли в ходе его обычных инструкций. Его отчеты адмиралу Фицрою, содержащие все подробности испытаний, опубликованы в «Девятом выпуске метеорологических документов», изданном Советом по торговле.

25. БАРОМЕТР ФЕРМЕРА И БЫТОВОЙ БАРОМЕТР КОМПАНИИ «НЕГРЕТТИ И ЗАМБРА».

Хорошо известно, что барометр в такой же, если не в большей степени зависит от изменения ветра, как и от дождя; и возражение, выдвигаемое против простых показаний барометра как оставляющих наблюдателя в сомнении, ожидать ли ветра или дождя, устраняется добавлением гигрометра — прибора, указывающего сравнительную степень сухости или влажности воздуха; это важнейший элемент в определении предстоящей погоды.

Фермер не должен довольствоваться тем, чтобы оставлять свои посевы на милость, так сказать, погоды, когда в его распоряжении есть приборы, которые могут стать средством предотвращения ущерба, а в некоторых случаях и полной потери урожая.

До сих пор фермеру приходилось полагаться в прогнозировании погоды на свою собственную «погодную мудрость», и просто поразительно, насколько искусен он стал в ее использовании. Наука теперь вступает в дело не для того, чтобы игнорировать этот опыт, а, наоборот, чтобы оказать ему ценнейшую помощь, расширяя его и позволяя предсказывать с точностью, доселе неизвестной, различные изменения, которые происходят в этом крайне изменчивом климате.

Для больного важность предсказания с приемлемой точностью изменений, которые могут произойти в погоде, невозможно переоценить. Многих простуд можно было бы избежать, если бы мы могли знать, что утро, такое мягкое и яркое, сменится холодным и безрадостным днем. Даже здоровым людям можно избежать многих неудобств, если должным образом учитывать показания гигрометра и барометра, а людям со слабым здоровьем будет полезно прислушиваться к его предупреждениям.

Fig. 17.

Описание прибора. — Барометр фермера, изображенный на полях, состоит из вертикальной трубки со ртутью, опрокинутой в резервуар с той же жидкостью; он закреплен на прочной деревянной раме, в верхней части которой установлена шкала, разделенная на дюймы и десятые доли дюйма. По обе стороны от барометра, или центральной трубки, находятся два термометра — тот, что слева, имеет открытый и свободно подвергающийся воздействию резервуар и показывает температуру воздуха в месте наблюдения; тот, что справа, имеет резервуар, покрытый кусочком муслина, с которого свисают несколько нитей мягкого хлопкового фитиля; этот хлопок погружен в небольшую чашку, расположенную прямо под термометром, причем этот сосуд наполнен водой; вода поднимается за счет капиллярного притяжения к покрытому муслином резервуару и поддерживает его в постоянно влажном состоянии.

Эти два термометра, которые мы различаем по названиям «влажный термометр» и «сухой термометр», образуют гигрометр; и именно путем одновременного считывания показаний этих двух термометров и отмечания разницы, существующей между их показаниями, определяется влажность атмосферы.

Слова адмирала Фицроя (см. стр. 22) помещены на шкале барометра, так как ценность показания зависит не столько от фактической высоты ртути в трубке, сколько от того, поднимается ли столбик, стабилен или падает.

Подвижный винт в нижней части резервуара предназначен для того, чтобы загонять ртуть в верхнюю часть трубки, когда прибор переносится с места на место, и он всегда должен быть вывинчен до предела, когда барометр висит на своем месте. После этого его никогда не следует трогать.

Принцип действия гигрометра следующий: довольно хорошо известно, что вода или вино часто охлаждаются, если обернуть бутылку влажной тканью, а затем поместить ее на поток воздуха. Испарение, происходящее при постепенном высыхании ткани, вызывает падение температуры значительно ниже температуры окружающего воздуха, и содержимое бутылки таким образом охлаждается. Таким же образом, как будет обнаружено, покрытый влажный термометр неизменно показывает более низкую температуру, чем непокрытый; и чем выше сухость воздуха, тем больше будет разница между показаниями двух термометров; и чем больше влаги существует в воздухе, тем ближе их показания.

Чашку необходимо держать наполненной чистой водой и периодически очищать от грязи. Муслин или хлопковый фитиль также следует менять каждые несколько недель. Гигрометр можно приобрести отдельно от барометра, если комбинированные приборы нельзя достаточно подвергнуть воздействию наружного воздуха, что является необходимым для успешного использования гигрометра.

Таким образом, этот погодный прибор фермера состоит из трех отдельных инструментов: барометра, термометра и гигрометра. В его распоряжении, таким образом, находятся три инструментальных данных, необходимых для предсказания погоды. А теперь опишем—

Как пользоваться прибором. — Наблюдения следует проводить дважды в день, скажем, в 9 часов утра и в 3 часа дня; и их следует записывать на листок бумаги или грифельную доску, висящую рядом с барометром. Тогда наблюдатель сможет видеть различные значения показаний время от времени и делать из них выводы.

Сначала следует считать показания термометра слева и записать их — это температура воздуха. Теперь следует считать показания влажного термометра, также записать их и найти разницу между этими двумя показаниями. Затем считать показания барометра, перемещая небольшой индекс сбоку трубки, пока он не окажется на уровне верха ртути. Записав количество дюймов, на котором стоит столбик, сравните его с последним наблюдением и немедленно увидите, поднимается ли барометр, стабилен или падает.

Теперь, проведя наблюдения, как описано выше, мы естественно задаем вопрос: что мы можем предсказать на их основе?

И, вероятно, лучший способ ответить на этот вопрос — привести пример. Мы предположим, что наши вчерашние показания были следующими: температура 70°, влажный термометр 69°, разница 1° = очень влажный воздух. Барометр 29,5, и шел дождь.

Сегодня мы читаем: температура 60°, влажный термометр 55°, разница 5° = более сухой воздух. Барометр 30. Мы можем с уверенностью предсказать, что дождь прекратится и, вероятно, будет ветер с севера.

Весной или осенью, если высота барометра стабильна где-то между 29,5 и 30 дюймами при температуре около 60°, погоду, вероятно, будут характеризовать свежие или умеренные юго-западные ветры с облачным небом; показания гигрометра в этом случае особенно полезны, позволяя нам предсказать дождь; но если ртуть становится стабильной на уровне около 30,5 дюймов при температуре около 40°, можно уверенно ожидать северо-восточных ветров, сухого воздуха и ясного неба.

Наблюдателю, несомненно, придут на ум многие случаи, когда эти цифры не встречаются и когда он может столкнуться с трудностью в интерпретации показаний своих приборов. Поэтому мы составили несколько кратких правил для его руководства; и хотя они не окажутся абсолютно безошибочными путеводителями в этой признанной сложнейшей проблеме, все же они окажутся весьма полезными при предсказании погоды, если добавить к ним разумное наблюдение за обычными атмосферными явлениями, такими как сила и направление ветра, характер конкретного сезона и время года.

26. ПРАВИЛА ПРЕДСКАЗАНИЯ ПОГОДЫ.

ПОДНИМАЮЩИЙСЯ БАРОМЕТР.

«Быстрый» подъем указывает на неустойчивую погоду.

«Постепенный» подъем указывает на устойчивую погоду.

«Подъем» при сухом воздухе и усилении холода летом указывает на ветер с севера; а если прошел дождь, следует ожидать улучшения погоды.

«Подъем» при влажном воздухе и низкой температуре указывает на ветер и дождь с севера.

«Подъем» при южном ветре указывает на хорошую погоду.

СТАБИЛЬНЫЙ БАРОМЕТР,

При сухом воздухе и сезонной температуре указывает на продолжение очень хорошей погоды.

ПАДАЮЩИЙ БАРОМЕТР.

«Быстрое» падение указывает на штормовую погоду.

«Быстрое» падение при западном ветре указывает на штормовую погоду с севера.

«Падение» при северном ветре указывает на шторм с дождем и градом летом и снегом зимой.

«Падение» при повышенной влажности воздуха и повышении тепла указывает на ветер и дождь с юга.

«Падение» при сухом воздухе и усилении холода (зимой) указывает на снег.

«Падение» после очень спокойной и теплой погоды указывает на дождь со шквалистой погодой.

27. Причины, которые могут вызвать падение или подъем барометра. — Поскольку тепло вызывает разрежение, внезапное повышение температуры в отдаленном районе может повлиять на вес атмосферы над нашими головами, создавая воздушный поток наружу, чтобы занять место более легкого воздуха, который переместился со своего прежнего положения; в этом случае барометр упадет. Такое движение в атмосфере, вероятно, приведет к смешению потоков воздуха разных температур, и из этого смешения, вероятно, возникнет дождь.

С другой стороны, поскольку холод вызывает конденсацию, любое внезапное падение температуры заставляет столб воздуха над местностью сжиматься и опускаться на более низкий уровень, в то время как другой воздух устремляется сверху, чтобы заполнить пустоту; и, соответственно, барометр поднимается. Если этот воздух, как часто бывает, поступает с севера, он, как правило, содержит мало влаги; и поэтому, достигнув более теплой широты, он будет поглощать пары воздуха, так что результатом будет сухая погода.

Обычно наблюдается, что ветер вызывает падение показаний прибора; и, действительно, при тех более значительных движениях атмосферы, которые мы называем штормами или ураганами, депрессия настолько значительна, что предупреждает мореплавателя о надвигающейся опасности. Очевидно, что движение воздуха в любом направлении должно уменьшать вес столба над головой и, следовательно, заставлять ртуть в барометре опускаться.

Связь падения барометрического столба с дождем часто объясняется тем, что ветер вызывает смешение воздушных потоков, которые своим движением уменьшают вес атмосферы над нашими головами; в то время как стабильный подъем столбика указывает на отсутствие каких-либо значительных атмосферных изменений в окрестностях и общее отсутствие тех причин, которые склонны вызывать выпадение осадков.

28. Использование барометра в управлении шахтами. — Горючие и удушливые газы, известные угольщикам как рудничный газ и удушливый газ, удельно тяжелее воздуха; и по мере того, как они выходят из трещин шахты или высвобождаются из угля, атмосферное давление стремится загнать их в самые низкие и наименее проветриваемые галереи. Следовательно, значительно сниженное атмосферное давление будет способствовать внезапному выбросу или продвижению газа; откуда могут возникнуть случаи взрыва или удушья. Было установлено, что эти несчастные случаи происходят по большей части во время низкого барометрического столба. Поэтому надежный барометр должен систематически использоваться теми, кому доверено управление или контроль над угольными шахтами, чтобы можно было предписать большую бдительность и осторожность шахтерам всякий раз, когда ртуть падает низко, особенно после того, как она была необычно высокой в течение нескольких дней.

29. Использование барометра при оценке высоты приливов. — Давление атмосферы влияет на высоту прилива, причем вода в целом выше, когда барометр ниже. Выражения моряков о том, что «мороз сдерживает прилив» и «туман сдерживает прилив», объясняются высоким барометром, который обычно сопровождает мороз и туман. М. Досси, сэр Дж. К. Росс и другие установили, что подъем на один дюйм в барометре будет иметь соответствующее падение прилива примерно на один фут. Поэтому мореплаватели и лоцманы оценят следующее предложение адмирала Фицроя:—

«Суда иногда заходят в доки или даже гавани, где у них едва ли есть фут воды сверх их осадки; а поскольку докование, как и спуск на воду больших кораблей, требует точного расчета высоты воды, состояние барометра приобретает дополнительное значение в таких случаях».

ГЛАВА II.

СИФОННЫЕ БАРОМЕТРЫ.

30. Принцип действия. — Если налить немного ртути или любой другой жидкости в стеклянную трубку, согнутую в форме ∪ и открытую с обоих концов, она поднимется на одинаковую высоту в обоих коленах, если держать трубку вертикально. Если сначала налить ртуть, а затем воду на нее с одного конца, эти жидкости не придут к одному уровню; вода будет стоять гораздо выше ртути. Если высота ртути над линией встречи жидкостей составляет один дюйм, то высота воды будет около тринадцати с половиной дюймов. Объяснение этого заключается в том, что два столбика уравновешивают друг друга. Давление атмосферы в каждом колене совершенно одинаково; но один столбик стоит гораздо выше другого, потому что жидкость, из которой он состоит, намного легче, объем к объему, чем другая. Если один конец трубки герметично закрыт, другое колено отрезано в нескольких дюймах от изгиба, и трубка тщательно наполнена ртутью; при установке ее в вертикальное положение ртуть упадет, если закрытое колено достаточно длинное, пока не окажется примерно на тридцать дюймов выше, чем в открытом колене, где она и останется. Здесь атмосфера давит на короткий столбик, но не на длинный. Именно это давление, следовательно, поддерживает разницу уровней. Фактически, это образует барометр без резервуара, причем короткое колено выполняет функцию резервуара. Первые барометры на этом принципе были разработаны знаменитым философом доктором Гуком, как описано в следующем разделе.

31. ЦИФЕРБЛАТНЫЕ ИЛИ КОЛЕСНЫЕ БАРОМЕТРЫ.

Привычные бытовые «погодные стекла» — это барометры сифонного типа. Части двух колен, через которые ртуть будет подниматься и опускаться при изменяющемся давлении атмосферы, сделаны точно одинакового диаметра; в то время как часть между ними сужена. На ртуть в открытом колене опирается круглый поплавок из слоновой кости или стекла; к нему прикреплена нить, которая проходит через латунный шкив и вокруг него, а другой конец несет другой, более легкий груз. Груз, лежащий на ртути, поднимается и опускается вместе с ней. На оси шкива, которая проходит через раму и центр циферблата, закреплена легкая стальная стрелка, которая вращается при повороте шкива. Когда ртуть падает при уменьшении атмосферного давления, она поднимается на ту же величину в короткой трубке и выталкивает поплавок, противовес падает и, таким образом, перемещает стрелку или указатель влево. Когда давление увеличивается, указатель аналогичным образом тянется вправо.

Fig. 18. |  | Fig. 19. |  | Fig. 20.

Циферблаты обычно изготавливаются из посеребренного или эмалированного металла, но может использоваться и фарфор. Если окружность шкива, или «колеса», составляет два дюйма, он сделает один оборот при изменении уровня на два дюйма в каждой трубке, или на четыре дюйма по высоте барометрического столба; а поскольку циферблат может быть от двадцати до тридцати шести дюймов в окружности, от пяти до девяти дюймов на градуированной шкале соответствуют одному дюйму столбика; и, следовательно, подразделения отчетливо различимы, и верньер не требуется.

Видно только движение указателя; а рама из красного дерева или палисандра поддерживает, закрывает и делает прибор декоративным и портативным. В задней части рамы есть откидная дверца, которая закрывает полость, содержащую трубку и крепления. Циферблат закрыт стеклом в латунном ободке, подобно циферблату часов. Может быть применен латунный индекс, работающий над циферблатом, подвижный с помощью ключа или кнопки, и он будет служить для регистрации положения стрелки при последнем наблюдении. Эти приборы обычно оснащаются термометром и спиртовым уровнем; последний — для того, чтобы прибор был идеально вертикальным. Иногда они имеют, кроме того, гигрометр, симпиезометр, анероид, зеркало, часы и т. д., по отдельности или в комбинации. Рама допускает большое разнообразие стилей и украшений. Она может быть резной или инкрустированной. Обычная настройка шкалы подходит для местностей, находящихся на небольшой высоте над уровнем моря. Соответственно, будучи коммерческими товарами, они часто оказывались совершенно не на месте. При использовании на больших высотах они должны иметь специальную настройку шкалы. Как бытовые приборы они полезны и декоративны. Но принцип спроса и предложения, на котором они продаются, привел к тому, что приборы, выпущенные недобросовестными производителями, имеют в целом плохую настройку шкалы. Иллюстрации являются примерами обычных конструкций.

Fig. 21. |  | Fig. 22. |  | Fig. 23.

Циферблатные барометры, требуемые для отправки в отдаленные части, такие как Индия и колонии, снабжены стальным запорным краном, чтобы сделать их портативными более эффективно, чем это можно сделать методом закупоривания трубки.

Fig. 24.

32. СТАНДАРТНЫЙ СИФОННЫЙ БАРОМЕТР.

Рис. 24 представляет наиболее точную форму барометра Гей-Люссака. Короткое колено закрывается сверху после введения ртути, и в точке «а» делается небольшое боковое отверстие, которое покрывается веществом, допускающим доступ воздуха, но предотвращающим утечку ртути при упаковке прибора для путешествия. Изогнутая часть трубки сужена до капиллярного канала; и прямо над ним, в длинном колене, помещена воздушная ловушка, уже описанная (см. стр. 17) и здесь проиллюстрированная (рис. 25). Рис. 25. При переворачивании, как это необходимо для портативности, капиллярное притяжение удерживает ртуть в длинном колене. Если ртуть короткого столбика отделится, некоторое небольшое количество воздуха может пройти; но оно будет задержано у пипетки и не исказит длину барометрического столба. Его можно легко удалить, осторожно встряхнув или постучав по прибору перед подвешиванием для наблюдения. На иллюстрации ноль шкалы помещен в точке Z, около середины трубки; и градуировка простирается выше и ниже. При проведении наблюдения необходимо считать показания ZA на длинном колене и ZB на коротком. Сумма этих двух дает высоту барометра. Ноль шкалы в некоторых приборах помещен низко, так что требуется брать разницу двух показаний. Термометр прикреплен к раме обычным образом.

Эти приборы могут быть очень точно градуированы и очень точны в своих показаниях при условии, что была проявлена большая осторожность при выборе трубок, которые должны быть одинакового калибра по всей длине частей, предназначенных для измерения изменений атмосферного давления. Их следует подвешивать так, чтобы обеспечить их вертикальное положение.

Сифонный барометр не требует поправки на капиллярность или объем, так как каждая поверхность ртути одинаково опускается за счет капиллярного притяжения, а количество ртути, которое выпадает из длинного колена трубки, занимает ту же длину в коротком. Барометрическую высоту, однако, необходимо корректировать на температуру, как и в барометре с резервуаром. Опубликованы таблицы, содержащие температурные поправки, которые следует применять к показаниям барометра для шкал, выгравированных на стеклянной трубке или на латунных или деревянных рамах.

ГЛАВА III.

БАРОГРАФЫ ИЛИ САМОПИСУЩИЕ БАРОМЕТРЫ.

33. Самопишущий барометр Милна. — Долгое время существовала большая потребность в хорошем и точном самопишущем барометре. Эта потребность теперь удовлетворительно восполнена не одним, а несколькими типами аппаратов. Первым из описываемых был проект адмирала сэра А. Милна, который сам сконструировал, как мы полагаем, в 1857 году оригинальный прибор, который он использовал с большим успехом. С тех пор было изготовлено несколько таких приборов, и они работали удовлетворительно. Барометрическая трубка представляет собой сифон большого калибра, снабженный пипеткой Гей-Люссака или воздушной ловушкой; и оснащенный поплавком, колесом и указателем, как в «циферблатном» барометре. Поплавок прикреплен к тонкой часовой цепочке, которая проходит через колесо и адекватно уравновешена. Позади указывающего конца указателя или стрелки находится выступающая точка, которая обращена к раме прибора и находится в непосредственном контакте с регистрирующей бумагой. Применяются часы, оснащенные вспомогательным механизмом, чтобы иметь возможность перемещать установленную бумагу с регулярностью позади указателя и через заданные равные промежутки времени освобождать систему рычагов и пружин, чтобы заставить маркер оставить точку на бумаге, либо путем прокола, либо карандашной отметкой. Бумага разлинована горизонтальными линиями для диапазона ртутного столба и параллельными дугами окружностей для часов. Таким образом, барометр становится самопишущим, днем и ночью, в течение недели или более; отсюда великая ценность прибора. Часы, индекс и регистрирующий механизм защищены от пыли и вмешательства стеклянной передней панелью, которая открывается на петлях и запирается. Поскольку температура ртути не регистрируется, к раме прикреплен термометр Сикса для записи максимальной и минимальной температур, которые следует отмечать не реже одного раза в двадцать четыре часа.

Адмирал Фицрой предложил название «Атмоскоп» для барометра адмирала Милна; и он также назвал его «Барографом». Это последнее слово, по-видимому, применимо ко всем видам самопишущих барометров, разработанных до сих пор. Об рассматриваемом устройстве адмирал Фицрой пишет: «Он показывает изменения в напряжении, или пульсации, так сказать, атмосферы, в большом масштабе, с помощью ежечасных отметок; и диаграмма выражает для опытного наблюдателя то, что «индикаторная карта» парового цилиндра показывает искусному инженеру или стетоскоп — врачу».

Fig. 26.

Larger Image

34. Модификация барометра Милна. — Главная трудность, которую необходимо было преодолеть в барометре Милна, заключается в такой регулировке механизма регистрации, чтобы воздействие ударника на указатель ни в малейшей степени не смещало его из истинного положения. Был разработан иной способ регистрации, позволяющий точно записывать малейшее заметное движение ртутного столба. В этом приборе регистрирующая бумага закрепляется на цилиндре или барабане. Детали конструкции легко понять, обратившись к иллюстрации, рис. 26. Следует, однако, отметить, что это не изображение внешнего вида прибора. Барометр должен располагаться за часовым механизмом; на рисунке он представлен сбоку исключительно для наглядности устройства и принципов работы. Прибор имеет большой сифонный барометрический столб, в котором показан ртутный столбик. На ртуть в открытом конце А опирается стеклянный поплавок, прикрепленный к цепочке от часов или подходящему шелковому шнуру, другой конец которого соединен с вершиной дугообразной головки на коротком плече рычага-коромысла. Длинное плечо коромысла вдвое длиннее короткого по следующей причине. Когда ртуть опускается в длинном колене, она поднимается на равное расстояние в коротком колене трубки, и наоборот. Но барометрический столбик представляет собой разность высот ртути в двух коленах; следовательно, подъем или опускание поплавка на полдюйма будет соответствовать уменьшению или увеличению барометрического столба на один дюйм. Таким образом, чтобы записывать движения барометрического столба, а не поплавка, плечо коромысла, соединенное с поплавком, имеет радиус вдвое меньший, чем другое плечо. Оба плеча коромысла несут дугообразные головки, которые являются подобными частями полных окружностей, причем центром кривизны служит точка опоры или ось. Это приспособление поддерживает рычажность на каждом конце коромысла всегда на одном и том же расстоянии от точки опоры. С вершины большой дугообразной головки спускается отрезок часовой цепочки, прикрепленный к маркеру В, который должным образом уравновешивает поплавок А и способен легко перемещаться вдоль паза в латунной планке, указывая таким образом барометрическую высоту на шкале из слоновой кости С, закрепленной на той же вертикальной раме. На противоположной стороне маркера В сформирован металлический наконечник, который обращен к регистрационному листу и находится почти в контакте с ним. Рама, несущая шкалу и маркер, представляет собой конструкцию из латунных планок, деликатно отрегулированных и контролируемых пружинами, чтобы позволить молоточку Е часового механизма сообщать ей быстрое горизонтальное движение по небольшой дуге, благодаря чему наконечник маркера оставляет точку на бумаге. Те же часы обеспечивают вращение полого деревянного цилиндра D, на который установлена регистрирующая бумага. Часы необходимо заводить при установке нового листа бумаги на цилиндр, что может происходить ежедневно, еженедельно или ежемесячно, в зависимости от конструкции; серия точек, нанесенных на бумагу, показывает высоту барометрического столба каждый час днем и ночью. Расстояние, проходимое маркером, в точности равно диапазону колебаний барометрического столба.

Fig. 27.

35. Самопишущий барометр Кинга. — Г-н Альфред Кинг, инженер Ливерпульской газовой компании, еще в 1854 году разработал барометр для регистрации изменений веса атмосферы с помощью непрерывной карандашной записи; весьма совершенный самопишущий барометр, основанный на его принципе и построенный под его непосредственным наблюдением, был совсем недавно установлен в Ливерпульской обсерватории.

На рис. 27 представлен вид этого прибора спереди. Барометрическая трубка А имеет внутренний диаметр три дюйма и свободно плавает (не будучи закрепленной, как обычно) в неподвижном резервуаре В, направляемая фрикционными колесами W. Верхний конец трубки прикреплен к особой цепи, которая проходит через желобчатое колесо, вращающееся на точно отрегулированных фрикционных роликах. Другой конец цепи поддерживает раму D, несущую пишущий карандаш. Рама соответствующим образом утяжелена, направляется и обращена к цилиндру С, вокруг которого обернута регистрирующая бумага и который совершает один оборот в двадцать четыре часа под действием часового механизма. Г-н Хартнап, директор Ливерпульской обсерватории, в своем ежегодном отчете за 1868 год отмечает: «На каждый дюйм изменения ртутного столба карандаш перемещается на пять дюймов, так что горизонтальные линии на записи, расположенные на расстоянии полдюйма друг от друга, представляют собой изменение барометра на одну десятую дюйма. Вертикальные линии — это часовые линии, и, поскольку они находятся на расстоянии почти трех четвертей дюйма друг от друга, можно видеть, что фиксируется малейшее заметное изменение барометра и время его возникновения».

«Лицами, привыкшими пользоваться барометрами с большими трубками, было замечено, что в штормовую погоду иногда наблюдаются внезапные и частые колебания ртутного столба. Регистрация этих малых колебаний должна быть очень тонким тестом на чувствительность самопишущего барометра, поскольку время, затрачиваемое на подъем и опускание ртути в трубке, в некоторых случаях не превышает одной минуты». Г-н Хартнап утверждает, что запись этого прибора демонстрирует такие колебания всякий раз, когда дует сильный ветер и случаются шквалы.

Поскольку барометр в этом приборе в точности аналогичен «барометру с большим диапазоном», изобретенному г-ном Макнилом (описание которого приведено на стр. 48), представляется целесообразным процитировать следующее из отчета г-на Хартнапа: «Г-н Кинг сконструировал небольшую модель прибора для иллюстрации этого принципа. Этот прибор был передан мне на хранение для исследования и демонстрировался ученым джентльменам, посетившим обсерваторию в 1854 году во время собрания Британской ассоциации содействия развитию науки».

36. Сифонный барометр с фотографической регистрацией. — Был сконструирован непрерывный самопишущий барометр, в котором используется фотография. Тем, кто пожелает использовать подобный аппарат или досконально понять устройство и метод наблюдения, следует обратиться к подробному описанию, приведенному в издании «Гринвичские магнитно-метеорологические наблюдения» за 1847 год. Поскольку эти принципы применимы к фотографической регистрации магнитных и электрических, а также метеорологических изменений в показаниях приборов, полное описание аппарата выходило бы за рамки нашей цели.

Барометр представляет собой большую сифонную трубку; диаметр отверстия верхнего и нижнего концов, через которые поднимаются и опускаются поверхности ртути, составляет 1 1/10 дюйма. Стеклянный поплавок в открытом колене прикреплен к проволоке, которая при изменении высоты перемещает деликатно поддерживаемый легкий рычаг. Точка опоры рычага находится с одной стороны от проволоки; конечность с другой стороны, на расстоянии в четыре раза большем от точки опоры, несет вертикальную пластину из непрозрачной слюды с небольшим отверстием. Через это отверстие свет газовой горелки падает на фотобумагу, обернутую вокруг цилиндра, расположенного вертикально и вращаемого вокруг своей оси часовым механизмом, установленным циферблатом вверх. Цилиндр деликатно поддерживается и вращается на фрикционных роликах. Изогнутая проволока на оси охватывается зубцом часовой стрелки; таким образом, цилиндр совершает полный оборот за двенадцать часов. Его можно настроить на другой период вращения.

По мере вращения цилиндра бумага подвергается воздействию света, и остается фотографический след движений барометра, в четыре раза превышающий амплитуду колебаний поплавка или вдвое превышающий величину изменений барометрического столба. При подготовке бумаги и проявке следа требуются определенные химические процессы. Диаграмма, которую мы приводим на следующей странице, вместе с пояснением, взятым из книги Дрю «Практическая метеорология», позволит лучше понять вышеприведенное описание:

Рис. 28.

«Q e — это рычаг, чья точка опоры находится в e, противовес f почти поддерживает его; s — непрозрачная пластина из слюды с небольшим отверстием в p, через которое проходит свет, предварительно преломленный цилиндрической линзой в длинный луч, часть которого, находящаяся напротив отверстия p, падает на бумагу; d — проволока, поддерживаемая поплавком на поверхности ртути; G H — барометр; p — вертикальный цилиндр, заряженный фотобумагой; r — фотографический след; I — часовой механизм, вращающий цилиндр с помощью выступающего рычага t. Очевидно, что соответствующие расстояния поплавка и отверстия p от точки опоры могут быть отрегулированы таким образом, чтобы подъем и опускание поплавка могли быть умножены в любой требуемой степени». Когда считываются показания только нижней поверхности ртути в сифонном барометре, как в только что описанном приборе, поправка на температуру строго относится к высоте ртути в короткой трубке; но в столь коротком столбе она редко будет ощутимой.

ГЛАВА IV.

ГОРНЫЕ БАРОМЕТРЫ.

37. Горный сифонный барометр, основанный на принципе Гей-Люссака, сконструированный, как описано на стр. 31, и закрепленный в металлической трубчатой раме, представляет собой простой и легкий переносной прибор. Градуировка нанесена на раму, и для снятия показаний он подвешивается за кольцо в верхней части к железному штативу, который обычно поставляется в комплекте. Требуется значительная осторожность при регулировке верньеров, чтобы прибор оставался устойчивым и вертикальным. Недостатком удобства этого барометра является движение ртути в коротком колене, которое обычно ничем не ограничено, и поэтому имеет все условия для быстрого окисления во время путешествий. Чтобы исправить это, компания «Негретти и Замбра» конструирует горный сифонный барометр таким образом, что простым поворотом винта на пол-оборота ртуть можно зафиксировать для транспортировки, а нижнее колено при необходимости можно снять для очистки.

38. Горный барометр на принципе Фортена. — Этот барометр с резервуаром Фортена, в исполнении компании «Негретти и Замбра», является элегантным, удобным и очень точным прибором для путешествий, хорошо приспособленным для тщательного измерения высот. Резервуар сделан достаточно большим, чтобы вместить всю ртуть, которая вытечет из трубки на самой большой достижимой высоте. Винт в нижней части надежно фиксирует ртуть для транспортировки и служит для установки поверхности ртути на ноль шкалы при проведении наблюдений. Верньер считывает до 0,002 дюйма и легко скользит по латунной раме, диаметр которой сделан настолько малым, насколько это совместимо с размером трубки. Трубка в этом барометре должна быть полностью лишена сужений, чтобы ртуть легко опускалась при установке для наблюдения. Он должен быть тщательно откалиброван, а его внутренний диаметр определен, чтобы можно было внести поправку на капиллярность. Эта поправка, однако, должна быть объединена с ошибкой градуировки и составлять постоянную инструментальную поправку, определяемую в любое время путем сравнения с признанным эталонным барометром.

При использовании для наблюдений барометр поддерживается штативом (поставляемым как часть прибора). Он подвешивается путем установки двух штифтов на кольце рамы в пазы, выполненные в верхней части штатива, так что он висит свободно и вертикально в карданном подвесе. К металлической вершине штатива прикреплены на шарнирах ножки из красного дерева. Чтобы сделать барометр переносным, его нужно вынуть из штатива, осторожно наклонить, пока ртуть не достигнет верха, одновременно поворачивая винт в нижней части; затем перевернуть и закрутить до тех пор, пока ртуть не будет надежно зафиксирована. Перевернутый прибор упаковывается в штатив, ножки которого сформированы так, чтобы плотно прилегать к раме; также предусмотрены углубления для резервуара, термометра, карданного подвеса и верньера; таким образом, прибор прочно окружен деревянными ножками, которые удерживаются вместе латунными кольцами, надетыми на них.

Fig. 29.

39. Горный барометр Ньюмана. — Рис. 29 представляет собой иллюстрацию горного барометра, известного как барометр Ньюмана. Резервуар состоит из двух отдельных отсеков; верхняя часть нижнего и нижняя часть верхнего, будучи идеально плоскими, плотно соединены шарниром в центрах, так что нижний может перемещаться по небольшой дуге при повороте рукой. Это движение ограничено двумя упорами. Верхняя часть нижнего отсека и нижняя часть верхнего имеют по круглому отверстию, через которые сообщается ртуть. Когда прибор требуется для наблюдения, резервуар поворачивается вплотную к упору с надписью «открыто» или «не для переноски». Когда необходимо упаковать его для путешествия, нужно дать ртутному столбу заполнить трубку, осторожно наклонив барометр; затем перевернуть его и переместить резервуар к упору с надписью «закрыто» или «для переноски». В этом состоянии верхний отсек полностью заполнен ртутью, и, следовательно, ртуть в трубке не может перемещаться, что предотвращает попадание воздуха или повреждение трубки. Ртуть также не может вернуться в нижний отсек, так как отверстия теперь не совпадают, а контакт сделан слишком совершенным, чтобы позволить ртути просочиться между поверхностями. Трубка не входит в нижний отсек, который полностью заполнен ртутью, когда прибор подготовлен к наблюдению. Свободного объема верхнего резервуара достаточно, чтобы принять ртуть, которая опускается из трубки до предела гравированной шкалы, которая в этих барометрах обычно простирается только до 20 дюймов. Более низкий предел, конечно, можно было бы обеспечить за счет увеличения размера резервуаров, что не рекомендуется делать, если нет специальной цели. Этот барометр можно приобрести в деревянной или латунной раме. Если в деревянной, то он имеет латунный щиток, который сдвигается вокруг шкальной части рамы, чтобы его можно было легко поместить перед трубкой и шкалой в качестве защиты при транспортировке; винт верньера в этом случае расположен в верхней части прибора. Когда шкала градуирована в истинных дюймах, на раме должны быть отмечены нейтральная точка, поправки на емкость и капиллярность. Градуированные шкалы, однако, помещенные на этих барометрах в латунных рамах, обычно представляют собой искусственные дюймы, подобные плану градуировки Кью; преимущество заключается в том, что требуется только одна простая поправка, а именно на инструментальную ошибку и капиллярность вместе взятые, которую всегда можно легко определить путем сравнения с эталонным барометром; более того, поскольку при считывании не требуется регулировка резервуара, прибор можно проверить искусственным давлением по всей шкале, по плану, практикуемому в Кью, Ливерпуле и т. д., и уже описанному (см. стр. 18).

40. ПАТЕНТОВАННЫЕ ГОРНЫЕ И ДРУГИЕ БАРОМЕТРЫ КОМПАНИИ «НЕГРЕТТИ И ЗАМБРА».

Fig. 30.

Это изобретение призвано сделать горные и другие барометры стандартной точности более прочными, портативными и менее подверженными поломкам при переноске, чем раньше, за счет отказа от обычного гибкого резервуара, содержащего ртуть в нижней части прибора, и адаптации вместо него жесткого резервуара, изготовленного из стекла и железа. Резервуар состоит из стеклянного цилиндра, который закреплен в металлической трубке или раме. Чтобы сделать резервуар герметичным для ртути сверху и снизу, в трубку или раму ввинчиваются металлические крышки, которые прижимаются к кожаным прокладкам, помещенным между ними и краями стеклянного цилиндра. Верхняя крышка резервуара снабжена винтом с мелкой резьбой для приема железной пробки или гнезда, в которое надежно закреплена барометрическая трубка. По всей длине этой пробки нарезана мелкая резьба, с помощью которой резервуар можно ввинчивать или вывинчивать. Сбоку этой пробки или гнезда, от нижнего конца до полудюйма от верха, прорезан паз для доступа воздуха к поверхности ртути внутри резервуара, когда барометр находится в использовании. В нижнюю поверхность пробки, несущей барометрическую трубку, ввинчен наконечник из слоновой кости. Этот наконечник из слоновой кости очень тщательно отрегулирован измерением, чтобы быть нулевой точкой прибора, от которой разделена барометрическая шкала дюймов. Поверхность ртути в резервуаре устанавливается на нулевую точку путем ввинчивания или вывинчивания резервуара до тех пор, пока наконечник из слоновой кости и его отраженное изображение не окажутся в контакте.

Прибор (рис. 30) показан в состоянии регулировки, готовый к проведению наблюдения; но когда желательно сделать его портативным, его необходимо наклонить, пока ртуть из резервуара не заполнит трубку; затем резервуар нужно ввинтить в гнездо так, чтобы прижать лицевую сторону верхней крышки к нижней стороне плеча крышки непосредственно над ним; после этого прибор можно переносить, не опасаясь его повреждения.

Меры предосторожности, необходимые при использовании горного барометра. — Извлекая барометр из футляра после поездки, дайте ему постоять шкалой вниз, пока резервуар не будет отвинчен на один оборот винта, после чего слегка встряхните резервуар; ртуть в нем тогда полностью заполнит конец барометрической трубки, если какая-либо ее часть вытекла оттуда.

Затем барометр переворачивается, и, если желательно провести наблюдение, подвесьте его вертикально на штативе за кольцо в верхней части. Резервуар должен быть отвинчен до тех пор, пока поверхность ртути не сравняется с самым концом наконечника из слоновой кости или нулевой точки, закрепленной на железной пробке, по которой стеклянный резервуар перемещается вверх и вниз.

Если высота места, где будет использоваться барометр, значительно выше уровня моря, будет хорошо — после подвешивания его на штативе — отвинтить резервуар на несколько оборотов, удерживая барометр в наклонном положении, так как на больших высотах ртуть будет падать значительно быстрее, чем можно отвинтить резервуар, тем самым заполняя его до краев; но при частичном отвинчивании резервуара заранее освобождается место для приема ртути при ее падении на несколько дюймов.

Резервуар нельзя отвинчивать, когда прибор ПЕРЕВЕРНУТ, более чем на два оборота винта, иначе ртуть вытечет через паз.

При путешествии безопаснее переносить барометр в горизонтальном положении или концом с резервуаром вверх.

Для очистки барометра. — Если в какое-либо время ртуть в резервуаре окислится и считывание с ее поверхности станет затруднительным, ее можно легко очистить, сняв резервуар и содержащуюся в нем ртуть с рамы барометра, отвинтив его в горизонтальном положении; эта мера предосторожности необходима для того, чтобы ртуть в трубке не вытекла и тем самым не позволила воздуху войти. Затем резервуар необходимо опорожнить и тщательно очистить сухой чистой кожаной или шелковой салфеткой.

После выполнения операции очистки верните резервуар на раму и завинчивайте его до тех пор, пока лицевая сторона не прижмется к нижней стороне плеча, продолжая держать прибор горизонтально. Резервуар теперь готов к повторному наполнению, для чего поставьте барометр вертикально головкой вниз и удалите маленький винт в нижней части; через открывшееся отверстие влейте ртуть, пропуская ее через бумажную воронку с очень маленьким отверстием. Хорошо пропустить ртуть через очень маленькую воронку два или три раза, прежде чем возвращать ее в резервуар барометра, так как в процессе этого все частицы пыли или оксида прилипают к бумаге и эффективно удаляются.

Если во время операции очистки будет потеряно небольшое количество ртути, это не имеет значения, пока остается достаточное количество для обеспечения регулировки до нулевой точки. Последнее составляет одно из больших преимуществ этого нового прибора перед обычным барометром; ибо в большинстве случаев, после того как прибор был тщательно сравнен с эталонным, в случае потери ртути нет способа исправить ошибку, если под рукой нет эталонного барометра; новый барометр в этом отношении независим, и небольшое количество ртути больше или меньше не имеет значения.

41. Барометр с короткой трубкой. — Это просто трубка, более короткая, чем необходимо для показа атмосферного давления на уровне моря, по мере необходимости. Он удобен для использования в воздушных шарах и на горных станциях, будучи, конечно, специальной конструкцией.

42. Метод расчета высот с помощью барометра. — Поскольку давление атмосферы измеряется барометром, очевидно, что по мере того, как прибор поднимают на высокую гору или поднимают на воздушном шаре, длина столба должна уменьшаться по мере уменьшения атмосферного давления вследствие того, что слой воздуха остается внизу. Давление воздуха возникает из-за его веса или притяжения гравитации к нему, и поэтому количество воздуха под резервуаром барометра не может влиять на высоту столба. Отсюда следует, что между разностью барометрического давления у подножия и на вершине холма или другого возвышения и разностью абсолютных высот над уровнем моря должно существовать определенное соотношение. Теоретическое исследование, обильно подтвержденное практическими результатами, определило, что слои воздуха уменьшаются в плотности в геометрической прогрессии, в то время как высоты увеличиваются в арифметической. Отсюда у нас есть метод определения разностей уровней путем наблюдений, сделанных над плотностью воздуха с помощью барометра. Выходит за рамки нашей цели объяснять подробно принципы, на которых основан этот метод, или приводить его математическое обоснование. Мы прилагаем таблицы, которые будут полезны практическим лицам — геодезистам, инженерам, путешественникам, туристам и т. д., — которые могут носить барометр в качестве спутника в путешествии.

Таблица I рассчитана по формуле: высота в футах = 60 200 (log 29,922 - log B) + 925; где 29,922 — среднее атмосферное давление при 32° F и среднем уровне моря на широте 45°; а B — любое другое барометрическое давление; 925 добавлено, чтобы избежать знаков минус в таблице.

Таблица II содержит поправку, необходимую для средней температуры слоя воздуха между станциями наблюдения; и вычислена по коэффициенту Реньо для расширения воздуха, который составляет 0,002036 его объема при 32° на каждый градус выше этой температуры.

Таблица III — это поправка, обусловленная разностью гравитации на любой другой широте, и найдена по формуле x = 1 + 0,00265 cos 2 широты.

Таблица IV предназначена для поправки на уменьшение гравитации при подъеме от уровня моря.

Чтобы использовать эти таблицы: после того как показания барометра на верхней и нижней станциях были исправлены и приведены к температуре 32° F, возьмите из Таблицы I числа, соответствующие исправленным показаниям, и вычтите нижнее из верхнего. Умножьте эту разность последовательно на коэффициенты, найденные в Таблицах II и III. Коэффициентом из Таблицы III можно пренебречь, если не требуется точность. Наконец, добавьте поправку, взятую из Таблицы IV.

Таблица I.

Приблизительная высота, обусловленная барометрическим давлением.

Inches. | Feet. | Inches. | Feet. | Inches. | Feet.
31·0 | 0 | 28·2 | 2475 | 25·4 | 5209
30·9 | 84 | ·1 | 2568 | ·3 | 5312
·8 | 169 | 28·0 | 2661 | ·2 | 5415
·7 | 254 | 27·9 | 2754 | ·1 | 5519
·6 | 339 | ·8 | 2848 | 25·0 | 5623
·5 | 425 | ·7 | 2942 | 24·9 | 5728
·4 | 511 | ·6 | 3037 | ·8 | 5833
·3 | 597 | ·5 | 3132 | ·7 | 5939
·2 | 683 | ·4 | 3227 | ·6 | 6045
·1 | 770 | ·3 | 3323 | ·5 | 6152
30·0 | 857 | ·2 | 3419 | ·4 | 6259
29·9 | 944 | ·1 | 3515 | ·3 | 6366
·8 | 1032 | 27·0 | 3612 | ·2 | 6474
·7 | 1120 | 26·9 | 3709 | ·1 | 6582
·6 | 1208 | ·8 | 3806 | 24·0 | 6691
·5 | 1296 | ·7 | 3904 | 23·9 | 6800
·4 | 1385 | ·6 | 4002 | ·8 | 6910
·3 | 1474 | ·5 | 4100 | ·7 | 7020
·2 | 1563 | ·4 | 4199 | ·6 | 7131
·1 | 1653 | ·3 | 4298 | ·5 | 7242
29·0 | 1743 | ·2 | 4398 | ·4 | 7353
28·9 | 1833 | ·1 | 4498 | ·3 | 7465
·8 | 1924 | 26·0 | 4598 | ·2 | 7577
·7 | 2015 | 25·9 | 4699 | ·1 | 7690
·6 | 2106 | ·8 | 4800 | 23·0 | 7803
·5 | 2198 | ·7 | 4902 | 22·9 | 7917
·4 | 2290 | ·6 | 5004 | ·8 | 8032
·3 | 2382 | ·5 | 5106 | ·7 | 8147

Таблица I — продолжение.

Приблизительная высота, обусловленная барометрическим давлением.

Inches. | Feet. | Inches. | Feet. | Inches. | Feet.
22·6 | 8262 | 18·9 | 12937 | 15·2 | 18632
·5 | 8378 | ·8 | 13076 | ·1 | 18805
·4 | 8495 | ·7 | 13215 | 15·0 | 18979
·3 | 8612 | ·6 | 13355 | 14·9 | 19154
·2 | 8729 | ·5 | 13496 | ·8 | 19330
·1 | 8847 | ·4 | 13638 | ·7 | 19507
22·0 | 8966 | ·3 | 13780 | ·6 | 19685
21·9 | 9085 | ·2 | 13923 | ·5 | 19865
·8 | 9205 | ·1 | 14067 | ·4 | 20046
·7 | 9325 | 18·0 | 14212 | ·3 | 20228
·6 | 9446 | 17·9 | 14358 | ·2 | 20412
·5 | 9567 | ·8 | 14505 | ·1 | 20597
·4 | 9689 | ·7 | 14652 | 14·0 | 20783
·3 | 9811 | ·6 | 14800 | 13·9 | 20970
·2 | 9934 | ·5 | 14949 | ·8 | 21159
·1 | 10058 | ·4 | 15099 | ·7 | 21349
21·0 | 10182 | ·3 | 15250 | ·6 | 21541
20·9 | 10307 | ·2 | 15402 | ·5 | 21734
·8 | 10432 | ·1 | 15554 | ·4 | 21928
·7 | 10558 | 17·0 | 15707 | ·3 | 22124
·6 | 10684 | 16·9 | 15861 | ·2 | 22321
·5 | 10812 | ·8 | 16016 | ·1 | 22520
·4 | 10940 | ·7 | 16172 | 13·0 | 22720
·3 | 11069 | ·6 | 16329 | 12·9 | 22922
·2 | 11198 | ·5 | 16487 | ·8 | 23126
·1 | 11328 | ·4 | 16646 | ·7 | 23331
20·0 | 11458 | ·3 | 16806 | ·6 | 23538
19·9 | 11589 | ·2 | 16967 | ·5 | 23746
·8 | 11721 | ·1 | 17129 | ·4 | 23956
·7 | 11853 | 16·0 | 17292 | ·3 | 24168
·6 | 11986 | 15·9 | 17456 | ·2 | 24381
·5 | 12120 | ·8 | 17621 | ·1 | 24596
·4 | 12254 | ·7 | 17787 | 12·0 | 24813
·3 | 12389 | ·6 | 17954 | 11·9 | 25032
·2 | 12525 | ·5 | 18122 | ·8 | 25253
·1 | 12662 | ·4 | 18291 | ·7 | 25476
19·0 | 12799 | ·3 | 18461 | ·6 | 25700

Таблица II.

Поправка, обусловленная средней температурой воздуха.

Mean Temp. | Factor. | Mean Temp. | Factor. | Mean Temp. | Factor.
10° | 0·955 | 35° | 1·006 | 60° | 1·057
11 | ·957 | 36 | 1·008 | 61 | 1·059
12 | ·959 | 37 | 1·010 | 62 | 1·061
13 | ·961 | 38 | 1·012 | 63 | 1·063
14 | ·963 | 39 | 1·014 | 64 | 1·065
15 | ·965 | 40 | 1·016 | 65 | 1·067
16 | ·967 | 41 | 1·018 | 66 | 1·069
17 | ·969 | 42 | 1·020 | 67 | 1·071
18 | ·971 | 43 | 1·022 | 68 | 1·073
19 | ·974 | 44 | 1·024 | 69 | 1·075
20 | ·976 | 45 | 1·026 | 70 | 1·077
21 | ·978 | 46 | 1·029 | 71 | 1·079
22 | ·980 | 47 | 1·031 | 72 | 1·081
23 | ·982 | 48 | 1·033 | 73 | 1·083
24 | ·984 | 49 | 1·035 | 74 | 1·086
25 | ·986 | 50 | 1·037 | 75 | 1·088
26 | ·988 | 51 | 1·039 | 76 | 1·090
27 | ·990 | 52 | 1·041 | 77 | 1·092
28 | ·992 | 53 | 1·043 | 78 | 1·094
29 | ·994 | 54 | 1·045 | 79 | 1·096
30 | ·996 | 55 | 1·047 | 80 | 1·098
31 | 0·998 | 56 | 1·049 | 81 | 1·100
32 | 1·000 | 57 | 1·051 | 82 | 1·102
33 | 1·002 | 58 | 1·053 | 83 | 1·104
34 | 1·004 | 59 | 1·055 | 84 | 1·106

Таблица III.

Latitude. | Factor. | Latitude. | Factor. | Latitude. | Factor.
80° | 0·99751 | 50 | 0·99954 | 20 | 1·00203
75 | 0·99770 | 45 | 1·00000 | 15 | 1·00230
70 | 0·99797 | 40 | 1·00046 | 10 | 1·00249
65 | 0·99830 | 35 | 1·00090 | 5 | 1·00261
60 | 0·99868 | 30 | 1·00132 | 0 | 1·00265
55 | 0·99910 | 25 | 1·00170 |  |

Таблица IV.

Height in Thousand Feet. | Correction Additive. | Height in Thousand Feet. | Correction Additive.
1 | 3 | 14 | 44
2 | 5 | 15 | 48
3 | 8 | 16 | 52
4 | 11 | 17 | 56
5 | 14 | 18 | 60
6 | 17 | 19 | 65
7 | 20 | 20 | 69
8 | 23 | 21 | 74
9 | 26 | 22 | 78
10 | 30 | 23 | 83
11 | 33 | 24 | 88
12 | 37 | 25 | 93
13 | 41 | 26 | 98

Пример 1. 21 октября 1852 года, когда г-н Уэлш поднялся на воздушном шаре в 3 ч 30 мин пополудни, барометр, исправленный и приведенный, показывал 18,85, температура воздуха 27°, в то время как в Гринвиче, на 159 футов выше уровня моря, барометр в то же время показывал 29,97 дюйма, температура воздуха 49°, шар находился не более чем в 5 милях к юго-западу от Гринвича; требуется найти его высоту.

| Feet.
Barometer | in Balloon |  | 18·85, | Table I. | = | 13007
" | at Greenwich |  | 29·97 | " |  | 883
| 12124
Mean Temperature, 38°, Table II. Factor | 1·012
| 12269·
Latitude 51½°, Factor from Table III. | ·99941
| 12262
Correction from Table IV. | 38
| 12300
Elevation of Greenwich | 159
"Balloon | 12459 | feet.

Следующие примеры из полетов на воздушных шарах Дж. Глейшера, эсквайра, члена Королевского общества, послужат для практики. [4]

2. Поднялся из Вулвергемптона, 18 августа 1862 года, в 2 ч 38 мин пополудни; барометр (во всех случаях исправленный и приведенный к 32° F) показывал 14,868, температура воздуха 26°; в то же время в Роттесли-холле, на 531 фут выше уровня моря, на широте 52½° с. ш., барометр показывал 29,46, а температура воздуха 65,4°; найдите высоту воздушного шара над уровнем моря.

Height, 18,959 feet.

3. Из того же места был совершен подъем 5 сентября 1862 года, когда в 1 ч 48 мин пополудни барометр показывал 11,954, воздух 0°; в Роттесли-холле 29,38, воздух 56°.

Height, 23,923 feet.

4. Из Хрустального дворца был совершен подъем на воздушном шаре 20 августа 1862 года. В 6 ч 47 мин пополудни барометр показывал 25,55, воздух 50,5°; и в то же время в Гринвичской обсерватории, на 159 футов выше уровня моря, барометр показывал 29,81, воздух 63°.

Height, 4,406 feet.

5. Из того же места был совершен подъем 8 сентября 1862 года. В 5 ч пополудни, когда шар находился над Блэкхитом, барометр показывал 25,60, а воздух 49,5°, в то время как в Гринвиче барометр показывал 29,92, воздух 66,4°.

Height, 4,461 feet.

ГЛАВА V.

ВТОРИЧНЫЕ БАРОМЕТРЫ.

43. Желательность увеличения диапазона барометра. — Пределы, в которых колеблется обычный барометрический столбик, не превышают четырех дюймов для экстремального диапазона, в то время как обычный диапазон ограничен примерно двумя дюймами; поэтому часто ощущалось, что общественная полезность прибора была бы значительно повышена, если бы каким-либо образом можно было увеличить длину показаний шкалы. Эта цель пыталась быть достигнутой путем изгиба верхней части трубки от вертикали, так что дюймы на шкале могли быть увеличены в длину пропорционально секансу угла, который она составляла с вертикалью. Это называлось «диагональным барометром». Верхняя часть трубки также была сформирована в виде спирали, и шкала, помещенная вдоль нее, таким образом значительно увеличивалась.

Но эти методы увеличения показаний не могут быть выполнены так успешно, дешево или элегантно, как это делается с помощью принципа, используемого в циферблатном барометре. Поэтому они не используются.

Fig. 31.

44. Барометр с большим диапазоном Хаусона. — Совсем недавно г-ном Хаусоном был запатентован совершенно новый дизайн барометра с большим диапазоном. Конструкция не требует ни искажения трубки, ни механизма для преобразования короткой шкалы в длинную; но сама ртуть поднимается и опускается в расширенном диапазоне естественным образом и в простом подчинении изменяющемуся давлению атмосферы. Трубка закреплена, но ее резервуар поддерживается простым давлением атмосферы. Глядя на прибор, это кажется настоящим чудом. Кажется, что резервуар с ртутью в нем должен упасть на землю. Отверстие трубки широкое, около дюйма в поперечнике. Длинный стеклянный стержень прикреплен к дну стеклянного резервуара, где также помещен кусок пробки или какого-либо эластичного вещества. Трубка заполнена ртутью; стеклянный стержень погружается в трубку, когда ее держат верхом вниз, пока пробка не подойдет вплотную к трубке и не приляжет к ней плотно. Давление на пробку просто предотвращает вытекание ртути, пока прибор переворачивается. Когда он перевернут, ртуть частично опускается и образует обычный барометрический столбик. Когда верх удерживается, резервуар и стеклянный стержень, вместо того чтобы упасть, остаются идеально подвешенными. Нет никакой материальной опоры для резервуара; закреплена только трубка, резервуар висит на ней. Стекло во много раз легче ртути. Когда вводится стеклянный стержень, он вытесняет равный объем ртути. Стеклянный стержень, будучи намного легче ртути, плавает и поддерживает дополнительный вес резервуара своей плавучестью. Тем временем атмосфера воздействует на ртуть, поддерживая обычный барометрический столбик. Предположим, что в обычном барометре происходит подъем, атмосфера вдавливает еще немного ртути в трубку. Эта ртуть берется из резервуара, который, конечно, становится легче, и поэтому стержень и резервуар всплывают немного выше, что таким образом заставляет столбик ртути подняться еще больше. Увеличенное давление и плавучесть, действуя вместе, увеличивают подъем барометрического столбика, как показано фиксированной шкалой. Один дюйм в барометре может быть представлен двумя или более дюймами в этом приборе, в зависимости от конструкции. Предположим, что произошло уменьшение давления, ртуть опустилась бы, попала в резервуар, сделала бы его тяжелее и несколько увеличила бы падение. Фрикционные направляющие в верхней части стержня предотвращают его контакт со стенкой трубки при вертикальном подвешивании. Иллюстрация, рис. 31, показывает внешний вид прибора, оформленного в дерево производителями, компанией «Негретти и Замбра».

45. Барометр с большим диапазоном Макнила. — Барометр, разработанный джентльменом по имени Макнил, основан на прямо противоположном принципе, чем только что описанный. Трубка сделана плавающей на ртути в резервуаре. Она заполнена ртутью, перевернута обычным образом, а затем оставлена плавать, удерживаясь вертикально стеклянными фрикционными точками или направляющими. Благодаря этому приспособлению обычный диапазон барометра значительно увеличивается. Один дюйм подъема или падения в эталонном барометре может быть представлен четырьмя или пятью дюймами в этом приборе, так что он очень отчетливо показывает малые изменения атмосферного давления. По мере того как ртуть опускается в трубке при уменьшении давления, поверхность ртути в резервуаре поднимается, и плавающая трубка также поднимается, что вызывает дополнительное опускание столбика, как показано фиксированными градуировками на трубке. При увеличении давления часть ртути покинет резервуар и поднимется в трубке, в то время как сама трубка опустится, и таким образом вызовет дополнительный подъем ртути. Этот барометр идентичен по принципу барографу Кинга (см. стр. 34).

Конструкция барометров Хаусона и Макнила была поручена компании «Негретти и Замбра». Эти приборы обычно изготавливаются для бытовых целей со шкалой от трех до пяти, а для общественного использования — от пяти до восьми раз больше шкалы обычного эталонного барометра. Их чувствительность, следовательно, увеличивается в равной пропорции, и они имеют дополнительное преимущество, заключающееся в том, что на них не влияют различия уровней в резервуаре. Однако эти новинки не были достаточно испытаны, чтобы определить их практическую ценность для строго научных целей; но как погодные стекла, для показа мельчайших изменений, они превосходят обычный барометр.

46. Водяной барометр. — Если в колбу Флоренции с длинным горлышком налить небольшое количество воды, а затем перевернуть ее и поддержать так, чтобы открытый конец погрузился в сосуд, содержащий воду, небольшой столбик воды будет заключен в горлышке бутылки, давление которого на поверхность открытой воды будет равно разности между атмосферным давлением и упругостью заключенного воздуха в теле бутылки. По мере изменения давления атмосферы этот столбик будет изменять свою высоту. Но упругость заключенного воздуха также подвержена изменениям из-за перепадов температуры. Следовательно, колебания столбика зависят от изменений температуры и атмосферного давления. Такое устройство называлось «водяным барометром» и имеет примерно ту же относительную ценность по отношению к ртутному барометру как показатель погодных изменений, что и гигрометр из кошачьей кишки по отношению к термометрическому гигрометру как индикатор относительной влажности.

47. СИМПИЕЗОМЕТР.

Fig. 32.

Тем не менее прибор, который сейчас будет описан, зависящий от схожих принципов, но научно сконструированный и градуированный, является очень полезной и ценной заменой ртутному барометру. Он состоит из стеклянной трубки, варьирующейся в зависимости от целей, для которых требуется прибор, от шести до двадцати четырех дюймов в длину. Верхний конец закрыт и сформирован в колбу; нижний загнут вверх, сформирован в резервуар и открыт сверху через пипетку или конус. Пробка, перемещаемая защелкой снизу, может закрывать это отверстие, чтобы сделать прибор портативным.

Верхняя часть трубки заполнена воздухом; нижняя часть и часть резервуара — серной кислотой, окрашенной так, чтобы сделать ее хорошо видимой. Раньше использовались водород и масло. Однако было обнаружено, что в процессе, известном химикам как осмос, этот легкий газ со временем частично улетучивался, а остаток смешивался с воздухом, в результате чего градуировки переставали быть правильными. В нынешней конструкции они более долговечны. Жидкость поднимается и опускается в трубке при совместном воздействии изменений атмосферного давления и температуры. Если бы давление было постоянным, заключенный воздух расширялся бы и сжимался только из-за температуры, и прибор действовал бы как термометр. Фактически, прибор рассматривается как таковой при производстве; и термометрические шкалы определены и выгравированы на шкале. Хороший ртутный термометр также установлен на той же раме. Если, следовательно, в какое-либо время ртутный и воздушный термометры показывают не одинаково, это, очевидно, должно быть связано с атмосферным давлением, действующим на воздух в трубке; и далее очевидно, что при этих обстоятельствах положение верха жидкости может быть отмечено для представления барометрического давления в данный момент. Таким образом, путем сравнения с эталонным барометром определяется шкала давления, простирающаяся обычно от 27 до 31 дюйма.

При правильном изготовлении эти приборы хорошо согласуются с ртутным барометром в течение ряда лет, и их последующая регулировка не является делом больших расходов.

Для использования на море жидкостный столбик сужен на изгибе. Симпиезометр очень чувствителен и чувствует изменения атмосферного давления раньше, чем обычный морской барометр.

Шкала обычно выполнена на посеребренной латуни, установлена на раме из красного дерева или палисандра, защищена спереди листовым стеклом. Он обычно снабжен вращающимся регистром для записи наблюдения, чтобы можно было знать, увеличилось или уменьшилось давление в интервале наблюдения.

Маленькие карманные симпиезометры иногда оснащаются шкалами из слоновой кости и защищаются аккуратным футляром из картона или марокканской кожи с бархатной подкладкой.

Как проводить наблюдение. — На практике показания атмосферного давления получают с симпиезометра, отмечая, во-первых, температуру ртутного термометра; во-вторых, устанавливая указатель шкалы давления на ту же степень температуры на шкале воздушного столба; в-третьих, считывая высоту жидкости на подвижной шкале.

Указания по применению. — Симпиезометр следует носить и обращаться с ним так, чтобы верх всегда был направлен вверх, чтобы предотвратить механическое смешивание воздуха с жидкостью. Также следует позаботиться о том, чтобы защитить его от случайных лучей солнца или огня в каюте.

48. АНЕРОИДЫ.

Прекрасный и весьма остроумный прибор, называемый именем Анероид, не менее примечателен научными принципами своей конструкции и действия, чем тонкостью своего механизма. Это замена, и, возможно, лучшая из всех замен, ртутному барометру. Как следует из его названия, он сконструирован «без жидкости». Он был изобретен М. Види из Парижа. В общем виде, в котором он изготавливается, он состоит из латунного цилиндрического корпуса диаметром около четырех дюймов и глубиной полтора дюйма, с циферблатом, градуированным и отмеченным аналогично циферблату «колесного барометра», на котором индекс или указатель показывает атмосферное давление в дюймах и десятичных долях дюйма в соответствии с ртутным барометром. Внутри корпуса, для обычных размеров, помещена плоская металлическая коробка, обычно не более полудюйма толщиной и около двух дюймов или чуть больше в диаметре, из которой почти полностью откачан воздух. Верх и низ этой коробки гофрированы концентрическими кругами, чтобы уступать внутрь под внешним давлением и возвращаться, когда давление снимается. Давление атмосферы, действующее извне, постоянно меняется, в то время как упругое давление небольшого количества воздуха внутри может меняться только при увеличении или уменьшении его объема или при изменении температуры. Оставляя на мгновение без внимания влияние температуры, мы можем легко заметить, что по мере уменьшения давления снаружи коробки упругая сила воздуха внутри будет выталкивать верх и низ коробки; а когда внешнее давление увеличивается, они будут вдавливаться. Таким образом, при изменяющемся давлении атмосферы верх и низ коробки приближаются друг к другу и удаляются на небольшую величину; но поскольку низ закреплен, почти все это движение происходит на верху. Таким образом, верх коробки подобен эластичной подушке, которая поднимается и опускается в зависимости от того, уменьшается или увеличивается сжимающая сила. Для глаза эти расширения и сжатия не были бы заметны, настолько мало движение. Но они становятся очень очевидными благодаря тонкому механическому устройству. К коробке прикреплен прочный кусок железа, удерживаемый прижатым к ней пружиной на одном конце; так что, когда верх коробки поднимается, движение становится ощутимым в точке, удерживаемой пружиной, а когда верх опускается, пружина притягивает кусок железа в тесный контакт с ним. Этот кусок железа действует как рычаг, имеющий точку опоры на одном конце, силу в центре верха коробки, а другой конец контролируется пружиной. Таким образом, очевидно, что малое движение центра верха коробки значительно увеличивается на конце пружины. Полученное таким образом движение передается системе рычагов; и, посредством вмешательства куска часовой цепочки и тонкой пружины, проходящей вокруг вала, поворачивает указатель вправо или влево, в зависимости от того, увеличивается или уменьшается внешнее давление. Таким образом, когда при увеличении давления вакуумная коробка сжимается, механизм передает движение указателю, и он движется вправо; когда вакуумная коробка раздувается при уменьшенном давлении, механическое движение меняется на обратное, и указатель движется влево. По мере того как указатель перемещается по циферблату, он показывает на шкале давление, соответствующее тому, которое в то же время и в том же месте показал бы хороший ртутный барометр; то есть, если предположить, что он правильно отрегулирован.

С тех пор было принято другое и более элегантное устройство. Широкая изогнутая пружина соединена с верхом вакуумной коробки так, чтобы сжиматься верхом коробки, уступающим внутрь при увеличенном давлении, и расслабляться самой и коробке по мере уменьшения давления. Система рычагов соединена с этой пружиной, которая увеличивает и передает движение указателю способом, уже описанным. Увеличение давления заставляет рычаги ослабить кусок часовой цепочки, соединенный с ними и валом указателя. Пружина теперь разворачивается, наматывает цепь на вал и поворачивает указатель вправо. Уменьшение давления сматывает цепь с барабана, затягивает спиральную пружину, которая, таким образом, поворачивает указатель влево. Градуировки шкалы анероида получаются путем сравнения с правильным эталонным показанием ртутного барометра при нормальном и уменьшенном атмосферном давлении. Уменьшенное давление получается путем помещения обоих приборов под приемник воздушного насоса.

Fig. 33.

Рис. 33 представляет новейший улучшенный механизм анероида. Внешний корпус и лицевая сторона прибора удалены, но стрелка прикреплена своей втулкой к валу. А — гофрированная коробка, из которой был откачан воздух через трубку J и герметично запечатан пайкой. B — мощная изогнутая пружина, опирающаяся на цапфы, закрепленные на пластине рамы, и прикрепленная к гнезду позади, F, в верху коробки. Рычаг C, соединенный с толстым краем пружины, соединен изогнутым рычагом D с цепью E, другой конец которой намотан вокруг вала F и прикреплен к нему. По мере того как коробка A сжимается под весом увеличивающейся атмосферы, пружина B затягивается, рычаг C опускается, а цепь E разматывается с F, который тем самым поворачивается так, что стрелка H движется вправо. Тем временем спиральная пружина G, намотанная вокруг F и закрепленная одним концом на раме, а другим к F, сжимается. Когда, следовательно, давление уменьшается, A и B расслабляются в силу своей упругости; E ослабевает, G разматывается, поворачивая F, который несет H влево. Рядом с J показан железный столбик, отлитый как часть основания пружины B. Винт работает в этом столбике через дно пластины, с помощью которого пружина B может быть отрегулирована относительно коробки A так, чтобы установить стрелку H для считывания по шкале в соответствии с показаниями ртутного барометра. Рычаг C состоит из латуни и стали, спаянных вместе, и отрегулирован повторными испытаниями для коррекции эффектов температуры.

Термометр иногда прикрепляется к анероиду, так как он удобен для индикации температуры воздуха. Что касается самого прибора, никакая поправка на температуру не может быть применена с уверенностью. Он должен быть установлен для считывания с ртутным барометром при 32° F. Тогда предполагается, что показания с него не требуют никакой поправки.

При рассмотрении влияния температуры на анероид они оказываются несколько сложными. Существует эффект расширения и сжатия различных металлов, из которых состоит механизм; и существует эффект на упругость небольшого количества воздуха в коробке. Повышение температуры вызывает большую, уменьшение — меньшую упругость в этом воздухе. Компенсация эффектов температуры регулируется процессом «проб и ошибок», и лишь немногие производители делают это хорошо. Это очень часто просто обман. Адмирал Фицрой пишет в своем «Руководстве по барометру»: «Известное расширение и сжатие металлов при изменяющихся температурах вызывало сомнения в точности анероида при таких изменениях; но они были частично устранены путем введения в вакуумную коробку небольшого количества газа в качестве компенсации за эффекты тепла или холода. Газ в коробке, меняющий свой объем при изменении температуры, предназначался для компенсации эффекта на металлы, из которых сделан анероид. Кроме того, дальнейшая и более надежная компенсация была недавно осуществлена комбинацией латунных и стальных планок».

«Анероидные барометры, если их часто сравнивать с хорошими ртутными столбами, схожи в своих показаниях и ценны; но следует помнить, что они не являются независимыми приборами, что они устанавливаются изначально по барометру, требуют периодической регулировки и могут со временем портиться, хотя и медленно».

«Анероид быстро показывает изменение атмосферного давления; и для навигатора, который знает трудность, порой, использования барометров, этот прибор — большое благо, ибо его можно поместить где угодно, совершенно вне опасности, и на него не влияет движение корабля, хотя он верно дает индикацию увеличенного или уменьшенного давления воздуха. При подъеме или спуске на высоты стрелка анероида может быть видна движущейся (как стрелка часов), показывая высоту над уровнем моря или разность уровней между местами сравнения».

В своих «Заметках о метеорологии» адмирал пишет: «Анероид — отличный “погодный прибор”, если он хорошо изготовлен. В последнее время с помощью эффективного механизма была введена компенсация температурных колебаний. В усовершенствованном виде, при стоимости около 5 фунтов стерлингов, он пригоден для измерения высот до 5000 футов с приблизительной точностью; но даже по цене 3 фунта стерлингов, будучи только “погодным прибором”, он чрезвычайно ценен, поскольку его можно носить с собой куда угодно; и если время от времени сравнивать его с хорошим барометром, на него можно вполне положиться. У меня один такой прибор находится в постоянном использовании уже десять лет, и, кажется, он сейчас так же хорош, как и вначале. Для военного корабля (учитывая сотрясения от стрельбы из орудий), для шлюпок, или чтобы держать его в ящике стола, или на столе, я считаю, нет ничего лучше него для использования в качестве обычного “погодного прибора”».

Полковник сэр Г. Джеймс, инженерный корпус, в своих «Инструкциях по проведению метеорологических наблюдений» говорит об анероиде: «Это ценнейший прибор; он чрезвычайно портативен. Я использую такой прибор уже более десяти лет и считаю его лучшей формой барометра в качестве “погодного прибора” из всех, что были созданы».

Одной из целей экспериментов мистера Глейшера на воздушных шарах было «сравнение показаний анероидного барометра с показаниями ртутного барометра на высотах до пяти миль». При сравнении показания ртутного барометра корректировались с учетом инструментальной погрешности и температуры. Показания анероида, говорит мистер Глейшер, «доказывают, что на все наблюдения, сделанные во время нескольких подъемов, можно с уверенностью полагаться, а также что анероидный барометр можно изготовить так, чтобы он правильно показывал давление ниже двенадцати дюймов». В качестве одного из общих выводов, полученных из своих экспериментов, он утверждает, «что анероидный барометр показывает правильно до первого, а вероятно, и до второго десятичного знака при давлении вплоть до семи дюймов». Два анероида, использованные мистером Глейшером, были изготовлены компанией «Негретти и Замбра».

Анероиды в настоящее время производятся с почти идеальной температурной компенсацией. Поэтому такой прибор должен показывать одинаковое давление во внешнем воздухе при температуре, скажем, 40°, как и в помещении, где температура в то же время может составлять 60°, при условии отсутствия разницы в высоте. Чтобы тщательно проверить это, потребовалось бы исследование и сравнение с показаниями барометра, приведенными к 32° по Фаренгейту, проведенное в широком диапазоне температур и при искусственно пониженном давлении. Практический метод, по-видимому, заключается в ежедневном или более частом сравнении анероида в течение нескольких недель с показаниями ртутного барометра, приведенными к 32°; и если обнаруженная таким образом погрешность постоянна, можно предположить, что цель компенсации достигнута, особенно если температура в течение этого периода значительно варьировалась.

Указания по использованию анероида. — Анероиды обычно подвешиваются так, чтобы циферблат находился в вертикальном положении; но если их расположить циферблатом горизонтально, показания в этих двух положениях будут отличаться на несколько сотых дюйма. Следовательно, если их показания регистрируются, их следует держать в одном и том же положении.

Анероид не подходит для точных научных целей, так как на него нельзя полагаться в течение длительного времени. Его погрешность показаний меняется медленно, отсюда необходимость время от времени устанавливать его по показаниям хорошего барометра. Чтобы это было возможно, на задней стороне внешнего корпуса имеется головка винта, соединенная с пружиной, прикрепленной к вакуумной коробке. Приложив небольшую отвертку к этому винту, можно затянуть или ослабить пружину вакуумной коробки, и стрелка будет соответственно перемещаться вправо или влево по циферблату. Таким образом, помимо возможности корректировать анероид в любое время, «если требуется измерить высоту, несколько превышающую ту, которую обычно показывает анероид, его можно перенастроить следующим образом: находясь на верхней станции (в пределах его диапазона) и тщательно записав показания, поверните винт сзади так, чтобы вернуть стрелку на несколько дюймов назад (если прибор позволяет), затем снимите показания и начните снова. При спуске проделайте обратную операцию. Это может добавить несколько дюймов измерения приблизительно». — Фицрой.

Fig. 34.

49. Анероиды малого размера. — Поскольку срок действия патента на анероид истек, адмирал Фицрой настоятельно рекомендовал компании «Негретти и Замбра» уменьшить размер, в котором он до сих пор производился, а также улучшить его механическое устройство и температурную компенсацию. Соответственно, они наняли искусных мастеров, которые под их руководством и за их счет, ценой большого труда и экспериментов, преуспели в уменьшении его размеров до двух дюймов в диаметре и полутора дюймов в толщину. Точный размер и внешний вид этого анероида показаны на рис. 34. Компенсация тщательно отрегулирована, а градуировка циферблата определена при пониженном давлении, так что деления не совсем равны, но более точны.

Fig. 35.

50. Карманный анероид. — Впоследствии размер анероида был еще больше уменьшен, и теперь его можно приобрести диаметром от полутора до шести дюймов. Самый маленький размер может быть помещен в корпус часов (рис. 35) или иным образом приспособлен для ношения в кармане. С помощью прекрасно простого приспособления рифленый ободок регулируется так, чтобы вращаться при нажатии рукой, и перемещать тонкий указатель или стрелку снаружи и вокруг шкалы, выгравированной на циферблате, для отметки показаний, чтобы можно было легко заметить последующее повышение или понижение давления. Эти очень маленькие приборы работают так же точно, как и самые большие, и гораздо более практичны. Помимо выполнения функции «погодного прибора» в доме или вдали от него, при ношении в кармане они превосходно подходят для нужд туристов и путешественников. Их можно приобрести со шкалой, достаточной для измерения высот, не превышающих 8000 футов; со шкалой высоты в футах, а также давления в дюймах, выгравированной на циферблате. Шкала высоты, рассчитанная для температуры 50°, была вычислена профессором Эри, королевским астрономом, который любезно предоставил ее компании «Негретти и Замбра», одновременно предложив ее применение. Анероиды среднего размера, помещенные в кожаные футляры с ремешком, также являются хорошими приборами для путешествий и будут полезны лоцманам, рыбакам, а также для использования на каботажных и небольших судах, где нельзя использовать ртутный барометр, поскольку он требует слишком много места.

Адмирал Фицрой в сообщении для «Mercantile Marine Magazine» за декабрь 1860 года говорит: «Анероиды теперь делают более портативными, так что лоцман или старший боцман может носить один из них в кармане, как железнодорожный кондуктор носит свои часы; и, будучи так оснащенными, лоцманы, крейсирующие в ожидании судов, могли бы предупреждать прибывающих незнакомцев о надвигающейся плохой погоде или подавать сигнал каботажным судам или рыбацким лодкам. Гавани-убежища, какими бы превосходными и важными они ни были, не всегда доступны, даже когда они наиболее нужны, например, в снег, дождь или темноту, когда не видно ни земли, ни буя, ни даже огня маяка».

51. Измерение высот с помощью анероида. — Для измерения высот, не превышающих многих сотен футов над уровнем моря с помощью анероида, достаточно следующего простого метода:

Разделите разность между показаниями анероида на нижней и верхней станциях на 0,0011; частное даст приблизительную высоту в футах.

Таким образом, предположим, что анероид показывает на

Lower Station |  | 30·385 | inches.
Upper Station |  | 30·025
| Difference | ·360

Divided gives | ·360 | = 327 feet.

·0011

В качестве иллюстрации способа использования анероида при измерении высот приводится следующий пример:

Джентльмен, совершивший восхождение на Хелвеллин 12 августа 1862 года, записал следующие наблюдения с помощью карманного анероида компании «Негретти и Замбра»:

Около 10 часов утра у первой версты от Эмблсайда, которая по результатам съемки находится на высоте 188 футов над уровнем моря, анероид показывал 29,89 дюйма; около 1 часа дня на вершине Хелвеллина — 26,81; и в 5 часов вечера снова у версты — 29,76. Температура нижнего слоя воздуха была 57°, верхнего — 54°. Отсюда высота горы выводится следующим образом:

| Inches.
Reading at | 10 a.m. |  | 29·89
" | 5 p.m. |  | 29·76
| Mean |  | 29·825 |  | Table I.[5] | 1010
Upper Reading |  | 26·81 |  | " | 3796
| Difference |  | 2786
Mean Temperature 55°·5, gives in Table II. | 1·048
| 2920
Lat. 55° N., gives in Table III. | ·9991
| 2917
Table IV. | 5
Difference of height | 2922
Height of lower station | 188
"Helvellyn | 3110
In Sir J. Herschell’s Physical Geography it is given as | 3115 | ft.

Столь близкое совпадение объясняется превосходным качеством анероида и тщательной точностью наблюдателя.

52. МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ БАРОМЕТР.

Этот прибор, изобретение г-на Бурдона, очень похож на анероид, но гораздо проще по устройству. Изобретатель применил тот же принцип к конструкции металлических манометров для пара. Однако нас здесь интересует только его конструкция для измерения атмосферного давления. Он состоит из длинной тонкой сплющенной металлической трубки, частично откачанной от воздуха и герметично закрытой с обоих концов, затем закрепленной по центру и изогнутой так, чтобы концы были обращены друг к другу. Поперечное сечение этой трубки представляет собой вытянутый эллипс. Принцип действия таков: внутреннее давление стремится выпрямить трубку, внешнее давление заставляет ее скручиваться сильнее. Следовательно, по мере уменьшения атмосферного давления концы трубки расходятся дальше.

Это движение усиливается и передается с помощью механического устройства из маленьких металлических рычагов на радиус-рычаг, который несет зубчатую рейку, выполненную по дуге своего круга. Она приводит в движение шестерню, на оси которой уравновешен легкий указатель или «стрелка», показывающая давление на циферблате. Когда давление увеличивается, концы трубки сближаются, и стрелка движется слева направо по циферблату. Весь механизм закреплен в латунном корпусе, имеющем отверстие сзади для настройки прибора по ртутному барометру с помощью ключа, который устанавливает стрелку, не затрагивая рычаги. Циферблат обычно открыт, чтобы показать механизм, и защищен стеклом, к которому прикреплен подвижный индекс.

Этот барометр очень чувствителен и имеет преимущество в том, что занимает мало места, хотя его еще не удалось сделать таким маленьким, как анероид. Оба этих прибора допускают большое разнообразие креплений, чтобы сделать их декоративными. Металлический барометр может быть сконструирован с маленькими часами в центре, чтобы стать оригинальным и красивым украшением гостиной.

Адмирал Фицрой пишет: «Металлические барометры Бурдона еще не были достаточно долго испытаны в очень влажном, жарком или холодном воздухе. Они являются зависимыми или вторичными приборами и подвержены износу. Для ограниченного использования, при достаточной проверке, они могут быть очень полезны, особенно в нескольких случаях электрических изменений, не предсказанных или не показанных ртутью, которые они, по-видимому, замечательно указывают».

Они не так хорошо приспособлены для путешественников или для измерения значительных высот, как анероиды.

ГЛАВА VI.

ПРИБОРЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ.

Температура — это энергия, с которой тепло воздействует на наше ощущение.

Говорят, что тела обладают одинаковой температурой, когда количества тепла, которые они содержат, действуют вовне с одинаковой интенсивностью передачи или поглощения, вызывая в одном случае ощущение тепла, в другом — холода. Приборы, используемые для определения и оценки температур, называются термометрами.

Опыт доказывает, что одно и то же тело всегда занимает один и тот же объем при одной и той же температуре; и что при каждом повышении или понижении температуры оно претерпевает определенное расширение или сжатие своего объема. Следовательно, при условии, что тело не теряет вещества или не претерпевает специфических изменений своих составных элементов или атомов, при проявлении изменений температуры оно также будет демонстрировать изменения объема; последние, таким образом, могут быть приняты в качестве показателей первых. Расширение и сжатие тел приняты в качестве произвольных мер изменений температуры; и любое вещество, в котором эти изменения объема заметны и могут быть измерены, послужит термометром.

54. Термометрические вещества. — Термометры для метеорологических и бытовых целей изготавливаются с использованием жидкостей, как правило, ртути или спирта, поскольку их изменения объема при одном и том же изменении температуры больше, чем у твердых тел; будучи более удобными в обращении, они предпочтительнее газов. Ртуть является наиболее подходящим из всех веществ для термометрических целей, так как она сохраняет жидкое состояние при больших изменениях тепла, имеет более равномерный коэффициент расширения, чем любая другая жидкость, и особенно чувствительна к изменениям температуры. Температура затвердевания ртути по шкале Фаренгейта составляет -40°, а температура кипения — около 600°. Для термометров также использовались серный эфир, азотная кислота, масло сассафраса и другие прозрачные жидкости.

55. Описание термометра. — Обычный термометр состоит из стеклянной трубки с очень тонким каналом, имеющей на одном конце резервуар из тонкого стекла, а на другом — закрытой. Резервуар и часть трубки содержат ртуть; остальная часть трубки представляет собой вакуум и обеспечивает пространство для расширения жидкости. Такое устройство делает очень заметными изменения объема ртути из-за изменений температуры. Правда, стекло также расширяется и сжимается, но лишь примерно на одну двадцатую часть от расширения ртути. Рассматривая резервуар как неизменный по размеру, все изменения объема жидкости должны происходить в трубке и проявляться в расширении и сжатии столбика, вариации которого используются для измерения изменений температуры.

56. ЭТАЛОННЫЙ ТЕРМОМЕТР.

Fig. 36

Особенности конструкции термометров лучше всего понять, описав изготовление эталонного термометра, который является прибором наиболее точного изготовления, и шкала которого разделена независимо от какого-либо сравнения с другим термометром. Рис. 36 является иллюстрацией такого прибора на посеребренной латунной шкале.

Выбор трубки. — При выборе стеклянной трубки требуется большая осторожность, чтобы убедиться, что ее канал совершенно однороден по всей длине. Поступая со стекольного завода, трубки внутри обычно представляют собой части очень вытянутых конусов, так что канал шире на одном конце, чем на другом. Однако при должном внимании можно выбрать подходящую длину трубки, в которой нет заметной разницы в диаметре канала. Это определяется путем введения в трубку столбика ртути длиной около половины или трети дюйма и точного измерения его в различных положениях в трубке. Для этого мастер выдувает резервуар на одном конце трубки и немного нагревает его, чтобы вытеснить часть воздуха. Затем, поместив открытый конец в ртуть, при охлаждении упругость заключенного воздуха уменьшается, и более высокое давление атмосферы вгоняет некоторое количество ртути. Мастер останавливает процесс, как только решает, что вошло достаточно ртути. Охлаждая или нагревая резервуар по мере необходимости, ртуть заставляют пройти от одного конца трубки до другого. Если длина этого столбика ртути меняется в разных частях канала, трубку следует отбраковать. Если она по возможности одной равномерной длины, трубку откладывают для заполнения.

Резервуар никогда не выдувается ртом, а только эластичным каучуковым баллоном, содержащим воздух, чтобы избежать попадания влаги. Сферическая форма предпочтительнее, так как она лучше всего приспособлена для противостояния переменному давлению атмосферы. Резервуары не должны быть слишком большими, иначе ртути потребуется некоторое время, чтобы показать внезапные изменения температуры. Цилиндрические резервуары иногда желательны, так как они предлагают большую поверхность для ртути и позволяют сделать термометры более чувствительными.

Ртуть, которой должен быть заполнен резервуар, должна быть совершенно чистой и освобожденной от влаги и воздуха путем недавнего кипячения.

Заполнение трубки. — Заполнение осуществляется путем нагревания резервуара пламенем спиртовой лампы, пока открытый конец погружен в ртуть. При охлаждении резервуара атмосферное давление вгоняет в него некоторое количество ртути; процесс нагревания и охлаждения продолжается до тех пор, пока не будет введено достаточное количество ртути. Затем ртуть кипятят в трубке, чтобы удалить любой присутствующий воздух или влагу. Чтобы закрыть трубку и исключить весь воздух, мастер убеждается, что трубка содержит необходимое количество ртути; затем, удерживая резервуар над пламенем спиртовки, он заставляет ртуть заполнить всю трубку и, ловко удалив ее из источника тепла, в тот же момент запаивает ее пламенем паяльной трубки. Если в трубке остается воздух, это легко обнаружить; ибо если прибор перевернуть, ртуть упадет до самого конца трубки, если там идеальный вакуум, за исключением случаев, когда трубка настолько тонкая капиллярная, что ее притяжение к ртути достаточно, чтобы преодолеть силу тяжести, и тогда ртуть сохранит свое положение в любом положении прибора. Если, однако, ртуть падает и не доходит до самого конца канала, значит, присутствует воздух, который необходимо удалить.

Градуировка. — Теперь термометр готов к градуировке, первой частью которой является определение двух фиксированных точек. Они задаются температурами тающего льда и пара кипящей воды. Тающий лед всегда имеет одну и ту же температуру в любом месте и при любых обстоятельствах, при условии, что вода, из которой замерз лед, свободна от солей. Температура пара кипящей воды зависит от давления атмосферы, но всегда постоянна для одного и того же давления.

Фиксированная точка, соответствующая температуре тающего льда, называется точкой замерзания. Она получается путем погружения резервуара и части трубки, занятой ртутью, в тающий лед до тех пор, пока ртуть не сожмется до определенной точки, где она остается неподвижной. Это положение конца ртути затем отмечается на трубке.

Точку кипения определить не так просто, так как примерно в то же время необходимо свериться с барометром. Аппарат для кипячения обычно изготавливается из меди. Он состоит из цилиндрического котла, нагреваемого снизу спиртовой лампой или древесным углем. Открытая трубка диаметром два или три дюйма и соответствующей длины входит в верхнюю часть котла. Эта трубка окружена другой, прикрепленной к верхней части котла, но не открывающейся в него, так что две трубки находятся на расстоянии около дюйма друг от друга. Цель внешней трубки — защитить внутреннюю трубку от холодной температуры воздуха. Внешняя трубка имеет отверстие сверху для вставки термометра и отверстие внизу для выхода пара через носик. Когда вода закипает, пар поднимается во внутренней трубке, заполняет пространство между трубками и выходит через носик. Затем термометр опускают во внутренний цилиндр и надежно удерживают сверху с помощью кусочка каучука. Трубки или цилиндры должны быть достаточной длины, чтобы предотвратить попадание термометра в воду. Это необходимо, потому что температура кипящей воды зависит от любого вещества, которое она содержит в химическом растворе; и, более того, ее температура повышается с глубиной из-за давления верхнего слоя. Поскольку термометр таким образом окружен паром, ртуть поднимается в трубке. По мере того как это происходит, трубку следует опускать так, чтобы верх ртути был всегда едва заметен. Когда температура пара достигнута, ртуть перестает подниматься и остается неподвижной. Положение конца ртути теперь отмечается на трубке, и «точка кипения» получена.

57. Методы определения точной температуры кипения. — Нормальную температуру кипения воды все нации молчаливо согласились установить при нормальном барометрическом давлении 29,922 дюйма ртутного столба, имеющего температуру тающего льда, на широте 45° и на уровне моря. Если атмосферное давление во время или в месте градуировки термометра не равно этому, температура кипения будет выше или ниже в зависимости от того, больше или меньше давление. Следовательно, необходимо снять показания с надежного барометра, который также должен быть скорректирован на ошибки и температуру и приведен к широте, чтобы сравнить фактическое атмосферное давление в то время с принятым нормальным давлением. Таблицы упругости пара, как их называют, были вычислены на основе точных экспериментальных исследований и теории, давая температуры пара воды для всех вероятных давлений; таблица Реньо, самая последняя, считается наиболее точной; и его исследования основаны на стандартном давлении, указанном выше, и для той же широты. Его таблица, следовательно, даст температуру по термометрической шкале, соответствующую давлению.

Комиссары, назначенные британским правительством для создания стандартных мер и весов, решили, что нормальная точка кипения, 212°, на термометре должна представлять температуру пара, генерируемого при атмосферном давлении, равном в дюймах ртутного столба при температуре замерзающей воды 29,922 + (cos. 2 широты × 0,0766) + (0,00000179 × высота в футах над уровнем моря). Следовательно, в Лондоне, широта 51°30´ с.ш., мы выводим 29,905 в качестве барометрического давления, представляющего нормальную точку кипения воды — незначительной поправкой на высоту можно пренебречь. Если тогда на широте Лондона барометрическое давление во время установки точки кипения не равно 29,905 дюйма, эта точка будет выше или ниже в зависимости от разницы давления от нормального. Вблизи уровня моря разница около 0,59 дюйма эквивалентна 1° по Фаренгейту в точке кипения.

Предположим, тогда, что атмосферное давление в Лондоне составляет 30,785 дюйма, следующий расчет дает соответствующую температуру кипения для шкалы Фаренгейта:

Observed | pressure |  | 30·785
Normal | " |  | 29·905
Difference |  | ·880

Как 0,59 относится к 0,88, так 1° относится к 1,5°.

То есть вода кипит на 1,5° выше своей нормальной температуры; так что в этом случае нормальная температура, которую нужно нанести на шкалу, а именно 212°, должна быть на 1,5° ниже отметки, сделанной на трубке на той высоте, на которой стояла ртуть под воздействием кипящей воды.

Температуру пара кипящей воды можно найти в любое время и в любом месте следующим образом: умножьте атмосферное давление на коэффициент, зависящий от широты, приведенный в прилагаемой Таблице V, и с полученным результатом найдите температуру в Таблице VI.

Table V. | Table VI.
Latitude. | Factor. | Temperature of Vapour. | Tension. | Temperature of Vapour. | Tension.
Degrees. |  | Degrees. | Inches. | Degrees. | Inches.
0 | 0·99735 | 179 | 14·934 | 197 | 22·036
5 | 0·99739 | 180 | 15·271 | 198 | 22·501
10 | 0·99751 | 181 | 15·614 | 199 | 22·974
15 | 0·99770 | 182 | 15·963 | 200 | 23·456
20 | 0·99797 | 183 | 16·318 | 201 | 23·946
25 | 0·99830 | 184 | 16·680 | 202 | 24·445
30 | 0·99868 | 185 | 17·049 | 203 | 24·952
35 | 0·99910 | 186 | 17·425 | 204 | 25·468
40 | 0·99954 | 187 | 17·808 | 205 | 25·993
45 | 1·00000 | 188 | 18·197 | 206 | 26·527
50 | 1·00046 | 189 | 18·594 | 207 | 27·070
55 | 1·00090 | 190 | 18·998 | 208 | 27·623
60 | 1·00132 | 191 | 19·409 | 209 | 28·185
65 | 1·00170 | 192 | 19·828 | 210 | 28·756
70 | 1·00203 | 193 | 20·254 | 211 | 29·335
75 | 1·00230 | 194 | 20·688 | 212 | 29·922
80 | 1·00249 | 195 | 21·129 | 213 | 30·515
|  | 196 | 21·578 | 214 | 31·115

Как пользоваться таблицами. — Когда температура известна с точностью до десятичных долей градуса, возьмите упругость для целого градуса, умножьте разность между ней и следующей упругостью на десятичные доли температуры и прибавьте произведение к упругости для градуса.

Требуется найти упругость, соответствующую 197,84°.

°
197 |  | = | 22·036 |  | ·465 × ·84 | = | ·391
198 |  | = | 22·501 |  | 197° | = | 22·036
| Difference |  | ·465 |  | 197·84 | = | 22·427

Когда дана упругость, возьмите разность между ней и следующей меньшей упругостью в таблице и разделите эту разность на разность между следующей меньшей и следующей большей упругостями. Частное будет десятичными долями, которые нужно добавить к градусу, соответствующему следующей меньшей упругости.

Таким образом, для 23,214 дюйма требуется найти температуру.

Given | 23·214 |  |  |  | Next | greater |  | 23·456
| 22·974 |  |  |  | Next | less |  | 22·974
| ·240 |  | Difference |  | ·482
| And   | ·240 |  | = | ·5
·482
Temperature opposite next less |  | 199·0
Temperature required |  | 199·5

Подобный метод интерполяции при извлечении числовых величин применим почти ко всем таблицам; и его следует практиковать со всеми таблицами, приведенными в этой работе.

Пример. — Итак, в Ливерпуле, широта 53° 30´ с.ш., показание барометра 29,876 дюйма, его прикрепленного термометра 55°, а поправка прибора составляет + 0,015 (включая инструментальную погрешность, капиллярность и емкость), какая температура должна быть назначена для точки кипения, отмеченной на термометре?

Observed barometer |  | 29·876
Correction |  | + ·015
|  | 29·891
Correction for temperature |  | - ·074
Reduced reading |  | 29·817
Factor from Table V. |  | 1·00077
|  | 208719
|  | 208719
|  | 29817
Equivalent for lat. 45° |  | 29·83995909

В Таблице VI 29,84 дает температуру 211,86°.

58. Смещение точки замерзания. — Либо длительное воздействие атмосферного давления на тонкое стекло резервуаров термометров, либо постепенное восстановление равновесия частиц стекла после того, как они были сильно потревожены операцией кипячения ртути, по-видимому, является причиной того, что точки замерзания эталонных термометров в течение нескольких лет показывают на несколько десятых долей градуса или даже на градус выше, как это неоднократно наблюдалось. Чтобы избежать этой небольшой ошибки, мы практикуем откладывать трубки в сторону примерно на шесть месяцев перед установкой точки замерзания, чтобы дать время стеклу вернуться в прежнее состояние агрегации. Изготовление точных термометров — задача, сопряженная со многими трудностями, главной из которых является подверженность нуля или точки замерзания постоянному изменению, настолько, что термометр, который сегодня совершенно правилен, при погружении в кипящую воду уже не будет точным; по крайней мере, потребуется некоторое время, прежде чем он снова придет в свое нормальное состояние. Затем, опять же, если термометр недавно выдут, заполнен и градуирован немедленно, или, по крайней мере, до того, как прошло несколько месяцев, хотя при производстве прибора могла быть проявлена всяческая осторожность, он потребует некоторой коррекции; так что прибор, как бы тщательно он ни был сделан, следует время от времени погружать в мелко толченый лед, чтобы проверить точку замерзания.

59. Шкала. — После определения двух фиксированных точек необходимо нанести шкалу. Термометры, находящиеся в общем пользовании в Соединенном Королевстве, британских колониях и Северной Америке, сконструированы со шкалой Фаренгейта. Фаренгейт был изготовителем физических приборов из Амстердама, который около 1724 года изобрел шкалу, давшую его имя термометру. Точка замерзания отмечена как 32°, точка кипения — 212°, так что промежуточное пространство разделено на 180 равных частей, называемых градусами. «Принцип, который продиктовал это своеобразное деление шкалы, заключается в следующем: когда прибор находился при величайшем холоде Исландии, или 0 градусов, было вычислено, что он содержит 11124 равные части ртути, которые при погружении в тающий снег расширялись до 11156 частей; следовательно, промежуточное пространство было разделено на 32 равные части, и 32 было принято за точку замерзания воды: когда термометр погружали в кипящую воду, ртуть расширялась до 11336; и поэтому 212° было отмечено как точка кипения этой жидкости. На практике Фаренгейт определил деления своей шкалы по двум фиксированным точкам, замерзанию и кипению воды. Теория деления, если можно так выразиться, была выведена из самого низкого холода, наблюдаемого в Исландии, и расширений данного количества ртути» (профессор Трейл).

Деления шкалы могут быть продолжены за пределы фиксированных точек, если это необходимо, с помощью равных градуировок. Шкала Фаренгейта во многих отношениях очень удобна. Метеорологического наблюдателя редко беспокоят знаки отрицательных значений, так как ноль шкалы находится значительно ниже точки замерзания. Опять же, деления более многочисленны и, следовательно, меньше, чем на других используемых шкалах; и дальнейшее подразделение на десятые доли градуса, по-видимому, дает всю ту точность, которая обычно требуется.

Цельсий, швед, в 1742 году предложил ноль для точки замерзания и 100 для точки кипения, при этом все температуры ниже нуля различаются знаком (—) минус. Эта шкала известна как стоградусная (цельсия) и используется во Франции, Швеции и южной части Европы. Она имеет преимущество десятичной системы счисления при неудобстве отрицательного знака.

Реомюр, француз, предложил ноль для точки замерзания и 80° для точки кипения, устройство, уступающее стоградусной шкале. Однако она используется в Испании, Швейцарии и Германии.

Это всего лишь простая арифметическая операция — перевести показания любой из этих шкал в эквиваленты на других. Для облегчения таких преобразований удобны таблицы, когда обсуждается большое количество наблюдений; и их можно легко составить или получить.

При отсутствии таких таблиц следующие формулы обеспечат точность метода и избавят от раздумий, когда требуются случайные преобразования: F. означает Фаренгейт, C. — Цельсий, R. — Реомюр.

Given. |  | Required. |  |  | Solution.
F. |  | C. |  | = |  | (F.-32) ⁵⁄9
F. |  | R. |  | = |  | (F.-32) ⁴⁄9
C. |  | F. |  | = | ⁹⁄5 | C. + 32
C. |  | R. |  | = | ⁴⁄5 | C.
R. |  | F. |  | = | ⁹⁄5 | R. + 32
R. |  | C. |  | = | ⁵⁄4 | R.

Пример. — Перевести 25° шкалы Фаренгейта в соответствующую температуру по шкале Цельсия.

Here | C. = | (25 - 32) ⁵⁄9
| C. = - | 35 | = -3·9
9

или почти 4° ниже нуля по шкале Цельсия. В расчетах необходимо тщательно следить за алгебраическим знаком.

60. Метод тестирования термометров для метеорологических целей очень прост. Такие термометры редко должны показывать выше 120°. В них, после определения точки замерзания, деления шкалы устанавливаются путем тщательного сравнения с эталонным термометром в воде требуемой температуры. «Для точки замерзания резервуары и значительная часть трубок термометров погружаются в толченый лед. Для более высоких температур термометры помещаются в цилиндрический стеклянный сосуд, содержащий воду требуемой температуры: шкалы термометров, предназначенных для тестирования, вместе с эталоном, с которым они должны сравниваться, считываются через стекло. Таким образом, показания шкалы могут быть протестированы при любой требуемой степени температуры, и обычная практика заключается в том, чтобы тестировать их каждые десять градусов от 32° до 92° по Фаренгейту». — Фицрой.

61. Фарфоровые шкальные пластины. — Шкалы термометров из латуни, дерева или слоновой кости, либо под воздействием атмосферы, либо при погружении в морскую воду, очень подвержены загрязнению и обесцвечиванию, настолько, что через очень короткое время деления становятся почти невидимыми. Чтобы избежать этого неудобства, компания «Негретти и Замбра» первой внедрила в широкое использование шкальные пластины для термометров и барометров из фарфора, имеющие деления и цифры, выгравированные на них с помощью плавиковой кислоты, постоянно вплавленные и зачерненные, чтобы всегда представлять четкую разборчивую шкалу. О том, что эти шкалы оказались лучше всех остальных, можно судить по тому факту, что все термометры, поставляемые сейчас в различные правительственные ведомства, снабжены такими шкалами.

Они могут быть адаптированы для замены любых старых форм латунных или цинковых шкал, деления и цифры на которых стали стертыми или нечеткими.

62. Эмалированные трубки. — Почти все термометрические трубки теперь изготавливаются с эмалированными задними стенками. Это приспособление эмалирования задних стенок трубок позволяет производителям использовать более тонкие нити ртути, чем это было возможно ранее; ибо если бы не большой контраст между темной нитью ртути и белой эмалью на стекле, многие из используемых сейчас термометров были бы совершенно нечитаемы. Эмалирование термометров — изобретение компании «Негретти и Замбра». Необходимо заявить об этом, так как многие люди из корыстных побуждений стремятся игнорировать, кому принадлежит заслуга в этом изобретении.

63. Термометры чрезвычайной чувствительности. — Термометры для деликатных экспериментов не являются новинкой. Термометры изготавливались с очень деликатными резервуарами, содержащими очень малое количество ртути. Такие приборы также изготавливались со спиральными или свернутыми трубчатыми резервуарами, но толщина стекла, необходимая для сохранения формы этих спиралей, и, по сути, для предотвращения их распада, служила для аннулирования эффекта, который стремились получить, а именно мгновенного действия; а там, где использовался маленький тонкий резервуар, указывающий столбик был обычно настолько тонким, что был совершенно невидимым без помощи мощной линзы. Компания «Негретти и Замбра» теперь представила новую форму термометра, которая сочетает в себе чувствительность и быстроту действия, а также хороший видимый столбик. Резервуар этого термометра имеет форму решетки. При конструировании резервуара была проявлена осторожность, чтобы преодолеть возражения, связанные со спиралями и другими формами; ибо, хотя резервуар изготовлен из стекла настолько тонкого, что его можно сформировать только спиртовой лампой, а не паяльной трубкой стеклодува, он все же настолько жесткий (благодаря своей своеобразной конфигурации), что никаких изменений в его показаниях нельзя обнаружить, независимо от того, держится ли он в горизонтальном, вертикальном или наклонном положении, и никакая ошибка не будет обнаружена, если его поставить на собственный резервуар. Они изготовили термометры с резервуарами, сформированными из примерно девяти дюймов чрезвычайно тонкого цилиндрического стекла, внешний диаметр которого не более одной двадцатой дюйма; так что, благодаря большой представленной поверхности, показания являются абсолютно мгновенными. Эта форма термометра была сконструирована специально для удовлетворения требований научных подъемов на воздушных шарах, чтобы позволить снимать термометрические показания на точной высоте. Планировалось приобрести металлический термометр, но после создания этого совершенного прибора от идеи отказались.

64. РАЗНОВИДНОСТИ ТЕРМОМЕТРОВ.

Рис. 37 — иллюстрация термометров на самшитовой шкале для общего использования и обычных целей.

Рис. 38, дорожный термометр Негретти и Замбра; он закреплен в металлическом (серебряном или другом) корпусе, похожем на футляр для карандаша, и имеет шкалу, разделенную на его стержне.

Рис. 39, термометр, установленный на стеклянной пластине, на которой вытравлена шкала, задняя часть — дуб, красное дерево или черное дерево.

Рис. 40, портативный термометр в бронзовом латунном или нейзильберовом вращающемся корпусе.

Рис. 41, карманный термометр на шкале из слоновой кости или металла, в футляре из сафьяна или папье-маше.

Fig. 37. |  | Fig. 38. |  | Fig. 39. |  | Fig. 40. |  | Fig. 41. |

Рис. 42, декоративный термометр для гостиной, на подставке из черного дерева или слоновой кости, со стеклянным колпаком.

Рис. 43, изображение высокохудожественного или гильошированного дизайна для креплений термометра, из слоновой кости или дерева, для гостиной. Некоторые имеют дополнение в виде солнечных часов или компаса сверху; они также могут быть сформированы для подставки под часы.

Рис. 44, банный термометр, имеющий поплавок, позволяющий держать его в воде.

Fig. 42. |  | Fig. 43. |  | Fig. 44. |

Рис. 45, термометр со шкалой из слоновой кости в стеклянном цилиндре, установленный на дубовом кронштейне с металлической верхушкой, для наружного использования; например, у окна.

Рис. 46, термометр для окна, на запатентованной фарфоровой или стеклянной шкале, с дубовым кронштейном и удобными латунными опорами для установки прибора под любым углом.

Рис. 47, химический термометр на самшитовой шкале, соединенный шарниром возле резервуара на латунной петле, в диапазоне от 300° до 600°.

Рис. 48, химический термометр для кислот, градуированный на собственном стержне, подходящий для вставки в тубус реторт; они также изготавливаются изолированными в стеклянном цилиндре для защиты градуированного стержня; в диапазоне от 0° до 600°.

Fig. 45. |  | Fig. 46. |  | Fig. 47. |  | Fig. 48. |  | Fig. 49. |  | Fig. 50. |

65. Термометр для перегретого пара. — Поскольку большое преимущество, получаемое от использования перегретого пара в морских и других паровых двигателях, теперь общепризнано инженерами, надежные термометры, показывающие по крайней мере до 600°, имеют первостепенное значение. Чтобы удовлетворить эту потребность, компания «Негретти и Замбра» сконструировала для этой цели прочную форму термометра на своих запатентованных фарфоровых шкалах, в прочных и удобных металлических креплениях, с перфорированной защитой резервуара. Шкалы не могут быть испорчены паром, жаром, маслом или грязью; и периодическое протирание — это все, что потребуется, чтобы сохранить деления и цифры чистыми и видимыми в течение любого времени; в то время как тщательная калибровка термометрических трубок обеспечивает наиболее точные показания из возможных. Эти термометры проиллюстрированы на рис. 49 и 50. Подобная, но более дешевая конструкция придается термометрам, используемым с аппаратами для горячего воздуха или горячей воды.

66. Термометр для варки сахара защищен металлической рамой; и обычно имеет длину от трех до четырех футов, причем градуировка ограничена пространством около двенадцати дюймов в верхней части прибора, что позволяет погружать резервуар и большую часть трубки в кипящий сахар. Градуировка доходит до 270° или далее. К шкале иногда прикрепляется индекс, который можно установить на любую степень тепла, которую требуется поддерживать.

67. ПОЧВЕННЫЙ ТЕРМОМЕТР.

Почвенный термометр предназначен для определения температуры почвы на различных глубинах. Он защищен латунной рамой, заостренной и усиленной на конце для облегчения вставки в землю, как на рис. 51.

Fig. 51.

Полезность знания температуры почвы. — Температура почвы является важным элементом при рассмотрении климата, поскольку она касается растительного мира.

Доктор Даубени в своих «Лекциях о климате» дает следующее утверждение относительно некоторых температур, которые наблюдались непосредственно под поверхностью земли в различных частях земного шара:

Country. | Temperature. | Authority.
Tropics, often | 162-184° | Humboldt.
Egypt | 133-144 | Edwards & Colin.
Orinoco | In white sand, 140 | Humboldt.
Chili | 113-118, among dry grass | Boussingault.
Cape of Good Hope | 150, under the soil of a bulb garden | Herschell.
Bermuda | 142, thermometer barely covered in earth | Emmet.
China | Water of the fields, 113; adjacent sand, much higher; blackened sides of the boat at midday, 142-150 | Meyer.
France | 118-122, and in one instance 127 | Arago.

«Важность этого для растительности можно оценить по следующим соображениям:—

«Известно, что каждое растение требует определенного количества тепла, варьирующегося в случае каждого вида, для возобновления своего роста в начале сезона.

«Теперь, когда эта степень тепла побудила к активности те части, которые находятся над землей, и заставила их вырабатывать сок, необходимо, чтобы подземные части в то же время были возбуждены теплом земли для поглощения материалов, которые должны снабжать растение питанием. Если последняя функция не обеспечена, надземные части растения будут чахнуть от недостатка пищи для усвоения. Действительно, даже желательно, чтобы корни опережали листья, чтобы иметь наготове запас пищи, из которого последние могли бы черпать». В другом месте профессор отмечает: «Мистером Рейксом из экспериментов, проведенных в Чат-Моссе, было вычислено, что температура почвы при дренировании в среднем на 10° выше, чем при отсутствии дренажа; и это неудивительно, когда мы обнаруживаем, что 1 фунт воды, испарившийся из 1000 фунтов почвы, понизит температуру всей массы на 10° из-за скрытой теплоты, которую она поглощает при превращении в пар».

68. МОРСКОЙ ТЕРМОМЕТР.

Fig. 52.

Этот прибор представляет собой специальную конструкцию, отвечающую требованиям навигации. Он состоит из тщательно сконструированного термометра, разделенного на стержне на градусы, которые достаточно велики, чтобы допускать подразделение на десятые доли градуса путем оценки, и в диапазоне от 0° до 130°. Шкала фарфоровая, с вытравленными на ней градусами, вплавленными в стойкий черный цвет. Прибор сделан так, чтобы вдвигаться в лакированный металлический корпус для удобного использования и защиты. Поэтому он адаптирован практически для любой обычной цели; и не может быть вредно затронут каким-либо химическим воздействием, возникающим от воздуха или морской воды. Набор этих термометров состоит из шести штук, тщательно упакованных в аккуратную коробку; два имеют лакированные металлические корпуса (рис. 52), остальные предназначены для использования без корпуса или для замены в случае поломки.

Этот термометр используется в Королевском флоте и для наблюдений, проводимых в море для Торговой палаты.

Термометр теперь считается необходимым прибором на борту судна. Он не только неоценим в сочетании с барометром как руководство по погоде, но его показания полезны для выявления присутствия теплого или холодного течения в море; многие из великих океанических течений характеризуются теплотой или холодностью своих вод. В морях, посещаемых айсбергами, обычное использование термометра указывало бы на их близость, так как вода становится холоднее на некотором расстоянии вокруг из-за таяния огромных масс льда. Вода над отмелью в море обычно холоднее, чем поверхностная вода окружающего океана; что может быть результатом того, что холодная вода поднимается к поверхности течением, встречающим отмель. С этим фактом мореплаватели хорошо знакомы; и поэтому падение температуры морской воды может предвещать, что мелководье близко. Было установлено, что рыбы обитают в регионах океанов и морей, имеющих специфическую температуру, подходящую для их привычек. Более качественные и плотные сорта рыбы встречаются там, где существуют холодные воды. Те, что выловлены в более теплых поясах или потоках воды, даже на той же широте, гораздо хуже по состоянию и менее одобрены вкусом. Рыба Средиземного моря, теплого моря, обычно бедная и редкая. Рыба, выловленная в холодных водах между американским берегом и Гольфстримом, очень ценится; в то время как в потоке и на другой его стороне, говорят, она безвкусна и не имеет аромата. Между побережьями Китая и теплыми водами Японского течения моря изобилуют отличной рыбой; но в теплых водах течения и за его пределами их никогда не видели в таких косяках.

На самом деле, четко установлено, что рыбы адаптированы к климату, как птицы и звери. Было даже подтверждено после тщательного исследования, что сельдь, которая изобилует в британских морях и составляет важнейшую отрасль наших промыслов, может быть найдена только при температуре от 54° до 58°. Следовательно, термометр, если его начнут использовать рыбаки, направил бы их к местам, где они могут с лучшим шансом забросить свои сети темными ночами, когда другие признаки не заметны.

Этот термометр в своем металлическом корпусе идеально подходит для опускания за борт или помещения в ведро с водой, только что взятой из моря, чтобы определить ее температуру.

ГЛАВА VII.

САМОРЕГИСТРИРУЮЩИЕ ТЕРМОМЕТРЫ.

69. Важность саморегистрирующих термометров. — Поскольку тепло является, по-видимому, наиболее эффективным агентом в производстве метеорологических явлений, определение самой высокой температуры дня и самой низкой в течение ночи является первостепенной необходимостью, чтобы позволить составить оценку климата любого места. Наблюдать эти экстремумы с помощью обычного термометра было бы непрактично из-за постоянной бдительности, которая была бы необходима. Отсюда очевидны полезность и важность самозаписывающих термометров. Термометр, сконструированный для регистрации самой высокой температуры, обычно называется максимальным термометром; тот, что показывает самую низкую температуру, называется минимальным термометром; и если он сделан для записи обоих экстремумов температуры, он обозначается как максимальный и минимальный термометр. Мы, ради метода, опишем используемые приборы в этом порядке.

Вышло бы за рамки нашего объема подробно объяснять методы работы с температурными наблюдениями; но мы можем заметить, что половина суммы максимальной и минимальной температуры каждого дня из двадцати четырех часов — это не то, что метеорологи называют средней суточной температурой, хотя она очень часто приближается к ней. Средняя температура дня понимается как среднее значение двадцати четырех последовательных ежечасных показаний термометра; и метеорология теперь предоставляет формулы, с помощью которых этот результат можно вывести всего из двух или трех наблюдений в день. Но мы хотели бы заметить, что фактическая средняя температура любого места не оказывает такого важного влияния на жизнь, как животную, так и растительную, как внезапность и величина изменений температуры. Климат, следовательно, следует оценивать скорее по диапазону термометра, чем по среднему значению его показаний. Отчеты Генерального регистратора доказывают, что при широком диапазоне термометра смертность значительно возрастает; и метеорологам становится очевидно, что суточный диапазон термометра отмечает влияние температуры на здоровье людей и успех урожая лучше, чем любой другой метеорологический факт, который мы принимаем к сведению. Теперь, когда саморегистрирующие термометры сконструированы с ртутью, наиболее подходящим из всех термометрических веществ, не только для максимальных, но и для минимальных температур, определение суточного диапазона температуры становится более достоверным, а наблюдения в разных местах — более строго сопоставимыми.

МАКСИМАЛЬНЫЕ ТЕРМОМЕТРЫ.

70. Максимальный термометр Резерфорда. — Максимальный термометр, изобретенный доктором Джоном Резерфордом, отличается от обычного термометра наличием небольшого цилиндра из стали, фарфора или алюминия, который свободно перемещается в трубке над ртутью, выполняя роль указателя. Стержень термометра закреплен горизонтально на раме, которая должна быть подвешена в том же положении, как показано на рис. 53. Прибор устанавливается путем удерживания его резервуаром вниз, чтобы позволить указателю под действием собственной тяжести опуститься до соприкосновения с ртутью. Повышение температуры вызывает расширение ртути, которая, в свою очередь, толкает указатель вперед. При понижении температуры ртуть отступает от указателя, оставляя его в таком положении, что конец, находившийся в контакте с ртутью, показывает на шкале самую высокую температуру с момента последней установки прибора.

Рис. 53.

Поскольку он легко изготавливается и сравнительно дешев, его до сих пор используют для обычных целей. Его недостатки: во-первых, подверженность быстрому выходу из строя из-за того, что указатель может застрять в ртути или зафиксироваться вследствие окисления, что делает прибор совершенно бесполезным; во-вторых, легкость, с которой указатель может сместиться из-за ветра, воздействующего на прибор, или другого случайного сотрясения, что иногда приводит к ошибочным показаниям; и, в-третьих, полная непригодность для использования на море.

В той части трубки, что находится над ртутью, заключено небольшое количество воздуха для предотвращения свободного перемещения металла в трубке. Это требует изготовления большего резервуара, что делает термометр менее чувствительным. Более того, поскольку часто случается, что часть ртути проходит мимо указателя, частицы воздуха проникают в металл и вызывают разрывы в столбике, которые зачастую может устранить только мастер. Чтобы облегчить эту повторную регулировку, на конце трубки оставлена небольшая камера; при нагревании ртуть расширяется, и если удается загнать в эту камеру указатель и пузырьки воздуха, то при последующем охлаждении, при некотором умении, ртуть сожмется, оставив воздух и указатель позади. Однако иногда указатель невозможно сдвинуть с места фиксации, поэтому прибор приходится практически переделывать заново.

71. Максимальный термометр Филлипса. — Максимальный термометр, возможно, более совершенный в работе, чем термометр Резерфорда, был предложен профессором Джоном Филлипсом из Оксфорда. В обычный термометр вводится небольшое количество воздуха, чтобы отсечь около полудюйма ртутного столбика вблизи его конца в трубке. Это образует максимальный термометр, если стержень расположен горизонтально. Изолированная часть при расширении толкается вперед и остается в этом положении, когда ртуть сжимается. Конец, удаленный от резервуара, показывает на шкале максимальную температуру.

Когда он изготовлен с капиллярной трубкой настолько тонкой, что сила капиллярного притяжения преодолевает силу тяжести и не дает ртути упасть к концу трубки при переворачивании прибора, он становится очень удобным термометром, вполне портативным и подходящим для использования на борту судна. В такой трубке требуется резкое встряхивание взмахом руки, чтобы вернуть отделенную часть обратно к столбику для установки прибора к будущим наблюдениям; никакое обычное движение не сдвинет ее. Если термометр не обладает этой особенностью, ртуть будет стекать к концу, если держать его резервуаром вниз; в таком состоянии он является далеко не удовлетворительным прибором, так как воздух может сместиться, и требуется много навыка, чтобы снова правильно разделить столбик. На практике было обнаружено, что пузырек воздуха при разных температурах принимает разную длину, а если он очень мал, то через несколько лет исчезает из-за окисления и диффузии со ртутью, в результате чего прибор становится дефектным и ненадежным в работе — эти результаты привели к созданию самопишущего ртутного максимального термометра, изобретенного и запатентованного компанией «Негретти и Замбра». Он находится в широком доступе уже около двенадцати лет; поэтому теперь мы можем с уверенностью говорить о его достоинствах.

72. Патентный максимальный термометр Негретти и Замбра состоит из стеклянной трубки, содержащей ртуть, установленной на гравированной шкале, как показано на рис. 54. Часть трубки термометра над ртутью полностью свободна от воздуха; а в точке A, в изгибе над резервуаром, вставлен и закреплен с помощью паяльной трубки небольшой кусочек цельного стекла или эмали, который действует как клапан, позволяя ртути проходить с одной стороны при нагревании, но не позволяя ей вернуться при охлаждении термометра. Когда ртуть однажды прошла через сужение, что может быть достигнуто только силой расширения при нагревании, и поднялась в трубке, верхний конец столбика фиксирует максимальную температуру. Чтобы вернуть ртуть в резервуар, мы должны приложить силу, равную той, что подняла ее в трубке; используемая сила — это сила тяжести, при необходимости дополняемая легким встряхиванием прибора.

Рис. 54.

Градусы обычно делятся на самих стержнях этих термометров, но их рамы, конечно, также имеют шкалу. У производителей есть различные стили оформления рам из дерева, металла, фарфора и даже стекла. Каждый материал подходит в зависимости от требований. Фарфоровые шкалы, на которых отметки вытравлены кислотой, а затем перманентно зачернены и обожжены — по процессу, на который у изобретателей есть отдельный патент, — окажутся очень практичными, так как они не подвержены коррозии или потускнению при воздействии любых погодных условий, а любое количество пыли и грязи можно легко очистить.

Главная рекомендация этого термометра — простота конструкции, позволяющая использовать его с уверенностью и надежностью. Ни про какой другой максимальный термометр нельзя сказать, что его невозможно расстроить или вывести из строя; следовательно, в отношении долговечности он превосходит все остальные. Только физическая поломка может привести к его отказу. Поэтому он является самым легко транспортируемым из всех самопишущих термометров, что делает его подходящим для путешественников и для отправки за границу. В 1852 году Британское метеорологическое общество признало этот термометр «лучшим из всех, что были созданы для измерения максимальной температуры, и особенно для солнечных наблюдений». С тех пор прошло одиннадцать лет, и у него до сих пор нет конкурентов.

Инструкция по применению. При использовании этого термометра для метеорологических наблюдений его следует подвешивать с помощью двух латунных пластин B, C, прикрепленных для этой цели, таким образом, чтобы он висел немного приподнятым в точке C, и располагать его в тени, обеспечивая свободный доступ воздуха со всех сторон; тогда при повышении температуры ртуть будет подниматься по трубке, как в обычном термометре, и продолжать это делать до тех пор, пока температура растет. При понижении температуры сжатие ртути будет происходить ниже изгиба трубки, оставляя весь столбик ртути в трубке, тем самым фиксируя самую высокую температуру и показывая ее до тех пор, пока прибор не будет потревожен.

Чтобы подготовить прибор к будущим наблюдениям, снимите его и держите вертикально, резервуаром вниз, а затем встряхните. Ртуть опустится в трубке и покажет температуру воздуха в данный момент; после повторного подвешивания он будет готов к дальнейшим наблюдениям.

После того как температура достигла максимума, при ее снижении произойдет небольшое сжатие ртути в трубке — так же, как и в резервуаре, — и поэтому возникали сомнения в точности регистрации; однако расчеты показывают, а критические испытания доказали, что самый большой суточный диапазон температур не вызовет ошибки, достаточно значимой, чтобы быть заметной на шкале.

Очень большое преимущество этого термометра заключается в том, что ртути можно позволить стечь до конца трубки, не теряя при этом максимальную температуру, достигнутую во время эксперимента. Его можно использовать резервуаром вверх. Все, что нужно для считывания максимальной температуры, — это наклонить прибор так, чтобы ртуть плавно стекала к резервуару. Она остановится у сужения, показывая максимальную температуру на шкале. Впоследствии ртуть загоняется в резервуар путем встряхивания прибора, удерживаемого в руке. Следовательно, прибор неоценим в качестве регистрирующего термометра на борту судна, так как на его показания никоим образом не влияют движения и вибрации судна.

Для физиологических экспериментов, таких как измерение температуры во рту при лихорадке, этот термометр является единственным, который можно использовать с уверенностью, так как его можно держать в любом положении, не теряя достигнутую максимальную температуру.

МИНИМАЛЬНЫЕ ТЕРМОМЕТРЫ.

73. Спиртовой минимальный термометр Резерфорда, рис. 55, состоит из стеклянной трубки, резервуар и часть канала которой заполнены совершенно чистым винным спиртом, в котором свободно перемещается указатель из черного стекла. Небольшой подъем термометра резервуаром вверх заставит стеклянный указатель переместиться к поверхности жидкости, где он останется, если его не встряхнуть сильно. При понижении температуры спирт отступает, увлекая за собой стеклянный указатель; при повышении температуры поднимается только спирт, оставляя конец указателя, наиболее удаленный от резервуара, показывающим минимальную температуру.

Рис. 55.

Инструкция по применению и т. д. — Заставив стеклянный указатель переместиться к концу столбика спирта путем легкого наклона термометра резервуаром вверх, подвесьте прибор (в тени, обеспечив свободный доступ воздуха со всех сторон) с помощью двух латунных пластин, прикрепленных для этой цели, таким образом, чтобы резервуар был примерно на полдюйма ниже, чем верхний конец термометра, наиболее удаленный от резервуара; тогда при понижении температуры винный спирт будет опускаться, увлекая за собой стеклянный указатель; однако при повышении температуры винный спирт будет подниматься в трубке, оставляя тот конец маленького стеклянного указателя, который наиболее удален от резервуара, показывающим минимальную температуру. Чтобы сбросить показания прибора, просто немного приподнимите конец термометра с резервуаром, как отмечалось ранее, и указатель снова опустится к концу столбика, готовый к будущим наблюдениям.

Меры предосторожности. — 1. Ни в коем случае не дергайте и не трясите спиртовой минимальный термометр при сбросе показаний, так как это может привести к расстройству прибора, либо заставив указатель выйти из спирта, либо отделив часть спирта от основного столбика.

2. Поскольку спиртовые термометры имеют тенденцию с возрастом показывать более низкие значения из-за летучей природы жидкости, позволяющей частицам в виде пара подниматься и скапливаться в трубке, необходимо время от времени сравнивать их с ртутным термометром, погрешность которого известна; и если разница составляет более нескольких десятых градуса, внимательно осмотрите верхнюю часть трубки, чтобы увидеть, не скопился ли спирт в канале; если это так, отделившуюся часть можно соединить с основным столбиком, раскачивая термометр маятникообразным движением резервуаром вниз.

3. Столбик спирта иногда сильно разделяется из-за тряски при транспортировке. Если прибор находится в таком состоянии при получении, его следует держать правой рукой резервуаром вниз и осторожно, но сильно постукивать рамой о ладонь левой руки. Разорванная нить спирта вскоре начнет соединяться, и при продолжении операции в течение достаточного времени все пузырьки исчезнут, и термометр станет как новый.

74. Садовый минимальный термометр. — Этот прибор, представленный на рис. 56, представляет собой специальную конструкцию минимального термометра Резерфорда, отвечающую требованиям садоводов. Желательно, если не необходимо, чтобы у садоводов была возможность определять, до какой температуры опускается воздух в оранжереях и теплицах холодными ночами, особенно зимой. Этот термометр установлен на прочной раме из литого цинка с выпуклыми делениями и цифрами шкалы.

Рис. 56.

Углубленная поверхность рамы окрашена в темный цвет; цифры и деления — в яркий, поэтому наблюдения можно проводить без близкого осмотра прибора.

Инструкция по применению такая же, как и в предыдущем разделе. Его можно использовать как обычный термометр, просто подвесив за верхнюю петлю, в этом положении окрашенная жидкость всегда будет показывать текущую температуру.

Раздражающим фактором при использовании обычных самшитовых и плоских металлических шкал было то, что со временем воздействие влажной теплой атмосферы способствовало росту водорослей на них и стирало деления; было обнаружено, что способ с выпуклыми цифрами и делениями шкалы предотвращает разрушение прибора таким образом.

75. Спиртовой минимальный термометр Бодена. — Этот прибор внешне напоминает термометр Резерфорда; его показания определяются расширением и сжатием спирта, а минимальная температура также регистрируется стеклянным указателем, который оттягивается назад и остается на месте спиртом, как и в приборе Резерфорда. Однако в приборе Бодена есть большое улучшение; в то время как термометр Резерфорда может регистрировать только в горизонтальном положении, термометр Бодена можно использовать как горизонтально, так и вертикально, по мере необходимости. Это важное изменение достигается следующим образом: вместо того чтобы указатель в термометре был свободным и мог перемещаться вверх и вниз в зависимости от положения прибора, как у Резерфорда, указатель в новом приборе сделан так, чтобы максимально плотно прилегать к каналу трубки, настолько, что даже если держать термометр вверх ногами или трясти его, указатель не сдвинется с места; но поскольку минимальный термометр с неподвижным указателем невозможно было бы установить для наблюдения, и он был бы бесполезен, изобретатель ввел позади указателя кусочек цельного стекла длиной около полутора дюймов, который свободно перемещается в спирте. Добавление веса этого кусочка стекла поверх указателя при переворачивании прибора вверх ногами заставляет указатель опуститься к краю спирта; и там он остается, как в случае с обычным термометром Резерфорда. Таким образом, именно путем переворачивания термометра вверх ногами и позволения подвижному кусочку стекла упасть на указатель, указатель загоняется к концу спирта; после этой операции термометр подвешивается горизонтально или вертикально и готов к использованию.

Указатель, хотя и неподвижен сам по себе, спиртом оттягивается назад, как в обычном минимальном термометре, и его показания считываются по шкале по верхнему краю указателя.

76. Желательность ртутных минимальных термометров. — Спирт расширяется неравномерно при равных приращениях тепла, следовательно, в показаниях шкалы могут существовать ошибки, если градуировка не выполнена очень точно — не обязательно равномерно. По этой причине, а также из-за летучести спирта и наличия газовых прослоек в трубке, хороший и абсолютно надежный минимальный термометр долгое время был желаемым прибором. Было желательно получить термометр, который регистрировал бы самую низкую температуру с помощью ртути — жидкости, обычно используемой для метеорологических термометров. Недавно было изобретено несколько приборов, отвечающих этому требованию, которые подходят и удовлетворительны для наземных целей, но прибор, хорошо приспособленный для использования на борту судна, все еще очень востребован.

Для очень низких температур всегда будут требоваться спиртовые термометры, так как ртуть замерзает при -40° F и сжимается очень неравномерно задолго до этой точки, в то время как спирт еще никогда не замерзал.

Fig. 57.

77. Патентный ртутный минимальный термометр Негретти и Замбра, представленный на рис. 57, имеет цилиндрический резервуар большого размера, что на первый взгляд может навести на мысль, что прибор будет недостаточно чувствительным; но поскольку цилиндру придается длина, а не увеличивается его диаметр, он окажется таким же чувствительным, как шарообразный резервуар того же диаметра, и гораздо более чувствительным, чем обычный спиртовой термометр.

Причина большого размера резервуара заключается в том, чтобы позволить внутреннему диаметру трубки термометра быть больше, чем обычно используется для термометрических целей, чтобы стальной указатель, заостренный с обоих концов, мог свободно перемещаться внутри, когда это необходимо.

Трубка выдувается, заполняется и регулируется обычным способом, при этом 60° температуры находятся примерно на середине трубки. Затем на верхнем конце трубки формируется небольшой цилиндрический резервуар, и вводится стальная игла, заостренная с обоих концов; конец, контактирующий со ртутью, более резкий, другой — более вытянутый. Открытый конец трубки теперь вытягивается в тонкую капиллярную трубку, и резервуар прибора нагревается, чтобы ртуть полностью заполнила трубку. Когда ртуть достигает капиллярной трубки, применяется пламя паяльной трубки; стекло искусно расплавляется, лишняя часть удаляется, а трубка остается герметично закрытой. Во время этой операции стальной указатель был погружен в нагретую ртуть. По мере остывания прибора, если держать его вертикально, ртуть будет отступать и обнажать иглу, которая затем будет следовать за опускающимся столбиком просто под действием собственной тяжести. В этом состоянии термометр напоминает максимальный термометр Резерфорда, представляя собой трубку со ртутью и стальным указателем, плавающим на ее поверхности; но он обладает важными преимуществами: он полностью свободен от воздуха, поэтому ртуть может перемещаться с идеальной свободой; а указатель заострен с обоих концов, чтобы позволить ртути проходить мимо, вместо того чтобы быть плоским, что препятствует этому.

Fig. 58.

Для использования термометра его подвешивают перпендикулярно (рис. 57) так, чтобы стальной указатель покоился на поверхности ртутного столбика. По мере сжатия ртути в цилиндре та, что в трубке, опускается, и указатель под действием собственной тяжести следует за ней; напротив, по мере расширения ртути и ее подъема в трубке, она проходит мимо указателя с одной стороны и при подъеме оказывает боковое давление на иглу, прижимая ее к одной стороне трубки, где она остается прочно зафиксированной, оставляя верхний конец иглы показывающим минимальную температуру. В этом термометре отсчет всегда ведется по верхнему концу иглы, а не по самой ртути.

Чтобы извлечь иглу из ртути, используется магнит; если игла погружена лишь на несколько градусов, ее можно легко извлечь, не меняя положения прибора. Если магнита недостаточно для этой цели, мы просто поворачиваем термометр на его опоре из вертикального положения, слегка приподнимая резервуар (рис. 58 (2)). Ртуть и указатель тогда стекут в небольшой резервуар. Если указатель не выходит свободно из трубки вместе со ртутью, помогите ему магнитом, и когда ртуть и указатель окажутся в верхнем резервуаре (рис. 2), приложите магнит снаружи, который притянет и удержит указатель; и, удерживая его таким образом, снова приведите термометр в вертикальное положение, при этом ртуть немедленно упадет обратно в трубку, оставив указатель прикрепленным к магниту (рис. 4), с помощью которого он направляется вниз к поверхности ртути, готовый к другому наблюдению.

Необходимо следить за тем, чтобы не убирать магнит до тех пор, пока указатель не окажется в контакте со ртутью; ибо, если его отпустить до касания, он может погрузиться слишком глубоко и дать ложное показание. Правило для повторной установки будет заключаться в том, чтобы привести кончик иглы в контакт со ртутью, а затем убрать магнит, предварительно убедившись, что к указателю не прилипли частицы ртути.

Иногда, хотя и редко, может случиться так, что с момента регистрации минимальной температуры указателем и до момента проведения наблюдения ртуть может подняться в трубке настолько высоко, что полностью пройдет мимо указателя, как показано (рис. 3). Если это произойдет, пространство, которое занимает указатель, будет легко заметить, так как он будет прижат к одной стороне трубки, вызывая другой вид в этой части, хотя кончик иглы может быть не виден. Если это так, приложите магнит к месту, где, как вы видите, зафиксирован указатель: это прочно удержит иглу. Затем, слегка наклонив термометр резервуаром вверх, ртуть стечет в верхний резервуар, оставив указатель прикрепленным к магниту и полностью открытым. Сняв показания, втяните иглу в верхний резервуар и удерживайте ее там, пока вы регулируете термометр, снова приводя его в вертикальное положение.

Сужая канал этого термометра в изгибе трубки настолько, чтобы ртуть не вытекала из резервуара слишком свободно при движении, прибор становится совершенно безопасным для отправки за границу.

78. Второй патентный ртутный минимальный термометр Негретти и Замбра. — В этом термометре используется принцип, давно известный ученым, а именно сродство ртути к платине. Если ртуть привести в контакт с платиной при обычных обстоятельствах, никакого эффекта не произойдет; но если ртуть однажды заставить воздействовать на платину, амальгамация становится постоянной, а контакт — идеальным, настолько, что этот принцип использовался при создании эталонных барометров. Кольцо из платины сплавлялось вокруг конца трубки, погружаясь в ртуть; и контакт между платиной и ртутью становился настолько совершенным, что воздух не мог просочиться вниз по трубке и вверх по каналу, как в обычных барометрических трубках. Этот принцип адгезии или сродства ртути к платине был использован для цели остановки ртути после того, как она достигла минимальной температуры в термометре. Этот термометр изготовлен следующим образом: позади резервуара помещена дополнительная камера; в пространстве или шейке между резервуаром термометра и камерой помещен небольшой кусочек платины; он может быть любой формы или размера, но чем меньше, тем лучше. Он не должен плотно прилегать к шейке; напротив, он должен быть довольно свободным; он может быть закреплен в положении или нет. Прибор представлен на рис. 59.

Рис. 59.

Инструкция по применению. — Подвесив термометр в горизонтальном положении, добейтесь того, чтобы ртуть находилась в точном контакте с платиновой пробкой, слегка приподняв конец прибора с резервуаром. Теперь термометр готов к наблюдению. При понижении температуры ртуть будет стремиться сжиматься сначала через более легкий проход, а именно позади резервуара; но из-за адгезии ртути к платине она не может отступить отсюда, поэтому она вынуждена сжиматься из индикаторной трубки и будет продолжать делать это до тех пор, пока температура падает; и так как в этом термометре не используются указатели, край ртутного столбика покажет, «как холодно было». При повышении температуры ртуть будет скользить по платиновой пробке и расширяться через более легкий проход в дополнительную камеру, и оставаться там до тех пор, пока снова не произойдет понижение температуры, когда ртуть, которая ушла в дополнительную камеру, первой отступит, пока не достигнет платиновой пробки, ее дальнейшее продвижение будет остановлено; затем она опустится в индикаторной трубке и останется там до сброса.

79. Ртутный минимальный термометр Казеллы. — Общая форма и устройство этого прибора показаны на рис. 60. Трубка с широким каналом, a, имеет на конце плоскую стеклянную диафрагму, образованную резким соединением небольшой камеры, b c, вход в которую в точке b больше, чем канал индикаторной трубки. Результатом этого является то, что при установке термометра, как описано ниже, сжимающая сила ртути при охлаждении оттягивает жидкость только в индикаторном стержне; в то время как при ее расширении от тепла длинный столбик не движется, так как увеличенный объем ртути находит более легкий проход в прикрепленную небольшую грушевидную камеру.

Рис. 60.

Мы полагаем, что небольшая капля воздуха должна быть заключена в камере b c, чтобы действовать как пружина для запуска ртути из камеры при установке термометра. Если бы этого воздуха не было, ртуть настолько прилипла бы к стеклу, что никакое встряхивание не заставило бы ее вытечь из камеры.

Для установки прибора поместите его в горизонтальное положение, подвесив заднюю пластину d на гвоздь, а нижнюю часть поддержав на крючке e. Теперь конец с резервуаром можно осторожно поднимать или опускать, заставляя ртуть медленно течь, пока изогнутая часть a не заполнится, а камера b c не станет совершенно пустой. В этой точке поток ртути в длинном стержне трубки останавливается и показывает точную температуру резервуара или воздуха в данный момент. При повышении температуры ртуть будет расширяться в небольшую камеру b c; а возвращение холода вызовет ее отступление только из этой камеры, пока она не достигнет диафрагмы b. Любое дальнейшее уменьшение тепла оттягивает ртуть вниз по каналу до той степени, которую может достичь холод, где она остается до тех пор, пока не будет оттянута дальше при усилении холода или до сброса для будущих наблюдений.

МАКСИМАЛЬНЫЕ И МИНИМАЛЬНЫЕ ТЕРМОМЕТРЫ.

80. Устройство Резерфорда для получения полного прибора для регистрации тепла и холода заключалось просто в установке максимального термометра и минимального термометра на одной раме или плите. Так сконструированные, их часто называют «дневными и ночными» термометрами, хотя и несколько неуместно; ибо в умеренном климате температура ночи иногда превышает температуру дня, несмотря на то, что обратное является общим законом температуры. Рис. 61 объяснит устройство дневного и ночного термометра Резерфорда.

Рис. 61.

Fig. 62.

81. Самопишущий термометр Сикса. — Очень остроумный и, безусловно, элегантный прибор, который сейчас будет описан, был изобретен Джеймсом Сиксом из Колчестера. Он состоит из длинного цилиндрического резервуара, соединенного с трубкой, длина которой более чем в два раза превышает его длину, изогнутой вокруг каждой его стороны в форме сифона и заканчивающейся меньшим овальным резервуаром. Рисунок 62 дает представление об этом приборе. Нижняя часть сифона заполнена ртутью; длинный резервуар, другие части трубки и часть малого резервуара — высокоочищенным спиртом. Стальной указатель перемещается в спирте в каждом колене сифона. Два указателя заканчиваются сверху и снизу стеклянным шариком, чтобы позволить им перемещаться с наименьшим возможным трением и без разделения спирта или легкого прохождения ртути. Из-за своего веса они всегда покоились бы на ртути; но каждый имеет тонкий волосок, привязанный к его верхнему концу и согнутый против внутренней поверхности трубки, который действует как пружина с достаточной упругостью, чтобы поддерживать указатель в спирте вопреки силе тяжести.

Прибор действует следующим образом: повышение температуры вызывает расширение спирта в длинном резервуаре и вытеснение части ртути в другое колено сифона, в которое она также поднимается от собственного расширения и увлекает за собой указатель, пока не будет достигнута самая высокая температура. Нижний конец этого указателя затем показывает на гравированной шкале максимальную температуру. По мере падения температуры спирт и ртуть сжимаются, и при возвращении к резервуару второй указатель встречает ртуть и увлекается ею вверх, пока не наступит самая низкая температура, когда он остается, чтобы показать на шкале минимальную температуру. Колено сифона, примыкающее к резервуару, требует, следовательно, нисходящей шкалы термометрических градусов; другое колено — восходящей шкалы. Градуировка должна быть получена путем сравнения с эталонным термометром при искусственных температурах, что следует делать таким образом для каждых 5°, чтобы исправить неравномерность канала трубки и неравномерное расширение спирта. Прибор устанавливается для наблюдения путем приведения указателей в контакт со ртутью с помощью небольшого магнита, который притягивает сталь через стекло, так что он легко поднимается или опускается. Их следует подтянуть почти к самому верху колен, когда желательно переместить прибор, который следует осторожно переносить в вертикальном положении; ибо если его перевернуть или положить плашмя, спирт может попасть в ртуть и так разбить столбик, что потребуется мастерство мастера, чтобы привести его в порядок снова. Для передачи обычными средствами транспорта требуется внимание к тому, чтобы держать его вертикально. Запутывание небольшой части ртути с указателями иногда является источником раздражения в этом приборе, так как показания из-за этого становятся несколько неточными. Небольшие разрывы в ртути, либо из-за промежуточных пузырьков спирта, либо из-за прилипания к указателям, обычно могут быть исправлены осторожным постукиванием по раме прибора, чтобы заставить ртуть соединиться с помощью помощи, оказанной таким образом ее превосходной силе тяжести.

Эти термометры, когда они тщательно изготовлены и настроены по эталонному термометру, настоятельно рекомендуются для обычных целей, где не требуется строгая научная точность. Это также единственный жидкостный термометр, применимый для определения температуры моря на глубинах.

ГЛАВА VIII.

ТЕРМОМЕТРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ.

82. Солнечное и земное излучение. — Поверхность земли поглощает тепло солнца в течение дня и излучает тепло в пространство в течение ночи. Оболочка из газов и пара, которую мы называем атмосферой, выполняет весьма важные функции в этих процессах. Благодаря исследованиям профессора Тиндаля мы теперь можем понять эти функции гораздо яснее, чем прежде. Его тщательная, терпеливая и удивительно проницательная серия экспериментов по лучистому теплу удовлетворительно продемонстрировала, что сухой воздух так же прозрачен для лучистого тепла, как и сам вакуум; в то время как воздух, полностью насыщенный водяным паром, поглощает более пяти процентов лучистого тепла, оцениваемого по тепловой единице, принятой для показаний гальванометра о воздействии на термоэлектрический столбик.

Водяной пар в виде тумана или дымки, как хорошо известно, вызывает у нас ощущение холода и мешает здоровой деятельности кожи и легких; причиной этого является его свойство поглощать тепло от нашего тела.

Воздух, содержащий влагу в невидимом состоянии, также оказывает заметное влияние на излучение и поглощение тепла. Благодаря этим свойствам водяной пар действует как своего рода одеяло на земле и поддерживает на ней более высокую температуру, чем она имела бы в противном случае. «Рассматривая землю как источник тепла, несомненно, по крайней мере десять процентов ее тепла перехватывается в пределах десяти футов от поверхности». Таким образом, пар — прозрачный и невидимый или видимый, как облако, туман или дымка — тесно связан с важными процессами солнечного и земного излучения. Облачные или влажные дни уменьшают воздействие солнечного излучения на почву; подобные ночи замедляют излучение от земли. Сухая атмосфера наиболее благоприятна для прямой передачи солнечных лучей; и уход солнца из любого региона, над которым воздух сухой, должен сопровождаться очень быстрым охлаждением почвы. «Удаление на одну летнюю ночь водяного пара из атмосферы, покрывающей Англию, сопровождалось бы уничтожением каждого растения, которое могла бы убить температура замерзания. В Сахаре, где «почва — огонь, а ветер — пламя», охлаждение ночью часто бывает мучительным. В этом регионе ночью образуется лед. В Австралии также суточный диапазон температур очень велик, составляя обычно от 40 до 50 градусов. Короче говоря, можно с уверенностью предсказать, что везде, где воздух сухой, суточный термометрический диапазон будет большим. Это, однако, совсем не то же самое, что сказать, что когда воздух ясный, термометрический диапазон будет большим. Большая прозрачность для света вполне совместима с большой непрозрачностью для тепла; атмосфера может быть заряжена водяным паром, в то время как над головой глубокое синее небо; и в таких случаях земное излучение, несмотря на «ясность», было бы перехвачено». Большой диапазон термометра объясняется отсутствием той защиты от получения или потери тепла, которая обеспечивается при наличии водяного пара в воздухе; и в такую погоду быстрое извлечение влаги с поверхности растений и животных очень вредно для их здорового состояния. «Повреждение нежных растений морозом, даже когда воздух в саду на несколько градусов выше температуры замерзания, также следует относить к охлаждению излучением». Поэтому практика садоводов укрывать нежные растения тонкими матами из плохо излучающего материала часто приносит большую пользу.

С помощью процесса земного излучения лед искусственно образуется в Бенгалии, «где это вещество никогда не образуется естественным путем. Выкапываются неглубокие ямы, которые частично заполняются соломой, а на солому выставляются плоские кастрюли с водой, которая была прокипячена, под ясное небо. Вода является очень мощным излучателем и отдает свое тепло в пространство. Потерянное таким образом тепло не может быть восполнено от земли — этот источник перекрыт непроводящей соломой. Перед восходом солнца в каждом сосуде образуется ледяная корка.... Чтобы производить лед в изобилии, атмосфера должна быть не только ясной, но и сравнительно свободной от водяного пара».

Учитывая, следовательно, важные последствия, сопровождающие как земное, так и солнечное излучение, нам кажется, что наблюдения с помощью радиационных термометров гораздо более полезны для суждения о климате, чем обычно предполагается. Эти наблюдения очень скудны; а те немногие, что есть в записях, не очень надежны, главным образом из-за плохого размещения приборов, в то время как отсутствие единообразия в конструкции может быть еще одной причиной. Актинометр Гершеля и пиргелиометр Пуйе, приборы для определения абсолютного нагревательного эффекта солнечных лучей, должны, однако, более широко использоваться метеорологами. При сравнении наблюдений за излучением следует помнить, что «разница между термометром, который, будучи правильно ограничен [или затенен], дает истинную температуру ночного воздуха, и тем, которому позволено свободно излучать в пространство, должна быть больше на больших высотах, чем на низких»; [6] потому что чем выше место, тем меньше толщина парового экрана, перехватывающего излучение.

83. Термометр солнечного излучения. — «Поскольку обмен теплом между двумя телами путем излучения зависит от относительной температуры, которой они обладают, земля, благодаря лучам, передаваемым от солнца в течение дня, должна постоянно получать приток тепла, который был бы далек от уравновешивания противоположным эффектом ее собственного излучения в пространство. Следовательно, от восхода солнца до двух или трех часов после полудня земля постепенно повышает свою температуру, причем увеличение наиболее велико там, где поверхность состоит из материалов, рассчитанных по своему цвету и текстуре на поглощение тепла, и где она испытывает недостаток влаги, которая своим испарением имела бы тенденцию уменьшать его». [7] Поэтому важно иметь приборы для измерения эффективности солнечного излучения, помимо тех, что показывают температуру места в тени.

Рис. 63.

Рис. 63 показывает устройство максимального термометра Негретти и Замбра для регистрации наибольшего тепла прямых солнечных лучей, поэтому он называется термометром солнечного излучения. Он имеет зачерненный резервуар, шкалу, разделенную на собственном стержне, и деления, защищенные стеклянным экраном. При использовании его следует размещать почти горизонтально, опираясь на Y-образные опоры из дерева или металла, резервуаром под полными лучами солнца, лежащим на траве, и, по возможности, так, чтобы боковые ветры не ударяли по резервуару; и на достаточном расстоянии от любой стены, чтобы он не получал никакого отраженного тепла от солнца. Некоторые наблюдатели размещают термометр на расстоянии до двух футов от земли. Было бы очень желательно, если бы можно было признать один единый план: тот, который показан на рисунке, представляется наиболее общепринятым и наименее спорным.

84. Вакуумный термометр солнечного излучения. — Чтобы тепло, поглощенное зачерненным резервуаром термометра солнечного излучения, не уносилось частично потоками воздуха, которые вступали бы с ним в контакт, прибор был усовершенствован компанией «Негретти и Замбра» в вакуумный термометр солнечного излучения, как показано на рис. 64.

Рис. 64.

Он состоит из радиационного термометра с зачерненным резервуаром, заключенного в стеклянную трубку и шар, из которых выкачан весь воздух. Таким образом, защищенный от потери тепла, которая произошла бы, если бы резервуар был открыт, его показания на 20°–30° выше, чем при размещении рядом с аналогичным прибором с резервуаром, открытым для проходящего воздуха. Временами, когда воздух находился в быстром движении, разница между показаниями термометра, дающего истинную температуру воздуха в тени, и обычного термометра солнечного излучения составляла всего 20°, в то время как разница между температурой воздуха и показаниями радиационного термометра в вакууме достигала 50°. Также обнаружено, что показания почти идентичны на расстояниях от земли, варьирующихся от шести до восемнадцати дюймов. Благодаря использованию этого улучшения есть надежда, что величины солнечного излучения в разных местах могут быть сделаны сопоставимыми; до сих пор они таковыми не были; результаты, полученные в разных местах, нельзя сравнивать, так как резервуары термометров находятся в очень разных условиях относительно воздействия и потоков воздуха. От этого устройства ожидаются важные результаты. Ожидается, что наблюдения в разных местах будут демонстрировать большее согласие. Наблюдателям было бы полезно внимательно отмечать влияние любого значительного уровня интенсивности солнечного тепла на конкретные растения, посевы, фруктовые или другие деревья.

85. Термометр земного излучения — это спиртовой минимальный термометр с градуировкой, вытравленной на стержне и защищенной стеклянным экраном, как показано на рисунке 65, вместо того чтобы быть установленным на раме. Резервуар прозрачный; то есть спирт не окрашен.

Рис. 65.

При использовании его следует размещать резервуаром, полностью открытым небу, лежащим на траве, при этом стержень поддерживается маленькими деревянными вилками. Меры предосторожности, требуемые при работе с этим термометром, аналогичны тем, что применяются для обычных спиртовых термометров, объясненным на странице 76.

Fig. 66.

86. Этриоскоп. — Знаменитый экспериментальный философ сэр Джон Лесли был изобретателем этого прибора, цель которого — дать сравнительное представление об излучении, исходящем от поверхности земли к небу. Он состоит, как показано на рис. 66, из двух стеклянных резервуаров, соединенных вертикальной стеклянной трубкой с настолько тонким каналом, что в ней удерживается немного окрашенной жидкости за счет собственной адгезии, при этом в каждом из резервуаров заключен воздух. Резервуар A заключен в полированную латунную сферу D, сделанную из двух половин и свинченную вместе. Резервуар B зачернен и помещен в центр металлической чаши C, которая хорошо позолочена изнутри и может быть закрыта крышкой F. Латунные покрытия защищают оба резервуара от солнечного излучения или любого случайного источника тепла. Когда крышка надета, жидкость остается на нуле шкалы. При снятии крышки и представлении прибора ясному небу, ночью или днем, резервуар B охлаждается земным излучением, в то время как резервуар A сохраняет температуру воздуха. Воздух, заключенный в B, следовательно, сжимается; а упругость того, что внутри A, выталкивает жидкость вверх по трубке на высоту, пропорциональную интенсивности излучения. Такова чувствительность прибора, что малейшее облако, проходящее над ним, сдерживает подъем жидкости. Сэр Джон Лесли говорит: «Под ясным синим небом этриоскоп иногда показывает холод в пятьдесят миллиезимальных градусов; однако в другие дни, когда воздух кажется столь же ярким, эффект составляет едва 30°». Эта аномалия, по словам доктора Тиндаля, просто объясняется разницей в количестве водяного пара, присутствующего в атмосфере. Присутствие невидимого пара перехватывает излучение от этриоскопа, в то время как его отсутствие открывает дверь для ухода этого излучения в пространство.

Fig. 67.

87. Пиргелиометр Пуйе. — «Этот прибор состоит из неглубокого цилиндра из стали A, рис. 67, который заполнен ртутью. В цилиндр вставлен термометр D, стержень которого защищен куском латунной трубки. Таким образом мы получаем температуру ртути. Плоский конец цилиндра должен быть повернут к солнцу, а поверхность B, представленная таким образом, покрыта ламповой сажей. Имеется воротник и винт C, с помощью которых прибор может быть прикреплен к колу, вбитому в землю или в снег, если наблюдения проводятся на значительных высотах. Необходимо, чтобы поверхность, которая принимает солнечные лучи, была перпендикулярна лучам; и это обеспечивается прикреплением к латунной трубке, которая защищает стержень термометра, диска E точно такого же диаметра, как стальной цилиндр. Когда тень цилиндра точно покрывает диск, мы уверены, что лучи падают перпендикулярно на обращенную вверх поверхность цилиндра.

Fig. 68.

«Наблюдения проводятся следующим образом: во-первых, прибору позволяют не принимать солнечные лучи, а излучать собственное тепло в течение пяти минут против безоблачной части небосвода; затем отмечается понижение температуры ртути, вызванное этим излучением. Далее прибор поворачивают к солнцу так, чтобы солнечные лучи падали перпендикулярно на него в течение пяти минут; теперь отмечается увеличение тепла. Наконец, прибор снова поворачивают к небосводу, в сторону от солнца, и позволяют излучать в течение еще пяти минут, отмечая опускание термометра, как и прежде. Чтобы получить полную нагревательную силу солнца, мы должны добавить к его наблюдаемой нагревательной силе количество, потерянное во время экспозиции, и это количество является средним арифметическим первого и последнего наблюдений. Предполагая, что буква R представляет увеличение температуры за пять минут экспозиции на солнце, а t и t¹ представляют уменьшения температуры, наблюдаемые до и после, тогда полная сила солнца, которую мы можем назвать T, будет выражена так: T = R + ½(t + t¹).

«Поверхность, на которую здесь падают солнечные лучи, известна; количество ртути внутри цилиндра также известно; следовательно, мы можем выразить эффект солнечного тепла на заданную площадь, заявив, что он способен за пять минут поднять такое-то количество ртути на столько-то градусов температуры». — Доктор Тиндаль, «Тепло как вид движения».

88. Актинометр сэра Джона Гершеля для определения абсолютного нагревательного эффекта солнечных лучей, в котором время считается одним из элементов наблюдения, проиллюстрирован рис. 68. Актинометр состоит из большого цилиндрического резервуара термометра со значительно удлиненной шкалой, так что минутные изменения могут быть легко замечены. Резервуар из прозрачного стекла заполнен темно-синей жидкостью, которая расширяется, когда лучи солнца падают прямо на резервуар. Чтобы провести наблюдение, актинометр помещают в тень на одну минуту и считывают показания; затем его подвергают воздействию солнечного света на одну минуту и записывают его показания; наконец, его возвращают в тень и отмечают его показания. Среднее значение двух показаний в тени, вычтенное из показания на солнце, дает фактическую величину расширения жидкости, произведенного солнечными лучами за одну минуту времени. Для получения дополнительной информации см. Отчет Королевского общества по физике и метеорологии; или Метеорологию Кемца, переведенную К. В. Уокером; или Адмиралтейское руководство по научным инструкциям.

ГЛАВА IX.

ГЛУБОКОВОДНЫЕ ТЕРМОМЕТРЫ.

89. О принципе Сикса. — Термометры для определения температуры моря на различных глубинах сконструированы так, чтобы регистрировать либо максимальную, либо минимальную температуру, либо обе. Принцип каждого прибора — принцип Сикса. Существует очень мало частей океана, в которых температура внизу выше, чем на поверхности, за исключением полярных морей, где обычно обнаруживается, что на значительных глубинах на несколько градусов теплее, чем на поверхности. Когда прибор требуется для регистрации только одной температуры, его можно сделать более узким и компактным — большое преимущество при зондировании; и с меньшей длиной резервуара и стеклянной трубки, так что вероятность ошибки уменьшается. Следовательно, минимальный термометр является наиболее полезным для глубоководных зондирований. Эти термометры должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать давление океана на глубине двух или трех миль, где может быть приложена сила для их сжатия, превышающая триста или четыреста атмосфер (по 15 фунтов на квадратный дюйм).

Существовало множество приспособлений для получения точных показаний на больших глубинах. Предлагались, принимались к использованию и в конечном итоге отвергались как лишь приблизительные инструменты различные виды термометров и приборов. Основная причина, по которой такие инструменты не давали точных или надежных показаний, заключалась в том, что вес или давление на резервуары на больших глубинах препятствовали правильному считыванию показаний приборов. Термометры помещали в прочные водонепроницаемые футляры для защиты от давления, но это приспособление лишь замедляло реакцию прибора, причем настолько, что вызывало сомнения в показаниях, полученных с помощью инструмента такой конструкции.

Термометры, изготовленные для этой цели фирмой «Негретти и Замбра», существенно не отличаются от тех, что обычно производятся под названием термометров Сайкса, за исключением следующей важнейшей детали: обычные термометры Сайкса имеют центральный резервуар или цилиндр, содержащий спирт; этот резервуар, являющийся единственной частью инструмента, подверженной воздействию давления, в новом инструменте «Негретти и Замбра» заменен прочным внешним цилиндром из стекла, содержащим ртуть и разреженный воздух. Благодаря этому часть инструмента, восприимчивая к сжатию, была настолько усилена, что никакое давление не может привести к изменению показаний прибора. Этот инструмент был испытан всеми возможными способами, и результаты оказались весьма удовлетворительными, настолько, что их надежность не вызывает никаких сомнений.

Fig. 69.

Шкалы изготовлены из фарфора и прочно закреплены на дубовой подложке, в углублении которой находится резервуар с защитным экраном; подложка закруглена для того, чтобы легко и плотно входить в прочный цилиндрический медный футляр, в котором термометр опускается при выполнении промеров глубины (см. рис. 69). Крышка футляра плотно прилегает и является водонепроницаемой. В нижней части футляра находится клапан, открывающийся вверх; аналогичный клапан есть и в крышке. Они позволяют воде проходить сквозь футляр по мере погружения инструмента, так что при спуске оказывается минимальное сопротивление. В нижней части футляра расположена прочная латунная пружина, защищающая инструмент от резкого удара, если он коснется дна во время быстрого погружения. При подъеме инструмента клапаны закрываются под весом воды, и он достигает поверхности, будучи заполненным водой, взятой с самой нижней точки. Глубоководные термометры, используемые в Королевском военно-морском флоте, имеют именно такую конструкцию.

90. Металлический глубоководный термометр Джонсона. — Возражение против использования ртутных термометров для определения температуры океана на глубинах, возникающее из-за сжатия резервуаров, что имело столь серьезные последствия до модификации конструкции инструмента фирмой «Негретти и Замбра», привело к созданию металлического термометра, полностью свободного от риска искажения показаний из-за сжатия окружающей водой; однако он, безусловно, менее чувствителен к изменениям температуры, чем ртутный. Этот инструмент является изобретением Генри Джонсона, эсквайра, члена Королевского астрономического общества, и описывается им следующим образом:

«В течение 1844 года Джеймсом Глейшером, эсквайром, членом Королевского общества, были проведены некоторые эксперименты по определению температуры воды в Темзе вблизи Гринвича в разные времена года; тогда этот джентльмен обнаружил, что на показания температуры сильно влияет давление на резервуары термометров. На глубине 25 футов это давление было бы почти равно давлению трех четвертей атмосферы. Эти наблюдения демонстрируют важность использования при глубоководных промерах инструмента, не подверженного риску искажения показаний из-за сжатия окружающей водой, и в конечном итоге привели к созданию термометра, который сейчас будет описан.

«Инструмент состоит из твердых металлов со значительным удельным весом, а именно из латуни и стали, удельный вес которых составляет 8,39 и 7,81 соответственно. Поэтому они не подвержены сжатию водой, которая под давлением 1120 атмосфер, или, в круглых числах, на глубине 5000 морских саженей, приобретает плотность или удельный вес 1,06. При создании этого инструмента было использовано хорошо известное различие в коэффициентах расширения и сжатия латуни и стали при нагревании и охлаждении для формирования составных пластин из тонких полос этих металлов, склепанных вместе; обнаружено, что они принимают небольшой изгиб в одну сторону, когда тепло расширяет латунь больше, чем сталь, и небольшой изгиб в противоположную сторону, когда холод сжимает латунь больше, чем сталь.

Fig. 70.

«Показания инструмента фиксируют движения таких составных пластин при изменениях температуры; в них доля латуни, более расширяющегося металла, составляет две трети, а стали — одну треть.

«На одном конце узкой металлической пластины длиной около фута, a, закреплены три температурные шкалы, h, которые возрастают от 25° до 100° по Фаренгейту и которые более четко показаны на чертеже отдельно от инструмента. На одной из этих шкал текущая температура показывается указателем e, который вращается на оси в центре. Регистрирующий индекс g для максимальной температуры и индекс f для минимальной температуры перемещаются вдоль других шкал с помощью штифта на подвижном указателе в точке e, где они удерживаются за счет сильного трения. На равных расстояниях от центра указателя находятся два соединительных элемента d d, с помощью которых он прикреплен к свободным концам двух составных пластин b b, и его движения соответствуют движениям составных пластин при изменениях температуры. Другие концы пластин прикреплены пластиной c к пластине a, на которой закреплены температурные шкалы. Соединение пластин с обеими сторонами центра указателя предотвращает искажение показаний при боковых ударах. Корпус инструмента был улучшен по предложению адмирала Фицроя и теперь представляет собой гладкую цилиндрическую поверхность с закругленными концами, без выступающих креплений.

«В исследовательских экспедициях этот инструмент оказался бы полезен для оповещения об изменении глубины воды и о необходимости проведения промеров. Учеными-путешественниками было замечено, что уменьшение температуры воды сопровождает уменьшение глубины, например, при приближении к суше или при приближении к скрытым скалам или отмелям. Таким образом, внимание также привлекалось бы к близости айсбергов».

Fig. 71.

Этот термометр можно было бы легко модифицировать для выполнения ряда других важных задач, таких как определение температуры периодически действующих горячих источников и грязевых вулканов.

Принцип действия этого термометра не является совершенно новым; но дублирующее расположение пластин, которое эффективно предотвращает перемещение индексов при любом сотрясении, и само применение, безусловно, новы. Профессор Трейл в «Библиотеке полезных знаний» пишет: «В 1803 году г-н Джеймс Крайтон из Глазго опубликовал новый «металлический термометр», в котором движущей силой является неравномерное расширение цинка и железа. Пластина образуется путем соединения пластины из цинка (рис. 71), c d, длиной 8 дюймов, шириной 1 дюйм и толщиной ¼ дюйма с железной пластиной a b той же длины. Нижний конец составной пластины прочно прикреплен к доске из красного дерева в точке e e; штифт f, закрепленный на ее верхнем конце, перемещается в вилкообразном отверстии короткого плеча индекса g. Когда температура повышается, превосходящее расширение цинка c d изогнет всю пластину, как показано на рисунке; и индекс g будет перемещаться вдоль градуированной дуги справа налево пропорционально температуре. Чтобы превратить его в регистрирующий термометр, Крайтон применил две тонкие стрелки h h на оси индекса; они лежат под индексом и перемещаются в противоположных направлениях штифтом i — приспособление, по-видимому, заимствованное из инструмента Фицджеральда», сложного металлического термометра, описанного профессором ранее.

ГЛАВА X.

ТЕРМОМЕТРЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЧКИ КИПЕНИЯ.

91. Кипение. — Температура, при которой жидкость закипает, называется точкой кипения этой конкретной жидкости. Она различна для разных жидкостей; более того, для одной и той же жидкости она варьируется при определенных изменениях обстоятельств. Так, температура кипения одной и той же жидкости в различных состояниях чистоты будет немного изменяться. Существует также тесная связь между давлением, под которым кипит жидкость, и температурой ее кипения. Жидкости, кипящие на открытом воздухе, подвергаются атмосферному давлению, которое, как известно, меняется в разное время и в разных местах; и точка кипения жидкости демонстрирует соответствующие изменения. Когда давление на поверхность любой жидкости увеличивается, температура кипения повышается; а при уменьшении давления кипение происходит при более низкой степени нагрева.

В случае с водой мы обычно указываем точку кипения 212° по Фаренгейту; но это верно только на уровне моря, при среднем атмосферном давлении, представленном в широте Лондона столбом ртути высотой 29,905 дюйма при температуре 32° по Фаренгейту, и когда вода является пресной и не содержит никаких химически растворенных в ней веществ. Когда пар генерируется и удерживается в котле, давление на кипящую воду может быть в несколько раз выше атмосферного. Экспериментально было установлено, что если давление в котле составляет 25 фунтов на квадратный дюйм, температура кипящей воды, а также пара, повышается до 241°; в то время как под откачанным приемником воздушного насоса вода будет кипеть при 185°, когда давление снижено до 17 дюймов ртутного столба.

92. Связь между точкой кипения и высотой. — Поскольку атмосферное давление уменьшается с подъемом, что показывает падение ртути в барометре, из этого следует, что в возвышенных местностях вода или любая другая жидкость, нагретая на открытом воздухе, будет кипеть при температуре более низкой, чем на уровне моря. Следовательно, должна существовать некоторая связь между высотой холма или горы и температурой, при которой жидкость будет кипеть на этой высоте. Таким образом, термометр, используемый для определения точки кипения жидкостей, также является индикатором атмосферного давления и может использоваться в качестве замены барометра при измерении высот.

Если бы атмосферное давление было постоянным на уровне моря и всегда одинаковым для определенных высот, мы могли бы ожидать, что точки кипения жидкостей также будут в точном соответствии с высотой; и, однажды установив эту связь, мы могли бы легко с помощью термометра и кипящей воды определить неизвестную высоту или для известной высоты указать температуру кипения жидкости. Однако, поскольку атмосферное давление постоянно меняется в одном и том же месте в определенных пределах, существуют, так сказать, симпатические изменения в температурах кипения жидкостей. Из этого следует, что высоты никогда нельзя точно измерить ни с помощью барометра, ни с помощью термометра для определения точки кипения, просто проводя наблюдения в местах, высоту которых требуется определить. Чтобы определить высоту с какой-либо степенью точности, необходимо, чтобы аналогичное наблюдение было сделано в то же время на более низкой станции, расположенной не очень далеко в стороне от верхней, и чтобы они многократно повторялись. Когда такие наблюдения проводятся очень тщательно, высота верхней станции над нижней может быть установлена с большой точностью, что неоднократно подтверждалось последующими тригонометрическими измерениями высот, определенных таким образом. Если нижняя станция находится на уровне моря, то, конечно, абсолютная высота верхней получается сразу.

93. Горный термометр; иногда называемый гипсометрическим аппаратом. — Теперь мы должны рассмотреть конструкцию термометра для определения точки кипения и его необходимых принадлежностей, адаптированных для определения высот.

Fig. 72.

Fig. 73.

Устройство инструмента фирмы «Негретти и Замбра» показано на рисунках 72 и 73.

Термометр изготовлен с удлиненным резервуаром, чтобы быть как можно более чувствительным. Шкала длиной около фута градуирована на трубке и варьируется от 180° до 214°, причем каждый градус достаточно велик, чтобы показать деления в десятые доли градуса. Скользящий металлический верньер, возможно, было бы полезно прикрепить к трубке, что позволило бы наблюдателю отмечать сотые доли градуса; что, однако, он может довольно хорошо сделать путем оценки. Котел сконструирован так, чтобы позволить не только резервуару, но и трубке термометра быть окруженными паром. Устройство легко понять, обратившись к прилагаемой схеме, рис. 73.

C — медный котел, поддерживаемый штативом, чтобы позволить разместить под ним металлическую спиртовую лампу A. Пламя лампы может быть окружено мелкой проволочной сеткой B, которая предотвратит его погасание при экспериментировании на открытом воздухе. E E E — трехсекционная телескопическая трубка, исходящая из котла и также открытая сверху. Другая трубка, аналогично сконструированная, охватывает ее, как показано на D D D. Эта трубка привинчена к верхней части котла и имеет два отверстия: одно сверху для вставки термометра, другое внизу, G, для выхода пара. По мере образования пара он поднимается во внутренней трубке, проходит вниз между трубками и вытекает в G. Термометр опускается вниз, поддерживаемый резиновой шайбой, плотно прилегающей к пару, так чтобы оставить верхнюю часть ртути, когда точка кипения достигнута, достаточно видимой для проведения наблюдения. Телескопическое движение и способ поддержки термометра позволяют наблюдателю всегда держать резервуар близко к воде, а двойная трубка обеспечивает всю защиту, необходимую для получения стабильной точки кипения. Некоторые термометры для определения точки кипения сконструированы так, что их шкалы полностью открыты воздуху, который может быть очень холодным, и, следовательно, может в некоторой степени сжать столбик ртути вне котла. Пар, имеющий ту же температуру, что и кипящая вода, поддерживает трубку на протяжении почти всей ее длины при одной и той же степени нагрева в описанном аппарате. Все это можно очень компактно и надежно упаковать в жестяной футляр для путешествий, как на рис. 72.

Указания по использованию. — Когда аппарат требуется для практического использования, необходимо налить в котел достаточное количество воды, чтобы заполнить его примерно на одну треть через отверстие F, которое затем должно быть закрыто винтовой пробкой. Затем зажгите лампу. Через короткое время пар начнет выходить из G; и ртуть в термометре, тщательно погруженном, будет быстро подниматься, пока не достигнет стационарной точки, которая и является температурой кипения. Наблюдение теперь следует провести и записать с максимально возможной точностью, а температуру наружного воздуха необходимо отметить в то же время с помощью обычного термометра.

Используемая вода должна быть чистой. Поэтому дистиллированная вода была бы лучшей. Если вещество находится в воде во взвешенном состоянии, это не повлияет на точку кипения. Таким образом, мутная вода подошла бы так же хорошо, как и дистиллированная. Однако, поскольку нельзя легко установить, что в воде не растворено ничего химически, когда она грязная, мы будем правы, только если используем чистую воду.

94. Меры предосторожности для обеспечения правильной градуировки. — Те, кто владеет термометром для определения точки кипения, должны убедиться, что он был правильно градуирован. Для этого рекомендуется проверить его по показаниям стандартного барометра, приведенным к 32° по Фаренгейту. Таблица «Упругость пара» (приведенная на стр. 62) предоставит средства для сравнения. Так, если приведенное показание барометра, скорректированное также по широте, составляет 29,922, термометр должен показывать 212° как точку кипения воды в то же время и в том же месте; если 29,745, термометр должен показывать 211,7; и так далее согласно таблице. Таким образом можно получить ошибку основной точки шкалы. Другие части шкалы можно проверить с помощью стандартного термометра, подвергнув оба одной и той же температуре и сравнив их показания. Градуировкам, установленным некоторыми производителями, не всегда можно доверять; и этот важный тест следует проводить с предельной точностью и осторожностью.

Адмирал Фицрой пишет в своих «Заметках по метеорологии»: «Каждый градус термометра для определения точки кипения эквивалентен примерно 550 футам подъема, или одна десятая — 55 футам; следовательно, малейшая ошибка в градуировке самого термометра существенно повлияет на выведенную высоту.

«В термометре, который градуирован от 212° (точка кипения) до 180°, подобно тем, что предназначены для измерения высот, должна была быть отправная точка, или ноль, с которой начинать градуировку. Я спросил оптика в Лондоне, как он установил этот ноль, точку кипения. «Кипячением воды у себя дома», — ответил он. «Где ваш дом?» В такой-то части города, ответил он. Я сказал: «На какой высоте он над уровнем моря?», на что он ответил: «Я не знаю»; и когда я спросил о состоянии барометра, когда он кипятил воду, была ли ртуть высокой или низкой, он сказал, что не смотрел на него! Теперь, поскольку этот инструмент предназначен для измерения высот и определения разностей в несколько сотен, если не тысяч футов вверх, по крайней мере, следует попытаться установить надежную отправную точку. Из наведенных справок я полагаю, что определение точки кипения обычных термометров было очень расплывчатым, не только из-за крайних трудностей самого процесса (которые хорошо известны оптикам), но и из-за радикальных ошибок, заключающихся в том, что не учитывается давление атмосферы во время градуировки — которое может быть намного, даже на дюйм выше или ниже среднего или любой заданной высоты — в то время как высота места над уровнем моря также остается без внимания. Затем есть еще один источник ошибки, возможно, второстепенный: внутренний предел, точка 180°, устанавливается только сравнением с другим термометром; он может быть правильным, а может быть очень сильно ошибочным, как и промежуточные деления; ибо трудность установления градус за градусом велика: и следует помнить, что измерение очень высокой горы зависит от этих внутренних градусов от 200° до 180°, около того. Следовательно, трудность проведения надежного наблюдения путем кипячения воды кажется большей, чем это обычно признавалось».

95. Метод расчета высот по наблюдениям с помощью горного термометра. — Рассмотрев, как проводить наблюдения с должной тщательностью и точностью, становится необходимым знать, как вывести высоту путем расчета. О том, что между температурой кипения воды и давлением воздуха существует постоянная тесная связь, мы уже узнали. Это знание является результатом тщательных экспериментов, проведенных несколькими научными экспериментаторами, которые также составили формулы и таблицы для перевода температур кипения в соответствующие давления пара, или, что эквивалентно, атмосферы, когда операция выполняется на открытом воздухе. Как и следовало ожидать, нет полного согласия в результатах, полученных разными лицами. Реньо является самым недавним, и его эксперименты считаются наиболее надежными.

Из таблицы упругости пара Реньо мы можем получить давление в дюймах ртутного столба при 32°, которое соответствует наблюдаемой точке кипения; или наоборот, если требуется. Из давления высоту можно вывести методом нахождения высот с помощью барометра.

Следующая таблица выражает очень близко высоту в футах, соответствующую падению на 1° температуры кипящей воды:—

Boiling Temperatures between. |  | Elevation in Feet for each Degree.
214° and 210— |  | 520
210   and 200— |  | 530
200   and 190 |  | 550
190   and 180 |  | 570

Эти числа очень хорошо согласуются с результатами теории и фактических наблюдений. Предполагается, что точка кипения будет уменьшаться на 1° на каждые 520 футов подъема, пока температура не станет 210°, затем 530 футов высоты будут понижать ее на один градус, пока вода не закипит при 200°, и так далее; при условии, что воздух имеет температуру 32°.

Пусть H представляет вертикальную высоту в футах между двумя станциями; B и b — точки кипения воды на нижней и верхней станциях соответственно; f — коэффициент, найденный в приведенной выше таблице. Тогда

H = f (B - b)

Далее, пусть m будет средней температурой слоя воздуха между станциями. Теперь, если средняя температура меньше 32°, столб воздуха будет короче; а если больше — длиннее, чем при 32°. Согласно Реньо, воздух расширяется на 1/491,13 или 0,002036 своего объема при 32° на каждый градус повышения тепла. Называя поправку, обусловленную средней температурой воздуха, C, ее значение будет найдено из уравнения,

C = H (m - 32) 0,002036

Называя скорректированную высоту H', она будет найдена из формулы,

H' = H + H (m - 32) 0,002036

то есть,

H' = H {1 + (m - 32) 0,002036}

и подставляя значение H,

H' = f (B - b) {1 + (m - 32) 0,002036}

Строго говоря, согласно теоретическим соображениям, существует поправка, обусловленная широтой, как и при определении высот с помощью барометра; но ее значение настолько мало, что практически не имеет значения.

Если барометр наблюдается на одной из станций, таблица упругости пара (стр. 62) будет полезна при переводе давления в соответствующую точку кипения или наоборот; так что разность высот может быть найдена либо методами, используемыми для термометра для определения точки кипения, либо для барометра.

В заключение можно отметить, что наблюдатели, имеющие хорошие инструменты на значительных высотах, таких как места на горах или плато, принесли бы пользу науке, регистрируя в течение длительного времени показания барометра вместе с температурой кипения воды как можно точнее. Такие наблюдения послужили бы для проверки точности теоретических выводов и закрепления с уверенностью теоретической шкалы с показаниями барометра.

Пример расчета высот по наблюдениям точки кипения воды. — 1. В Женеве наблюдаемая точка кипения воды составляла 209,335°; на Большом Сен-Бернаре она составляла 197,64°; средняя температура промежуточного воздуха была 63,5°; требуется высота Большого Сен-Бернара над Женевой.

Метод по формуле:—

H' = f (B - b) {1 + (m - 32°) 0,002036}

В этом случае f находится между 530 и 550, или 540.

B = | 209·335 |  |  | m = | 63·5
b = | 197·64 |  | 32
| 11·695 |  | 31·5
f = | 540 |  | ·002036
| 6315·3 |  | 0·0641340
| 1·064 |  | 1
H′ = | 6719·5 | feet. |  | 1·064

Метод по таблицам, прилагаемым к аппарату для определения точки кипения, изготовленному фирмой «Негретти и Замбра»:—

209·335 | gives | 1464 | in Table I.
197·64 | " | 7736 | "
| 6272
63·5 | " | 1·07 | in Table II.
Height |  | 6711

96. Термометры для инженеров. — 1-й. Салинометр. — При обстоятельствах, при которых пресная вода кипит при 212°, морская вода кипит при 213,2°. Температура кипения повышается при химическом растворении любого вещества в воде, и тем больше, чем больше растворенного вещества.

Зная этот принцип, морские инженеры используют термометр для определения количества солей, удерживаемых в растворе водой в котлах морских пароходов. Обычная морская вода содержит 1/33 своего объема соли и других землистых веществ. По мере испарения раствор становится пропорционально сильнее, и требуется больше тепла для получения пара. Следующая таблица из работы г-д Мэйна и Брауна о морском паровом двигателе показывает связь между точкой кипения при среднем атмосферном давлении, или 30 дюймами ртутного столба, и долей вещества, растворенного в воде:—

Proportion of Salt in 100 parts of water | 0 | Boiling-point | 212°
"" | ¹⁄33 | " | 213·2
"" | ²⁄33 | " | 214·4
"" | ³⁄33 | " | 215·5
"" | ⁴⁄33 | " | 216·6
"" | ⁵⁄33 | " | 217·9
"" | ⁶⁄33 | " | 219·0
"" | ⁷⁄33 | " | 220·2
"" | ⁸⁄33 | " | 221·4
"" | ⁹⁄33 | " | 222·5
"" | ¹⁰⁄33 | " | 223·7
"" | ¹¹⁄33 | " | 224·9
"" | ¹²⁄33 | " | 226·0

Fig. 74.

Когда соли в растворе составляют 12/33, вода насыщена. Также было установлено, что когда достигается раствор 4/33, начинается образование накипи веществ на котле. Следовательно, у инженеров принято правило выпускать часть кипящей воды, когда термометр показывает температуру 216°, и вводить немного больше холодной воды, чтобы предотвратить образование накипи, которая не только повреждает котел, но и препятствует прохождению тепла к воде. Термометр, используемый для этой цели, должен быть очень точно градуирован, и шкала должна быть значительно выше, хотя ей не нужно читать намного ниже 212°.

2-й. Манометр. — Упругость газов увеличивается при повышении температуры, и наоборот; следовательно, из этого следует, что когда пар генерируется в закрытом котле, его температура поднимается выше температуры кипения 212° из-за повышенного давления на воду. Закон, связывающий давление и соответствующую температуру пара, такой же, как тот, на котором происходит кипение жидкостей при пониженном атмосферном давлении. Следовательно, показания термометра становятся экспонентами давления пара. Инженеры снабжаются в работах по паровым двигателям таблицами, из которых давление, соответствующее данной температуре, или обратное, можно получить простым осмотром.

Рис. 74 представляет термометр, используемый в качестве манометра давления пара. Он установлен в латунном корпусе с винтовой пробкой и шайбами для закрытия котла, когда термометр не используется. Шкала показывает давление, соответствующее температуре, от 15 до 120 фунтов выше атмосферного давления, которое обычно принимается за 15 фунтов на квадратный дюйм.

ГЛАВА XI.

ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА.

97. Гигрометрические вещества. — Инструменты, разработанные для цели определения влажности атмосферы, называются гигрометрами. Самые ранние изобретенные гигрометры были сконструированы из веществ, на которые легко воздействует пар в воздухе, таких как волосы, трава, морские водоросли, кетгут и т. д., которые все поглощают влагу и тем самым увеличиваются в длину, а при лишении ее путем высыхания они сжимаются. Игрушечные гигрометры, основанные на принципе поглощения, все еще распространены как украшения для каминных полок. Полезный маленький инструмент этого класса, сформированный из бороды дикого овса, сделан так, чтобы напоминать часы по внешнему виду, и предназначен для доказательства сырости или сухости кроватей: подвижная стрелка указывает на циферблате гигрометрическое состояние одежды, на которую положен инструмент.

Fig. 75.

98. Гигрометр Соссюра, ранее использовавшийся как метеорологический инструмент, но теперь рассматриваемый как декоративная диковинка, представлен на рис. 75. Его действие зависит от подготовленного волоса, закрепленного одним концом на раме инструмента и намотанного вокруг шкива на другом. Шкив несет указатель, который имеет противовес, достаточный для поддержания волоса в натянутом состоянии. Благодаря этому сжатие и удлинение волоса заставляют указатель перемещаться по градуированной дуге, указывающей относительную влажность.

Такие инструменты, как бы они ни были изобретательны, не имеют научной ценности; потому что они не допускают строгого сравнения, подвержены изменению своих свойств сжатия и расширения и не могут быть сделаны так, чтобы указывать точно одинаково.

99. Точка росы. — Количество воды, которое воздух может удерживать в невидимой форме, увеличивается с температурой; но для каждой определенной температуры существует предел количества пара, который может быть таким образом рассеян. Когда воздух охлаждается, присутствующий пар может быть больше, чем он может удерживать; часть его затем будет конденсироваться в виде росы, дождя, града или снега, в зависимости от метеорологических обстоятельств. Температура, которую имеет воздух, когда он настолько полностью насыщен паром, что любой избыток будет осаждаться в виде росы, называется точкой росы.

100. Дрозометр. — «Для измерения количества росы, выпадающей каждую ночь, используется инструмент, называемый дрозометром. Самый простой процесс состоит в том, чтобы подвергать открытому воздуху тела, чей точный вес известен, а затем взвешивать их заново после того, как они покрыты росой. Согласно Уэллсу, предпочтительны клочья шерсти весом около восьми гран, которые должны быть разделены [сформированы] в сферические массы диаметром около двух дюймов». — Кемтц.

101. Влажность. — Пропорция, существующая между количеством пара, фактически присутствующего в воздухе в любое время, и количеством, необходимым для его полного насыщения, называется степенью влажности. Она обычно выражается в сотенной шкале, где 0 — полная сухость, а 100 — полное насыщение.

Давление, или упругость, пара при температуре точки росы, деленное на упругость пара при температуре воздуха, и частное, умноженное на 100, дает степень влажности. (Следует использовать таблицы Реньо.)

Отсюда полезность инструментов для определения точки росы.

Fig. 76.

102. Гигрометр Лесли. — Этот инструмент состоит из стеклянной сифонной трубки, заканчивающейся резервуаром или шаром на каждом конце, повернутыми наружу друг от друга, как на рис. 76. Трубка частично заполнена концентрированной серной кислотой, окрашенной кармином. Один из шаров гладко покрыт тонким муслином и постоянно поддерживается увлажненным чистой водой, поступающей из вазы, помещенной рядом с ним, за счет капиллярного притяжения нескольких нитей чистого хлопкового фитиля. Опускание окрашенной жидкости в другой трубке будет отмечать уменьшение температуры, вызванное испарением воды с влажной поверхности. Чем суше окружающий воздух, тем быстрее будет идти испарение; и холод будет больше. Когда воздух почти насыщен влагой, испарение идет медленно; холод умеренный, потому что шар восстанавливает большую часть своего потерянного тепла от окружающих тел; и степень охлаждения шара является показателем сухости воздуха.

«Если вода замерзнет на шаре, этот гигрометр все равно будет действовать; ибо испарение идет с поверхности льда пропорционально сухости воздуха. Лесли оценивает, что когда шар влажный, воздух при температуре шара будет поглощать влагу, равную шестнадцатитысячной части своего веса, на каждый градус его гигрометра; и так как лед при таянии требует одну седьмую калорий, потребляемых при превращении воды в пар, когда шар замерзнет, гигрометр опустится больше, чем когда он влажный, на 1° в 7°; и, следовательно, в замороженном состоянии мы должны увеличить значение градусов на одну седьмую: так что каждый из них будет соответствовать поглощению влаги, равному одной четырнадцатитысячной части веса воздуха.

«Когда этот гигрометр стоит на 15°, воздух кажется влажным; от 30° до 40° мы считаем его сухим; от 50° до 60° — очень сухим; и от 70° и выше мы назвали бы его интенсивно сухим. Комната казалась бы некомфортной и, вероятно, была бы нездоровой, если бы инструмент в ней не достигал 30°. [8] В густых туманах он держится почти в начале шкалы. Зимой в нашем климате он варьируется от 5° до 15°; летом часто от 15° до 55°; и иногда достигает 80° или 90°. Наибольшая степень сухости, когда-либо замеченная Лесли, была в Париже в сентябре, когда гигрометр показывал 120°». — Профессор Трейл в «Библиотеке полезных знаний».

При оценке значения показаний этого гигрометра следует иметь в виду, что шкала, принятая Лесли, была миллезимальной, то есть от точки замерзания до точки кипения воды была разделена на тысячу частей; десять миллезимальных градусов, следовательно, равны одному градусу шкалы Цельсия.

103. ГИГРОМЕТР ДАНИЭЛЯ.

Fig. 77.

Этот инструмент был изобретен около 1820 года профессором Даниэлем, выдающимся автором «Метеорологических эссе»; и он полностью вытеснил все гигрометры, зависящие от поглощения влаги. Форма инструмента показана на рис. 77.

Он состоит из стеклянной трубки диаметром канала около одной восьмой дюйма, согнутой дважды под прямым углом и заканчивающейся на каждом конце резервуаром диаметром около одного дюйма с четвертью. В одном колене трубки заключен чувствительный термометр, который опускается в центр соседнего резервуара, который примерно на три четверти заполнен серным эфиром. Все остальные части трубки тщательно освобождены от воздуха, так что они заняты парами эфира. Этот резервуар обычно сделан из черного стекла; другой прозрачен, но покрыт куском тонкого муслина. Опора для трубки имеет прикрепленный термометр, который показывает температуру наружного воздуха. Трубку можно снять со штатива, и детали упаковываются вместе с необходимым флаконом эфира в небольшую коробку, которую легко положить в карман.

Как пользоваться гигрометром. — Этот инструмент дает точку росы путем прямого наблюдения, которое должно быть сделано следующим образом: — Закрепив трубку на штативе резервуарами вертикально вниз, весь эфир заставляют стечь в нижний шар путем наклона трубки. Температура воздуха отмечается открытым термометром. Затем немного эфира наливается из капельной трубки, входящей в горлышко флакона, на покрытый муслином резервуар. Быстрое испарение этого эфира охлаждает резервуар и вызывает конденсацию эфирных паров внутри него. Это приводит к быстрому испарению эфира в нижнем резервуаре, благодаря чему его температура значительно снижается. Воздух поблизости лишается своего тепла холодным резервуаром и вскоре охлаждается до температуры, при которой он идеально насыщен паром, который содержит. Охлажденный хоть немного ниже этой температуры, часть водяного пара сконденсируется и образует росу на резервуаре из черного стекла. При первом признаке появления росы снимается показание внутреннего термометра: это и есть точка росы.

Этот гигрометр имеет неоспоримые недостатки. Поверхность, на которой конденсируется роса, мала и требует особого направления света, чтобы хорошо ее видеть. Наблюдатель, сосредоточив внимание на резервуаре и термометре, не всегда может точно зафиксировать точку росы; и поэтому ему рекомендуется отмечать температуру при появлении и при исчезновении росы, чтобы уменьшить вероятность ошибки. Без сомнения, неизбежно долгое пребывание наблюдателя рядом с инструментом в некоторой степени влияет на наблюдаемые температуры; и трудность не всегда возможности приобрести чистый эфир для экспериментов — не самый малый из недостатков использования инструмента. Некоторые из этих недостатков устранены в гигрометре Реньо.

Fig. 78.

104. КОНДЕНСАЦИОННЫЙ ГИГРОМЕТР РЕНЬО

(Рис. 78) состоит из трубки C, сделанной из серебра, очень тонкой и идеально отполированной; трубка больше с одного конца, чем с другого, большая часть имеет глубину 1,8 дюйма и диаметр 0,8; она плотно пригнана к латунному штативу B с телескопическим устройством для регулировки при проведении наблюдения.

Трубка C имеет небольшой боковой патрубок, к которому прикреплена резиновая трубка с мундштуком из слоновой кости; этот патрубок входит в C под прямым углом около верха и проходит через него до дна самой большой части.

Чувствительный термометр D вставлен через пробку или резиновую шайбу на открытом конце трубки C, резервуар которого опускается в центр ее самой большой части.

G — прикрепленный термометр для измерения температуры воздуха, а F — бутылка, содержащая эфир.

Чтобы использовать конденсационный гигрометр, достаточное количество эфира наливается в серебряную трубку, чтобы покрыть резервуар термометра: при пропускании воздуха пузырек за пузырьком через эфир путем дыхания в трубку E будет получена равномерная температура; если эфир продолжает перемешиваться путем энергичного дыхания через трубку, результатом будет быстрое снижение температуры; в момент, когда эфир охлаждается до температуры точки росы, внешняя поверхность той части серебряной трубки, которая содержит эфир, покроется слоем влаги, и градус, показанный термометром в этот момент, будет температурой точки росы.

Эта форма гигрометра для определения точки росы путем прямого наблюдения настолько превосходит гигрометр Даниэля, как по своей надежности в показаниях, так и по экономичности в использовании, что фирма «Негретти и Замбра» была побуждена модифицировать его и снизить его цену до немногим более цены хорошего гигрометра Даниэля.

Fig. 79.

105. Температура испарения. — Когда воздух не насыщен паром, испарение идет с большей или меньшей активностью, в зависимости от того, высока или низка температура, повышается она или падает. Теперь пар не может образоваться без затраты тепла; так как мы неизменно обнаруживаем, что процесс испарения понижает температуру жидкости, из которой образуется пар, и, путем передачи, также температуру соседних веществ. Так, эмигрант, пересекающий экватор под палящим влиянием вертикального солнца, оборачивает влажное полотенце вокруг своей банки с водой, раскачивает ее на ветру, чтобы испарить влагу полотенца, и получает стакан прохладной воды. Так же и европейские жители в Индии в жаркое время года расстилают маты в своих комнатах и держат их влажными, чтобы испарение могло охладить воздух. Этот принцип был применен для цели определения гигрометрического состояния воздуха в инструменте, известном как гигрометр Мейсона, или психрометр, который сейчас широко используется из-за своей простоты, точности и легкости наблюдения.

106. ГИГРОМЕТР МЕЙСОНА.

Гигрометр с сухим и влажным термометром, или психрометр, известный также как гигрометр Мейсона (рис. 79), состоит из двух параллельных термометров, максимально идентичных, установленных на деревянном кронштейне, один помечен как «сухой», другой — «влажный». Резервуар влажного термометра покрыт тонким муслином, и вокруг шейки скручена проводящая нить из лампового фитиля, которая проходит в сосуд с водой, помещенный на таком расстоянии, чтобы позволить длину проводящей нити около трех дюймов; чашка или стакан помещены с одной стороны и немного ниже, чтобы вода внутри не влияла на показания сухого термометра. При наблюдении глаз должен быть расположен на уровне верха ртути в трубке, и наблюдатель должен воздерживаться от дыхания во время проведения наблюдения.

Сухой термометр показывает температуру самого воздуха; в то время как влажный, охлаждаемый испарением, показывает более низкую температуру в зависимости от скорости испарения.

Как найти точку росы. — По показаниям двух термометров точку росы можно вывести по формулам (та, что известна как формула Апджона, считается наиболее теоретически верной) или по ценным гигрометрическим таблицам Дж. Глейшера, эсквайра, члена Королевского общества.

Для практических целей при оценке сравнительной влажности прилагаемая таблица, которая является сокращением из сложной работы г-на Глейшера, будет достаточной; она, по крайней мере, послужит для помощи в ознакомлении неопытных со значением показаний психрометра:—

Temperature
by the
Dry Bulb
Thermometer.
Difference between Dry-bulb and Wet-bulb Readings.

2° | 4° | 6° | 8° | 10° | 12°
Degree of Humidity.
34° | 79 | 63 | 50 | .. | .. | ..
36 | 82 | 66 | 53 | .. | .. | ..
38 | 83 | 68 | 56 | 45 | .. | ..
40 | 84 | 70 | 58 | 47 | .. | ..
42 | 84 | 71 | 59 | 49 | .. | ..
44 | 85 | 72 | 60 | 50 | .. | ..
46 | 86 | 73 | 61 | 51 | .. | ..
48 | 86 | 73 | 62 | 52 | 44 | ..
50 | 86 | 74 | 63 | 53 | 45 | ..
52 | 86 | 74 | 64 | 54 | 46 | ..
54 | 86 | 74 | 64 | 55 | 47 | ..
56 | 87 | 75 | 65 | 56 | 48 | ..
58 | 87 | 76 | 66 | 57 | 49 | ..
60 | 88 | 76 | 66 | 58 | 50 | 43
62 | 88 | 77 | 67 | 58 | 50 | 44
64 | 88 | 77 | 67 | 59 | 51 | 45
66 | 88 | 78 | 68 | 60 | 52 | 45
68 | 88 | 78 | 68 | 60 | 52 | 46
70 | 88 | 78 | 69 | 61 | 53 | 47
72 | 89 | 79 | 69 | 61 | 54 | 48
74 | 89 | 79 | 70 | 62 | 55 | 48
76 | 89 | 79 | 71 | 63 | 55 | 49
78 | 89 | 79 | 71 | 63 | 56 | 50
80 | 90 | 80 | 71 | 63 | 56 | 50
82 | 90 | 80 | 72 | 64 | 57 | 51
84 | 90 | 80 | 72 | 64 | 57 | 51
86 | 90 | 80 | 72 | 64 | 58 | 52

Общее количество водяного пара, которое при любой температуре может быть рассеяно в воздухе, представлено как 100, процент фактически присутствующего пара будет найден в таблице напротив температуры сухого термометра и под разностью между температурами сухого и влажного термометров. Степень влажности для промежуточных температур и разностей по сравнению с данными в таблице можно легко оценить достаточно точно для большинства практических целей.

Разность между показаниями двух термометров, взятая от показания влажного термометра, дает точку росы очень близко, когда воздух имеет любую температуру между точкой замерзания и 80°. Это простое правило окажется полезным для садоводов, так как оно позволит им оценить охлаждающий эффект росы или инея на нежные растения.

Использование в качестве индикатора погоды. — В нашем климате обычная разность между показаниями термометров — на открытом воздухе, в тени от солнца, отраженного тепла и потоков воздуха — варьируется от одного до двенадцати градусов. В жарких и сухих климатах, таких как Индия и Австралия, диапазон на открытом воздухе достигал 30°, иногда.

Когда влага замерзает, резервуар следует увлажнить заново и снять показание непосредственно перед тем, как он снова замерзнет; но наблюдение тогда имеет мало ценности, и для общих целей его не нужно проводить, так как известно, что воздух сухой в морозную погоду.

Муслин или хлопчатобумажную тряпку следует мыть один или два раза в неделю, поливая резервуар водой; и ее следует заменять свежим куском не реже одного раза в месяц. Точность очень сильно зависит от поддержания влажного резервуара в чистоте и не слишком влажным.

В сочетании с барометром этот гигрометр очень полезен не только на суше, но особенно в море, где другие виды гигрометров не могут практически использоваться. Падение барометра указывает на приближение ветра или дождя: если гигрометр показывает увеличение сырости из-за того, что разность показаний становится меньше, — следовательно, можно ожидать дождя. Напротив, если гигрометр показывает продолжающуюся или увеличивающуюся сухость, вероятен более сильный ветер без дождя.

Бытовое использование. — Гигрометр Мейсона полезен при регулировании влажности воздуха в помещениях; разность показаний термометров от 5° до 8° считается здоровой. Многие жалобы требуют, чтобы температура и влажность воздуха, которым дышит больной, тщательно регулировались. Следовательно, это ценный бытовой инструмент. В комнате его следует размещать как можно дальше от огня, но не подвергать воздействию сквозняков.

Рис. 80 и 81 показывают дешевые устройства инструмента для бытовых целей. Другие устройства придаются инструменту, чтобы сделать его пригодным для демонстрации гигрометрического состояния воздуха в теплицах, оранжереях, солодовнях, складах, мануфактурах и т. д.

Fig. 80. |  | Fig. 81. |  | Fig. 82. |

Рис. 82 показывает инструмент, установленный на латунном штативе с откидными ножками и металлической крышкой, чтобы сделать его портативным.

107. Саморегистрирующий гигрометр. — Максимальный термометр и минимальный термометр, каждый из которых оснащен как влажный термометр, записывают самую высокую и самую низкую температуру испарения в течение интервала наблюдения. Ртутный максимальный термометр Негретти и спиртовой минимальный подходят лучше всего.

108. Причины образования росы. — «Водяной пар в нашей атмосфере является мощным излучателем; однако он рассеян в воздухе, масса которого обычно превышает массу самого пара более чем в сто раз. Следовательно, прежде чем пар сможет охладиться до точки конденсации, он должен отдать не только собственное тепло, но и тепло той значительной массы воздуха, которая его окружает. Замедление охлаждения, обусловленное этой причиной, позволяет хорошим твердым излучателям на поверхности земли опережать пар по скорости охлаждения; и поэтому на этих телах водяной пар может конденсироваться в жидкость или даже замерзать в виде инея, в то время как на высоте нескольких футов над поверхностью он все еще сохраняет свое газообразное состояние». Количество влаги, осаждающейся таким образом, варьируется в зависимости от различных атмосферных условий. Если небо явно облачное или туманное, тепло, излучаемое землей, будет частично возвращено за счет противоизлучения видимого пара; охлаждение земной поверхности, следовательно, будет происходить медленно, и росы выпадет мало. С другой стороны, если воздух содержит прозрачный пар, а небо кажется ясным, противоизлучение будет меньше, земля будет охлаждаться быстро, и выпадение росы будет обильным; при условии, что ночь сравнительно спокойная, ибо, когда дует ветер, циркулирующий воздух поставляет тепло излучающим веществам и предотвращает значительное охлаждение.

Роса, выпадающая в тропических странах, значительно превосходит по количеству ту, что мы наблюдаем в нашем климате; поскольку воздух там из-за сильной жары способен удерживать большое количество пара в прозрачном состоянии, и присутствуют условия, наиболее благоприятные для максимального снижения температуры за счет излучения. В тех местах или на тех веществах, которые охлаждаются сильнее и быстрее всего, роса выпадает наиболее обильно.

Рис. 83.

109. Схема размещения термометров и т. д. — На рисунке 83 показана удобная панель для крепления термометров в открытом положении на штативе (например, штативе Глейшера, описанном в главе XVI) для обычных научных наблюдений. Она имеет выступающий карниз B для отвода дождя от инструментов, при этом панель A установлена вертикально. Гигрометр размещен в точке E, а сосуд с водой — в точке F. Спиртовой минимальный термометр представлен в точке C в положении, наиболее благоприятном для его надежной работы; а в точке D показан один из максимальных термометров Негретти и Замбра, положение которого может быть более близким к горизонтальному, чем показано на рисунке, хотя небольшое опускание конца рамки с резервуаром желательно, но не обязательно, так как этот термометр можно использовать в любом положении.

ГЛАВА XII.

ИНСТРУМЕНТЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ОСАДКОВ.

Инструменты, используемые для измерения количества дождя, выпадающего в определенном месте, имеют очень простую конструкцию. Пожалуй, самый простой из них:

110. Дождемер Говарда. — Он состоит из медной воронки, прочной стеклянной или каменной бутыли и мерного стакана. Бутыль устанавливается на землю, а воронка вставляется в ее горлышко. Латунный ободок или цилиндр, закрепленный на внешней поверхности воронки, охватывает горлышко бутыли, а трубка воронки доходит почти до дна бутыли; таким образом, потери от испарения максимально предотвращаются. Приемное отверстие воронки образовано латунным кольцом диаметром пять дюймов, очень точно выточенным. Мерный сосуд позволяет наблюдателю отмечать количество осадков в дюймах, десятых и сотых долях дюйма.

Fig. 84.

111. Дождемер Глейшера. — Дождемер, разработанный г-ном Глейшером, известным метеорологом, и используемый большинством современных наблюдателей, устроен так, чтобы собирать воду, попадающую только на его приемную поверхность, и предотвращать потери от испарения. Дождь сначала собирается в воронку B (рис. 84), приемная поверхность которой обточена на токарном станке. Коническая поверхность воронки наклонена к трубке E под углом 60° к горизонтальной приемной поверхности. Трубка E имеет небольшое отверстие и загнута вверх, чтобы удерживать последние капли дождя, так что единственное отверстие для выхода пара может оставаться закрытым как можно дольше. Воронка B плотно входит в цилиндр A в пазу D. Внутри цилиндра A помещается медная емкость для сбора дождя из воронки. Раз или два в день, или после ливня, эту емкость следует вынимать, а воду измерять в стеклянном мерном стакане C, который градуирован в сотых долях дюйма в соответствии с расчетным количеством воды, определяемым площадью приемного пространства. При использовании этот дождемер следует частично заглублять в землю так, чтобы его верхняя часть находилась примерно на пять дюймов выше уровня земли. В таком положении испарение из него в течение любого месяца года будет незначительным или отсутствовать вовсе; и показания не обязательно снимать ежедневно, хотя это и желательно.

112. Дождемер с поплавком. — В этой конструкции мерный стеклянный стакан не используется. Цилиндр дождемера сделан меньшего диаметра, чем воронка, и в него помещен полый, сильно сплюснутый медный сфероид, образующий поплавок, который несет вертикальную градуированную шкалу из самшита, перемещающуюся через отверстие воронки. По мере накопления дождя поплавок поднимается, и количество дождя в дождемере считывается по шкале с верхней части дождемера; поперек приемного пространства воронки диаметрально закреплена планка с отверстием в центре для прохождения шкалы. Дождемер снабжен латунным краном в нижней части, через который при необходимости можно слить воду.

Эта форма дождемера не очень подходит для измерения малых количеств, но прекрасно приспособлена для местностей, где количество осадков чрезмерно.

Fig. 85.

113. Дождемер с боковой трубкой. — Этот инструмент, представленный на рис. 85, представляет собой цилиндрический сосуд, установленный на основании в форме усеченного конуса. Это основание можно заполнить песком или гравием для придания инструменту устойчивости, чтобы при размещении на лужайке или в саду он имел декоративный вид. Воронка для сбора дождя имеет больший диаметр, чем цилиндр. Параллельно цилиндру, сообщаясь с самой нижней частью его внутренней полости и доходя до его верха, расположена градуированная стеклянная трубка, открытая с обоих концов. Собранный дождь поднимется в этой трубке на ту же высоту, что и в цилиндре, и поэтому его количество можно без труда считать. Дождемер опорожняется через латунный кран в нижней части цилиндра.

114. Дождемер адмирала Фицроя. — Форма дождемера, очень хорошо приспособленная для оперативного наблюдения в любое время, была разработана адмиралом Фицроем и широко использовалась его наблюдателями. Он имеет цилиндрическую форму, с воронкой, врезанной в верхнюю часть; дождь собирается во внутренний, гораздо меньший цилиндр, так что небольшое количество осадков представлено значительной глубиной воды в дождемере. Количество выпавшего дождя определяется с помощью погружной трубки, аналогичной по принципу действия погружному сифону, используемому акцизными чиновниками для взятия проб вин или спиртов из бочек путем простого извлечения пробки. В воронке выполнено короткое вертикальное трубчатое отверстие, снабженное колпачком, который прикреплен к инструменту цепочкой, чтобы он не потерялся. Мерная трубка, имеющая небольшое отверстие на каждом конце, должна быть установлена вертикально в дождемере; затем следует прижать большой палец к верхнему отверстию, пока трубку осторожно вынимают; в нижней части она удерживает количество воды, соответствующее глубине дождя в дождемере, верхний край которой находится на отметке, подлежащей считыванию. Стеклянная трубка градуирована в дюймах и десятых долях; сотые доли дюйма можно легко оценить на глаз. Отметки установлены путем практической проверки с помощью эталонного дождемера и являются искусственными, а не истинными дюймами.

115. Самопишущий дождемер. — Дождемер можно объединить с часовым механизмом и другими устройствами, чтобы он автоматически регистрировал количество дождя, время и продолжительность его выпадения. За подробностями конструкции читатель отсылается к следующей главе, где он найдет описание этого инструмента в связи с анемометром Ослера как «плювиометра». Наблюдать и должным образом записывать время начала и окончания дождя весьма желательно. Вряд ли кто-либо из наблюдателей может попытаться сделать это даже приблизительно на основе личных наблюдений. Отсюда остро ощущается потребность в дешевом и простом самопишущем дождемере, поскольку нынешняя конструкция слишком дорога для всех, кроме немногих лиц.

В 1862 году г-н Р. Стрэчен оценил продолжительность и количество дождя в Лондоне (Грейс-Инн-роуд) следующим образом:

Months. | Inches. | Days. | Hours. | Months. | Inches. | Days. | Hours.
January. | 1·86 | 19 | 88 | July. | 2·27 | 17 | 68
February. | 0·37 | 9 | 25 | August. | 2·45 | 12 | 72
March. | 3·40 | 22 | 130 | September. | 1·70 | 12 | 55
April. | 2·34 | 14 | 80 | October. | 3·23 | 21 | 94
May. | 3·04 | 16 | 90 | November. | 1·12 | 10 | 53
June. | 2·45 | 20 | 83 | December. | 1·44 | 17 | 66

«В течение 1862 года количество осадков составило 25,67 дюйма. Дождь шел в течение 179 дней, то есть почти через день. Часы дождя оценивались в 904; следовательно, если бы дождь шел непрерывно, он длился бы почти 38 дней и ночей». Ценность подобных оценок количества осадков многочисленными наблюдателями была бы очень велика для метеорологии.

116. Принцип измерения во всех этих дождемерах заключается в соотношении, существующем между площадями собирающих и приемных поверхностей; то есть между площадью воронки, в которую попадает дождь, и площадью цилиндра, который его принимает. В дождемерах Говарда и Глейшера этот цилиндр фактически является самим мерным стаканом; в остальных, описанных выше, мерные шкалы показывают ту же глубину воды, что и в цилиндре дождемера.

Поскольку цилиндр имеет меньший диаметр, чем воронка, и принимает весь дождь, собранный воронкой, из этого следует, что его содержимое будет иметь увеличенную глубину. Теперь равные цилиндрические объемы, имеющие разные диаметры, относятся друг к другу по длине обратно пропорционально квадратам диаметров. Следовательно, если воронка имеет диаметр 9 дюймов, а цилиндр — 3 дюйма, то 1 дюйм выпавшего дождя будет представлен в дождемере 9 дюймами; ибо 3² : 9² : : 1 : x = 9. В этом случае, следовательно, длина мерного стакана, трубки или шкалы в девять дюймов будет представлять дюйм осадков и будет разделена на десятые и сотые доли искусственного дюйма.

117. Положение для дождемера и т. д. — Дождемеры следует устанавливать на земле, в любом месте, открытом для свободного падения дождя, снега или града, где ни стены, ни здания, ни деревья не создают укрытия или вихрей ветра. Они должны поддерживаться рамой или другим средством, чтобы их не опрокинуло ветром, но так, чтобы их можно было легко опорожнять.

Во время снега или мороза за дождемером необходимо следить, а его содержимое растапливать, помещая его в теплое помещение, либо когда количество подлежит измерению, либо когда воронка заполнена снегом. В такие моменты может быть полезен жестяной сосуд равной с воронкой площади в качестве замены.

Дождемеры изготавливаются из металла, обычно меди, которая, помимо того, что легко поддается обработке, мало подвержена атмосферным воздействиям. Если они сделаны из железа или цинка, их следует хорошо покрыть лаком; если из меди, это не так существенно. Вместимость дождемера должна быть достаточной, чтобы вместить по крайней мере вероятное максимальное количество осадков за день в данной местности. Те, что требуются для дождливых районов, должны быть большого размера.

118. Причины дождя. — Когда невидимый пар, рассеянный в атмосфере, достаточно охлаждается, он становится видимым в виде тумана или облака, а дальнейшее снижение температуры вызывает его выпадение в виде дождя, града или снега. Охлаждение верхних слоев атмосферы, несомненно, является главной причиной этой конденсации; но свойство водяного пара излучать тепло также может способствовать этому результату. Более того, закон, регулирующий количество пара, которое воздух при любой конкретной температуре может удерживать в прозрачном состоянии, определяет, что когда два объема воздуха с разными температурами, насыщенные паром, смешиваются, часть влаги должна стать видимой; и, следовательно, не только возможно, но и весьма вероятно, что дождь может быть результатом столкновения разных ветров. Представим себе два кубических ярда воздуха, оба насыщенные влагой, но имеющие температуры 50 и 70 градусов соответственно, которые вступают в контакт. Возникнет тенденция к выравниванию температуры до среднего значения, которое составляет 60°; и в процессе этого часть пара сконденсируется.

For | in the air at | 50° | there is |  | 110·7 | grains of | vapour[11]
and | " | 70 | " |  | 216·0 | "
Total amount of vapour | 326·7 | "
But two cubic yards of air at 60° can only sustain | 313·2 | "
Hence there will be deposited | 13·5 | " | rain.

Можно признать, следовательно, что когда теплый и влажный поток воздуха встречает массу холодного воздуха, который может быть не очень сухим, смесь не способна удерживать весь пар в невидимом состоянии; так что избыток становится видимым в виде дымки или тумана, а когда температура достаточно понижается — в виде дождя. Британские острова более или менее окутаны туманом или дымкой в начале восточных ветров, что при внезапной смене ветра проявляется даже летом; в то время как юго-западные ветры, теплые и приходящие с океана, осаждают большое количество дождя из-за охлаждающего эффекта суши, более холодной по причине своей широты. Когда дождь выпадает при северном ветре, это, вероятно, связано с выпадением из верхнего юго-западного потока, что часто, по-видимому, подтверждается движением верхних облаков.

119. Законы выпадения осадков. — В тропических странах в течение года есть сухой и влажный сезоны: сухой — когда солнце находится на противоположной стороне экватора; влажный — когда солнце находится в зените. Что касается Британских островов, статистика, собранная г-ном Г. Дж. Саймонсом, указывает на то, что: 1-е. Станции с наименьшим количеством осадков находятся внутри страны или на восточном или юго-восточном побережьях; станции с наибольшим количеством осадков находятся на западных побережьях. 2-е. Количество осадков очень велико вблизи горных цепей или групп, если только станция не находится в нескольких милях к северо-востоку от них.

Будет уместно проиллюстрировать эти замечания, приведя среднее количество осадков в нескольких местах, сгруппировав их как —

Westerly. |  | Central. |  | Easterly.
| Inches. |  |  | Inches. |  |  | Inches.
Bodmin | 43 |  | Enfield | 23 |  | Witham (Essex) | 21
Bolton (Lancashire) | 44 |  | Epping | 23 |  | Patrington (Hull) | 21
Coniston (Windermere) | 71 |  | Derby | 24 |  | Sunderland | 17
Seathwaite | 127 |  | York | 22 |  | Inveresk (Edinburgh) | 25
Torosay (I. of Mull) | 75 |  | Stirling | 39 |  | Pittenweem (Fife) | 24
Killaloe (Limerick) | 38 |  | Perth | 29 |  | Dublin | 22

Г-н Грин, знаменитый аэронавт, утверждает из своего опыта: «что всякий раз, когда идет дождь и небо полностью затянуто облаками, неизменно обнаруживается наличие другого слоя облаков на определенной высоте над первым»; и недавние научные подъемы на воздушном шаре г-на Глейшера подтвердили эту теорию. Г-н Глейшер говорит: «По-видимому, установленным фактом является то, что всякий раз, когда дождь идет из-под сплошной облачности, сверху находится второй слой». «Также кажется, что когда небо затянуто облаками без дождя, сверху нет слоя облаков, а солнце светит на верхнюю поверхность. В каждом случае, когда я поднимался при таких обстоятельствах, я обнаруживал, что это именно так, соглашаясь в этом отношении также с наблюдениями г-на Грина».

Количество дождя, собранного в дождемере, установленном близко к поверхности земли, больше, чем в любом дождемере, установленном над ним; и чем выше установлен дождемер, тем меньше воды собирается. Г-н Глейшер утверждает, что его эксперименты с воздушным шаром подтверждают этот закон.

120. Полезность статистики осадков. — Полезность знания количества осадков в любой местности достаточно очевидна, и по этому вопросу мало что нужно сказать. Дождемер должен быть в руках каждого садовода и фермера. При уходе за растениями и посевами на открытом воздухе, а также при строительстве цистерн и резервуаров для водоснабжения дождемер является ценным помощником. С его помощью садовод будет руководствоваться в суждении о том, насколько необходимо снабжение земли влагой; и он также увидит, насколько полезен даже быстрый ливень для растущих растений, если учесть, что выпадение дождя глубиной в десятую долю дюйма соответствует осаждению около сорока хогсхедов на акр. Изучение количества осадков в стране представляет значительный интерес для земледельцев. Здоровье и рост домашних животных, развитие продукции земли, а также ежедневные труды фермера зависят от избытка или недостатка дождя. «Для земледельца должно быть предметом большого удовлетворения и уверенности знать в начале лета, по достоверным свидетельствам метеорологических записей, что сезон, в обычном ходе вещей, можно ожидать сухим и теплым; или обнаружить в определенный его период, что выпало среднее количество дождя, ожидаемое за месяц. С другой стороны, когда есть основания, из того же источника информации, ожидать много дождя, человек, у которого хватает мужества начать свои работы под неблагоприятным небом, но с вескими основаниями заключить, из состояния своих инструментов и своих сопутствующих знаний, что приближается благоприятный интервал, часто может извлекать выгоду из своих наблюдений; в то время как его осторожный сосед, который ждал, «пока погода установится», может обнаружить, что он упустил возможность. Это превосходство, однако, достижимо при весьма умеренной доле прилежания к предмету; и путем ведения простого дневника барометра и дождемера, с гигрометром и флюгером, под его ежедневным наблюдением». Статистика осадков не только ценна и интересна с метеорологической точки зрения и для сельскохозяйственных целей, но также весьма важна в связи с санитарным обустройством городов и инженерными работами. Это особенно очевидно для инженера-гидравлика. Поскольку дождь является важным источником водоснабжения рек, каналов и водохранилищ, очевидно, что знание вероятного количества осадков для любого сезона или месяца в данном месте, предоставляемое средними значениями наблюдений прошлых лет, будет данными, на которых инженер будет основывать свои планы по обеспечению защиты от наводнений или засух; в то время как измерение фактического количества, которое только что выпало, собранное по показаниям серии дождемеров, подскажет ему меры предосторожности, которые следует принять, чтобы либо экономить, либо отводить поступающие воды.

«Когда канал прокладывается через холмистую местность, его курс неизбежно определяется особенностями рельефа, и он попеременно поднимается и опускается. В этом случае, поднимаясь последовательностью уровней, он неизбежно достигает определенного наивысшего уровня, который инженеры называют уровнем вершины. Отсюда он снова спускается соответствующей серией уровней. Теперь очевидно, что, если предположить, что шлюзы все равны по величине, подъем судна потребует спуска такого же количества воды с вершины до самого низкого уровня, которое заполнило бы один шлюз; ибо это количество воды должно быть сброшено из каждого шлюза серии, когда судно проходит через него.

«То же самое можно сказать о процессе, посредством которого судно спускается вдоль серии шлюзов на другой стороне вершины. По-видимому, следовательно, на уровне вершины всегда должен поддерживаться запас воды, достаточный для заполнения одного шлюза дважды для каждого судна, которое пересекает вершину.

«К счастью, по законам естественного испарения дождь выпадает в больших количествах на возвышенных вершинах, чем в промежуточных долинах, так что движущая сила в этом случае приспосабливается к потребностям сообщения». — «Справочник по натурфилософии» д-ра Ларднера.

121. Новая форма дождемера. — С тех пор как предыдущие страницы были набраны, г-ном Саймонсом была разработана модификация дождемера Говарда, которая компактна по дизайну, удобна в использовании и недорога. Она сочетает в себе преимущества большинства дождемеров, обладая прочностью и легкостью измерения. Бутыль помещается в жестяной футляр, к дну которого прикреплены прочные шипы, которые при вдавливании в землю предотвращают ее опрокидывание ветром или случайно. Поскольку бутыль прозрачна, а в футляре сделаны прорези, количество выпавшего дождя видно с первого взгляда или с помощью театрального бинокля из окна. Воронка, будучи прикрепленной к крышке футляра, тем самым удерживается строго горизонтально, и глубину дождя можно точно измерить, вынув бутыль из футляра и вылив ее содержимое в градуированный стеклянный стакан.

Воронка этого дождемера представляет собой очень глубокий конус, чтобы предотвратить разбрызгивание капель дождя. При правильной установке приемная поверхность будет находиться на двенадцать дюймов выше земли, что, как показал опыт, является наиболее выгодной высотой.

ГЛАВА XIII.

АППАРАТУРА, ПРИМЕНЯЕМАЯ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ НАПРАВЛЕНИЯ, ДАВЛЕНИЯ И СКОРОСТИ ВЕТРА.

Fig. 86.

122. Флюгер. — Инструмент, с помощью которого направление ветра отмечается наиболее часто, — это флюгер, или петух, и все, что нужно сказать о нем здесь, это то, что точки севера, востока, юга и запада, обычно прикрепляемые к нему, должны указывать истинные, а не магнитные направления; и что следует проявлять осторожность, чтобы предотвратить его заклинивание. Для определения давления и скорости ветра требуются очень сложные инструменты, и они называются анемометрами. Самый простой — Линда.

123. Анемометр, или ветромер, Линда (рис. 86), изобретенный лишь в 1775 году для показания давления ветра, состоит из стеклянного сифона, колена которого параллельны друг другу, и каждое колено имеет одинаковый диаметр. Один конец сифона согнут под прямым углом к колену, чтобы представить горизонтальное отверстие ветру. Градуированная шкала, разделенная на дюймы и десятые доли, прикреплена к сифонной трубке, отсчитывая в любую сторону от нулевой точки в центре шкалы. Весь инструмент установлен на шпинделе, увенчанном флюгером, и свободно перемещается в любом направлении под действием ветра, всегда представляя открытый конец в ту сторону, откуда дует ветер. Чтобы использовать инструмент, его просто заполняют водой до нулевой точки, а затем подвергают воздействию ветра; разница в уровне воды дает силу ветра в дюймах и десятых долях путем сложения величины опускания в одном колене и подъема в другом, при этом сумма двух значений является высотой столба воды, который ветер способен поддерживать в данный момент.

Таблица,

показывающая силу ветра на квадратный фут для различных высот столба воды в ветромере Линда.

Inches. | Force in lbs. | Common designation of such Wind.
6 | 31·75 | A Hurricane.
5 | 26·04 | A violent Storm.
4 | 20·83 | A great Storm.
3 | 15·62 | A Storm.
2 | 10·42 | A strong Wind.
1 | 5·21 | A high Wind.
·5 | 2·60 | A brisk Wind.
·1 | ·52 | A fresh Breeze.
·05 | ·26 | A gentle Breeze.
0. | 0. | A Calm.

124. Модификация дождемера Линда. — Сэр У. Сноу Харрис осуществил модификацию анемометра Линда с целью получения ручного инструмента для использования, в частности, на море. В настоящее время сила ветра на море оценивается по произвольной шкале, предложенной сэром Ф. Бофортом, покойным гидрографом; 0 — штиль, 12 — сильнейший ураган, а промежуточные цифры дают меняющуюся силу ветра. Давно ощущалась потребность в инструментальных средствах для получения этих данных на море, хотя бы ради периодической проверки личных оценок, которые могут значительно варьироваться у разных наблюдателей. Ветромер Харриса предназначен для удержания в руке, стоя лицом к ветру, и поддержания его в правильном положении путем слежения за прикрепленным спиртовым уровнем. Когда инструмент установлен в нужное положение и удерживается крепко, трубку необходимо открыть ветру нажатием большого пальца на шарнирные рычаги, управляемые пружинами. Давление ветра перемещает заключенную жидкость; и при отпускании большого пальца трубка закрывается, чтобы сохранить жидкость в ее положении; затем снимается показание по шкале, либо в фунтах на квадратный фут, милях в час, либо в обычных обозначениях ветра, таких как легкий, свежий, сильный и т. д.

Fig. 87.

125. Анемометр Робинсона. — Д-р Робинсон из Армы является изобретателем очень успешного анемометра, который определяет горизонтальную скорость ветра. Впервые он был использован в 1850 году при метеорологических и приливных наблюдениях, проводившихся на побережье Ирландии под руководством преподобного д-ра Ллойда. Ни одна метеорологическая обсерватория не должна обходиться без этого ценного инструмента, который необходим для определения средней скорости ветра в данной местности, в отличие от наиболее частого ветра в том же месте. Он представлен на рис. 87. Четыре полые полусферические чашки A A расположены на сопряженных диаметрах, или плечах, своими диаметральными плоскостями вертикально и обращены в одну сторону на вертикальной оси B, которая имеет на нижнем конце бесконечный винт D. Ось поддерживается в точке C так, чтобы вращаться с минимально возможным трением. Бесконечный винт находится в зацеплении с системой колес и шестерен. Каждое колесо перемещает указатель по неподвижному циферблату спереди; или указатель неподвижен, а градуировка нанесена на сами колеса.

Д-р Робинсон доказал, как теоретически, так и экспериментально, что центр любой из чашек, так установленных и приведенных в движение ветром, вращается со скоростью, равной одной трети скорости ветра. Если, следовательно, диаметральное расстояние между центрами чашек составляет один фут, круг, описываемый центрами за один оборот, равен 3,1416 фута, а скорость ветра будет в три раза больше этого, или 9,42 фута, что должно быть отнесено ко времени для получения абсолютной скорости. Инструмент иногда изготавливается с центрами чашек на расстоянии 1,12 фута друг от друга, так что описываемый круг составляет 1/1500 мили в окружности. Следовательно, чтобы произвести один оборот чашек, ветер должен пройти в три раза большее расстояние, или 1/500 мили. Таким образом, 500 оборотов будут произведены одной милей ветра; так что циферблаты могут быть градуированы для регистрации скорости в милях и десятых долях миль. Самая простая компоновка — с пятью циферблатами, записывающими соответственно 10, 100, 1000, 10 000 и 100 000 оборотов.

Инструкции по использованию анемометра Робинсона. — Циферблаты считываются так же, как показания газового счетчика, начиная с циферблата, наиболее удаленного от бесконечного винта.

«Цифры на первом циферблате указывают количество сотен тысяч оборотов; цифры на втором циферблате — количество десятков тысяч; на третьем — тысячи; на четвертом — сотни; и на пятом — количество десятков.

«Инструмент следует считывать каждое утро в 9 часов; и, как правило, будет достаточно считывать только первые три циферблата. Цифры можно записывать по мере их считывания. Если указатель указывает между двумя цифрами, следует брать меньшую из двух.

«Например, если первый циферблат указывает на 7 или между 7 и 8; в то время как второй циферблат указывает 4; а третий — 5; запись, которую следует сделать, — 745 (указывающая на 745 тысяч оборотов).

«Каждый раз, когда обнаруживается, что указатель первого циферблата прошел ноль (0), перед следующим (более низким) показанием следует поставить крестик или звездочку.

«Чтобы определить, сколько тысяч оборотов было сделано за месяц, достаточно будет просто вычесть первое показание из последнего и приписать к трем полученным цифрам цифру, соответствующую количеству звездочек в колонке. На каждую тысячу оборотов приходится две мили ветра: следовательно, нам нужно только умножить на 2, чтобы узнать, сколько миль ветра прошло за месяц.

«Для последнего дня каждого месяца необходимо сделать две записи (одна под другой), чтобы привести показания к 9 часам утра 1-го числа следующего месяца. Та же запись, которой заканчивается один месяц, следовательно, начнет следующий. Это повторение одной записи необходимо для того, чтобы не потерять ветер за день.

“The accompanying example of the |  | 687
readings of an Anemometer for 13 days |  | 773
will illustrate the method of making |  | 822
the entries, &c. |  | 855
“In this instance, the first read- |  | 900
ing (687) is less than the last (793). |  | 953
When the first reading is greater than |  | 990
the last, it will be necessary to borrow |  | *066
1,000 in making the subtractions, |  | 197
and then deduct one from the number |  | 323
of stars. Thus, if the first reading |  | 414
of the series on the margin had |  | 597
been 887, the result would have been |  | 712
906 instead of 1106. |  | 793
| 1106 |   thousands of revolutions.
| 2
| 13 |   2212 |   miles of wind in period.
| 170 |   miles of wind per day, on an average.

«Вышеуказанные инструкции — это все, что требует регулярного соблюдения. Но иногда может быть интересно узнать скорость ветра в течение нескольких минут. Это можно определить, наблюдая разницу двух показаний всех циферблатов с интервалом в несколько минут между ними, когда будет достаточно очень краткого расчета; но, пожалуй, самый простой метод — следующий: —

Fig. 88.

«Снимите два показания с интервалом в 12 минут между ними. Разница этих показаний, деленная на 10, есть скорость ветра в милях в час. Таким образом, если показание пяти циферблатов (слева направо) в полдень составляет 15206, а в 12 минут первого — 15348, скорость ветра составляет 14,2 мили в час». — Адмирал Фицрой, член Королевского общества.

Рычаг и муфта иногда устанавливаются на этот анемометр, как на рис. 88, для выключения системы из зацепления, когда регистрация не требуется. Он также может быть соединен с часовым механизмом для автоматической записи, заставляя механизм оставлять отметку на подготовленной бумаге, перемещаемой аппаратом, через определенные промежутки времени.

Этот анемометр следует устанавливать в открытом месте, как можно выше над землей, насколько это удобно для считывания. Его можно сделать очень портативным, если плечи, несущие чашки, сделать отвинчивающимися или складывающимися. При установке на карданном подвесе его можно с большой пользой использовать на море.

Экспериментально доказано, что давление ветра изменяется пропорционально квадрату скорости; соотношение составляет V² = 200 × P. Следовательно, по этой формуле можно рассчитать давление, соответствующее наблюдаемой скорости.

126. Анемометр Уэвелла. — Этот аппарат, изобретение знаменитого д-ра У. Уэвелла, регистрирует горизонтальное движение воздуха вместе с направлением. Его механизм можно описать в общих чертах следующим образом: —

Горизонтальная латунная пластина прикреплена к вертикальному шпинделю, который проходит через ось неподвижного цилиндра, поддерживаясь подшипником на нижнем конце и работая в обойме на верхнем. Прикреплен флюгер, с помощью которого пластина перемещается в зависимости от направления ветра. Крыльчатка, имеющая восемь лопастей, каждая из которых закреплена под углом 45° к оси, помещена на пластину так, что ось находится на линии направления флюгера. Бесконечный винт на оси вращает вертикальное колесо, имеющее сто зубьев, ось которого также имеет бесконечный винт, работающий в горизонтальном колесе, имеющем такое же количество зубьев, которое передает движение вертикальному винту длиной пятнадцать дюймов. На этом винте помещена подвижная гайка, которая несет карандаш. Вокруг цилиндра ежедневно оборачивается бумага, разделенная на точки компаса. Ветер, воздействуя на флюгер, заставит пластину повернуться; и винт, несущий карандаш, будет перемещаться вместе с ней, так что карандаш отметит на бумаге направление ветра. Крыльчатка также придет в движение, и тем самым гайка на винте опустится, так что прикрепленный карандаш прочертит вертикальную линию на бумаге. Когда лопасти на оси находятся на расстоянии 2,3 дюйма от оси до конца и имеют ширину 1,9 дюйма, а резьба винта такова, что сорок пять оборотов заставят гайку опуститься на два дюйма, 75,85 мили ветра заставят карандаш опуститься на вертикальное расстояние в два дюйма; но фактический след на бумаге будет длиннее пропорционально величине изменения азимута, или направления, ветра.

127. Анемометр и плювиометр Ослера. — Г-н Фоллет Ослер является изобретателем самопишущего аппарата, который регистрирует направление и давление ветра, а также количество и продолжительность дождя на одном и том же листе бумаги. Его аппарат встретил большое одобрение и был установлен во многих обсерваториях. Механизм может быть модифицирован различными способами, и ниже приводится описание самой простой и новейшей компоновки.

Рис. 89.

Инструмент, диаграммой которого, а не изображением, является рис. 89, состоит, во-первых, из флюгера V клиновидной формы, который, как выяснилось, лучше подходит, чем плоский флюгер; ибо последний всегда находится в нейтральной линии и поэтому недостаточно чувствителен. Для получения направления ветра с преимуществом вместо флюгера был использован ветряной регулятор. На нижнем конце трубки T T находится небольшая шестерня, работающая в рейке r, которая движется вперед и назад по мере того, как ветер давит на флюгер. К этой рейке прикреплен карандаш x, который отмечает направление ветра на правильно разлинованной бумаге, расположенной горизонтально внизу и отрегулированной так, чтобы продвигаться со скоростью полдюйма в час с помощью простого приспособления, соединяющего ее с хорошими часами. Бумага показана на иллюстрации на столе инструмента.

Пластина давления F для определения силы ветра имеет размер один квадратный фут и расположена непосредственно под флюгером и под прямым углом к нему; она поддерживается легкими стержнями, движущимися горизонтально на фрикционных роликах и сообщающимися с плоскими пружинами 1, 2, 3, так что пластина, когда на нее воздействует давление ветра, воздействует на них, а они передают такое действие на медную цепь, проходящую вниз внутри трубки направления и через шкив внизу. Легкая медная проволока соединяет эту цепь с пружинным рычагом y y, несущим карандаш, который записывает давление на бумаге внизу. Г-н Ослер предпочитает пружину любому другому средству для определения силы ветра, потому что крайне важно иметь как можно меньше движущейся массы, иначе приобретенный импульс заставит пластину давления давать очень ошибочные показания. Пластина давления настолько легка, насколько это совместимо с прочностью. Она удерживается перед ветром флюгером и подталкивается тремя или более пружинами, так что при легких ветрах сжимается только одна, а при более сильных — две или более, в зависимости от силы ветра.

Плювиометр расположен справа на рисунке, P P — плоскость крыши здания. Дождевая воронка R имеет площадь около 200 квадратных дюймов. Вода, собранная в ней, передается по трубке через крышу здания в стеклянный сосуд G, отрегулированный и градуированный так, чтобы указывать четверть дюйма дождя на каждые 200 квадратных дюймов поверхности, т. е. 50 кубических дюймов. G поддерживается спиральными пружинами b b, которые сжимаются под весом накапливающегося дождя. Стеклянная трубка, открытая с обоих концов, вцементирована в дно G, и поверх нее помещена большая трубка, закрытая сверху, как колокол. Меньшая трубка, таким образом, образует длинное колено сифона, а большая трубка действует как короткое колено. Вода, поднявшись до уровня верха внутренней трубки, переливается в небольшой медный опрокидыватель t в шаре S под резервуаром. Этот опрокидыватель разделен на две равные части медной пластинкой и установлен на оси не совсем сбалансированно, а так, чтобы один или другой конец перевешивал. Вода затем капает в конец опрокидывателя, который оказывается верхним, и когда он полностью заполняется, он опрокидывается, выливая воду в шар S, из которого она стекает через сливную трубу. Таким образом, в шаре создается неполный вакуум, вполне достаточный для создания тяги в маленькой трубке сифона, или длинном колене; и все содержимое резервуара G немедленно вытекает, а спиральные пружины b b поднимают резервуар в исходное положение. Чтобы произвести это действие, должна была выпасть четверть дюйма дождя. Регистрация легко понятна. Пружинный рычаг z, несущий карандаш, прикреплен шнуром c к S. Эта пружина всегда держит шнур натянутым, так что по мере того, как аппарат опускается во время дождя, пружина продвигает карандаш все дальше от нуля шкалы на бумаге внизу, пока не выпадет четверть дюйма, когда карандаш оттягивается обратно к нулю подъемом резервуара.

Часовой механизм продвигает регистрирующую бумагу вперед с помощью одного из колес, работающих в рейке, прикрепленной к раме.

Настройку инструмента следует тщательно выполнить при его первой установке. Шкала давления должна быть установлена экспериментально путем приложения грузов в 2, 4, 6 и т. д. фунтов для перемещения пластины давления.

Регистрирующий след за двадцать четыре часа легко понятен. Направление записывается в центральной части; давление — с одной стороны, а дождь — с другой. Линии, параллельные длине бумаги, показывают отсутствие дождя, устойчивый ветер и постоянное давление. На следе дождя линия, параллельная ширине бумаги, показывает, что карандаш был отведен обратно к нулю, так как выпала четверть дюйма дождя. Часовые линии направлены по ширине бумаги.

На Международной выставке 1862 года компания Негретти и Замбра представила улучшенный анемометр Ослера, объединив его с чашками Робинсона, так что давление и скорость отображаются на одном листе, на котором линия длиной в дюйм записывается на каждые десять миль; таким образом, полный инструмент непрерывно показывает направление, давление и скорость ветра.

128. Анемометр Бекли. — Г-н Р. Бекли из обсерватории Кью разработал самопишущий анемометр, который состоит из трех основных частей: чашек Робинсона для определения скорости; двойной крыльчатки, или ветряного регулятора, для получения направления; и часов для перемещения цилиндра, вокруг которого обернута регистрационная бумага. Бумага записывает время, скорость и направление ветра в течение двадцати четырех часов, после чего ее необходимо заменить. Он имеет чугунную трубчатую опору, или пьедестал, для несения внешних частей — чашек и крыльчаток, — которые должны быть установлены на крыше здания, на котором желательно закрепить инструмент.

Крыльчатки удерживают свою ось под прямым углом к ветру; и при любом изменении направления они перемещаются, увлекая за собой внешнюю латунную трубку, которая опирается на фрикционные шарики на вершине пьедестала и прикреплена к трубчатому валу, проходящему через внутреннюю часть пьедестала и заканчивающемуся коническим колесом. Коническое колесо, работая с другими зубчатыми колесами, передает движение вала направления цилиндру, несущему карандаш, для записи направления.

Вал, несущий чашки, поддерживается на фрикционных шариках, помещенных в паз, образованный на вершине вала направления, и, проходя через внутреннюю часть этого вала, выходит ниже конического колеса, где он заканчивается бесконечным винтом, или червяком.

При движении чашек ветром движение передается самому внутреннему валу, оттуда — червячному колесу, откуда движение передается карандашу, который регистрирует скорость.

Для регистрации используется металлическая бумага Де ла Рю, обладающая свойством принимать след от латунного карандаша. Карандаши, следовательно, могут быть изготовлены в наиболее удобной форме. Г-н Бекли формирует каждый карандаш из полоски латуни, обернутой вокруг цилиндра, делая очень тонкий резьбовой винт, так что контакт цилиндра карандаша и часового цилиндра представляет собой лишь точку металлической нити. Цилиндры карандашей помещаются бок о бок на цилиндре, вращаемом часами, и не требуют пружины или другого приспособления, чтобы удерживать их в работе, но всегда контактируют с регистрационной бумагой под действием собственной тяжести. Поэтому они не требуют внимания, и, будучи такими же длинными, как след, который они оставляют, они прослужат долгое время.

Карандаш скорости имеет только один виток на цилиндре, и его шаг равен шкале в пятьдесят миль на бумаге. Карандаш направления также имеет один виток на своем цилиндре, его шаг равен шкале основных точек компаса на бумаге.

Часы обеспечивают равномерное движение цилиндра, на котором закреплена бумага, со скоростью полдюйма в час.

Регистрирующий механизм инструмента очень компактен, требуя пространства всего около 18 на 8 дюймов.

В отчете Британской ассоциации за 1858 год г-н Бекли дал подробное описание своего анемометра с чертежами всех частей.

129. Самопишущий анемометр Линда. — Ветромер Линда, предназначенный для регистрации максимального давления, был представлен на Международной выставке 1862 года г-ном Э. Г. Вудом. Изгиб сифона сужен для получения устойчивости. На подветренном колене просверлено отверстие, соответствующее по размеру суженной части трубки. Край отверстия соответствует нулю шкалы. При увеличении давления ветра столько воды, сколько поднялось бы выше отверстия, вытекает, и поэтому оставшееся количество указывает наибольшее давление ветра с момента последней установки инструмента, которая производится путем заполнения его водой до нулевой точки.

130. Анемометрические наблюдения. — Чтобы проиллюстрировать ценность анемометрических наблюдений, мы приводим выдержку из статьи г-на Хартнапа о результатах, полученных с помощью анемометра Ослера в Ливерпульской обсерватории. Шестилетние наблюдения, закончившиеся в 1857 году, дали следующие среднегодовые значения ветров: северо-восточный — 60 дней, со скоростью 7,8 мили в час; северо-западный — 112 дней, со скоростью 15,4 мили в час; юго-восточный — 115 дней, со скоростью 11,0 миль в час; юго-западный — 77 дней, со скоростью 13,8 мили в час; и один день штиля. Согласно тем же наблюдениям, среднее изменение силы ветра в течение 24 часов составляет: 11 миль в час — минимальная сила, приходящаяся на 1,5 часа ночи; до 6 часов утра она остается почти такой же, составляя 11,3 мили в час; в 10 часов утра она составляет 13,4 мили в час; в 1,5 часа дня ветер достигает своей максимальной силы, составляя 14,8 мили в час; в 5 часов вечера она снова составляет 13,4 мили в час, а в 9 часов вечера — 11,3 мили в час. Отсюда следует, что ветер падает до своей минимальной силы гораздо более постепенно, чем поднимается до максимума; что уменьшение и увеличение равны и противоположны, так что кривая симметрична; и что в целом сила ветра ночью меньше, чем днем.

«Существуют доказательства, — говорит адмирал Фицрой, — в очень ценных анемометрических результатах г-на Хартнапа, которые, по-видимому, доказывают, что для его обсерватории, расположенной в долине, со зданиями и холмами к северо-востоку, настоящий полярный поток дует не с С.В., а ближе к Ю.В. Согласно его надежному обзору ветров, наблюдавшихся там, оказывается, что наиболее преобладающими были ветры с З.С.З. и Ю.Ю.В. Но в Англии, в целом, преобладающими ветрами считаются западные, склоняющиеся к юго-западным, и северо-восточные; в то время как из всех ветров юго-восточный — едва ли не самый редкий».

«В обсерватории лорда Роттесли в Стаффордшире, примерно в 530 футах над уровнем моря, по-видимому, значительно меньшая сила ветра в любой момент времени, когда дует шторм в целом, чем происходит одновременно в местах вдоль морского побережья: откуда следует вывод, что волнистость поверхности земли и холмы значительно уменьшают силу ветра за счет сопротивления трения.

«Все синоптические карты, до сих пор представленные в Торговой палате, демонстрируют заметное уменьшение силы ветра внутри страны по сравнению с морским побережьем. Действительно, само побережье предлагает аналогичные доказательства в своих чахлых, наклонных деревьях и относительной бесплодности».

ГЛАВА XIV.

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА.

Fig. 90.

131. Атмосферный электроскоп. — Простейшим прибором для определения электрического состояния атмосферы в любой момент времени является электроскоп, состоящий из двух одинаковых полосок сусального золота, подвешенных на латунном держателе и изолированных, а также защищенных от движения воздуха стеклянным колпаком. На рис. 90 изображен такой прибор. Крышка латунного держателя приспособлена для установки в вертикальном направлении металлического стержня длиной не менее двух-трех футов. На верхнем конце стержня имеется зажим. Прибор действует согласно закону, по которому тела, заряженные одноименно, отталкиваются друг от друга, а заряженные разноименно — притягиваются. Для проведения наблюдения прибор выставляют на открытый воздух, а в зажим вставляют зажженный фитиль или тлеющую бумагу. Электричество воздуха собирается горящим веществом и передается по стержню к золотым полоскам; поскольку полоски заряжаются одноименно, они расходятся в большей или меньшей степени в зависимости от количества присутствующего электричества. Род электричества определяется воздействием на наэлектризованные золотые полоски возбужденной палочки сургуча или стеклянного стержня. Стеклянный стержень при энергичном натирании шелковым платком или шерстяной тканью приобретает положительный заряд, или, как говорят, возбуждается. Палочка сургуча при аналогичной обработке приобретает отрицательный заряд. Следовательно, если поднести возбужденный стеклянный стержень к крышке прибора и золотые полоски разойдутся еще сильнее, значит, электрическое состояние воздуха аналогично состоянию стекла, то есть положительное; если же они сблизятся, то состояние отрицательное. Напротив, при использовании палочки сургуча полоски будут отталкиваться сильнее, если они получили от воздуха отрицательный заряд, и будут сближаться, если имеют положительный заряд.

С помощью этого очень простого прибора метеорологи-наблюдатели могут в любое время легко определить электрическое состояние нижних слоев воздуха.

Примечание. — К электрометру прилагается книжечка с полосками сусального золота для замены золотых листков в случае их разрыва или повреждения при использовании.

Чтобы установить новые золотые листки, отвинтите латунную пластину, к которой прикреплен стержень, поддерживающий листки; затем увлажните дыханием плоскую часть латуни и осторожно прижмите ее к одной золотой полоске, пока книжечка открыта лишь частично; второй листок прикрепляется таким же образом.

132. Электрометр Вольта аналогичен только что описанному прибору, за исключением того, что вместо золотых листков от проводника свободно подвешены две легкие соломинки или два бузинных шарика; величина электрического заряда оценивается по градусам отклонения, показываемым по градуированной дуге.

133. Электрометр Пельтье — гораздо более совершенный прибор с точки зрения чувствительности. Высокая стеклянная трубка диаметром дюйм или более соединена со стеклянным приемником, установленным на основании с юстировочными винтами. В верхней части трубки образован шар диаметром от четырех до пяти дюймов, который снаружи густо позолочен, образуя хорошую проводящую поверхность. Проволока проходит от шара вниз по трубке в приемник, где она загнута вверх и заканчивается стальным острием над центром основания. Изогнутая проволока с маленькой магнитной стрелкой сбалансирована на стальном острие так, что магнит вместе с тонкой проволокой устанавливается горизонтально в направлении магнитного меридиана. Если какое-либо облако или часть воздуха поблизости находится в электрическом состоянии, оно подействует индукцией на позолоченный шар, и стрелка отклонится от своего направления север-юг.

Градуированный круг показывает число градусов отклонения, которое будет больше или меньше в зависимости от напряжения электричества. Чтобы определить, является ли электричество положительным или отрицательным, необходимо использовать палочку шеллака или стекла, как было описано ранее.

Fig. 91.

134. Электроскоп Боненбергера может быть оснащен металлическим проводником и с большой пользой применяться для наблюдения за атмосферным электричеством. «Основные части прибора, усовершенствованного Беккерелем, следующие: А B, рис. 91, — это небольшой сухой гальванический столб из 500–800 пар, диаметром около четверти дюйма; при сжатии пластин такой столб будет иметь длину от 2 до 2½ дюймов. Проволоки, изогнутые так, чтобы возвышаться над столбом, заканчиваются двумя пластинами P и M, которые являются полюсами столба. Эти пластины размером 2 на ½ дюйма расположены параллельно и напротив друг друга. Удобно, чтобы их обращенные друг к другу стороны были слегка выпуклыми, чтобы они были позолочены или покрыты платиной и чтобы они перемещались по полярным проволокам, проходящим через небольшое отверстие в них. Одна из этих пластин всегда будет находиться в состоянии положительного, а другая — отрицательного электричества; между ними подвесьте очень тонкий золотой листок D G, прикрепленный к проводнику C D из медной проволоки. Если листок висит точно между двумя пластинами, он одинаково притягивается каждой из них и поэтому будет находиться в состоянии покоя. Аппарат следует защитить стеклянным колпаком, плотно пригнанным и имеющим отверстие в верхней части, через которое проходит медная проволока C D; однако проволока изолирована, так как она заключена в стеклянную трубку, которая прикреплена к колпаку с помощью небольшого количества шеллака или гуммилака. Навинтите металлический шарик или пластину, чтобы сообщить ему электричество, которое вы хотите проверить; оно будет передано по медной проволоке к золотому листку, и последний немедленно переместится к пластине, имеющей противоположную полярность. Этот электроскоп, вне всякого сомнения, является одним из самых чувствительных из когда-либо созданных и хорошо приспособлен для демонстрации малых количеств положительного и отрицательного электричества.

«Для обеспечения чувствительности электроскопов и электрометров, помещенных под стеклянные колпаки, следует принять меры к тому, чтобы воздух внутри них был как можно более сухим, что может быть достигнуто путем помещения под стекло в подходящем сосуде небольшого количества расплавленного хлорида кальция».

Гальванический столб, используемый в этом электроскопе, — это столб, изобретенный Замбони. «Он отличается от обычных гидроэлектрических батарей главным образом тем, что в нем отсутствует электровозбуждающая жидкость, а вместо нее используется какое-либо влажное вещество с низкой проводимостью, обычно бумага. Электромоторы в этих столбах состоят по большей части из «золотой» (медной) и «серебряной» (цинковой) бумаги, спрессованных друг с другом бумажными сторонами, из которых вырезаются диски диаметром от четверти дюйма до дюйма. Более мощные пары пластин можно получить, используя только серебряную бумагу и смазывая ее бумажную сторону тонким слоем меда, на который посыпано мелко измельченным перекисью марганца, при этом все одинаково покрытые стороны обращены в одну сторону. Мощные пары пластин можно также изготовить, наклеив чистое сусальное золото на бумажную сторону цинковой бумаги. Затем эти пластины следует расположить, как в обычном вольтовом столбе, одну над другой так, чтобы одинаковые металлические поверхности были обращены в одну сторону; плотно прижмите их друг к другу; свяжите довольно толстыми шелковыми нитями и вставьте в стеклянную трубку подходящего размера. Металлические ободки трубок, которые должны быть хорошо соединены с крайними парами пластин, образуют полюса столба, причем отрицательный полюс находится на крайней цинковой поверхности, а положительный — на крайней медной или марганцевой поверхности.

«Электродвижущая энергия, приводимая в действие в этих сухих столбах, меньше, чем в мокрых или гидроэлектрических столбах, главным образом из-за несовершенной проводимости бумаги. Накопление электричества на их полюсах также происходит менее быстро, и, следовательно, электрическое напряжение сохраняется в течение долгого времени без изменений; тогда как во всех мокрых столбах, даже в самых постоянных из них, напряжение поддерживается, сравнительно говоря, лишь короткое время из-за химического воздействия и разложения электровозбуждающей жидкости — причин нарушения, которые отсутствуют в сухом столбе».

135. Электрометр Томсона. — Профессор У. Томсон из Глазго разработал атмосферный электрометр, который, вероятно, станет чрезвычайно успешным в руках умелых наблюдателей. По сути, это торсионные весы в сочетании с лейденской банкой. Индикатором служит алюминиевая стрелка, нанизанная на тонкую платиновую проволоку, проходящую через ее центр тяжести и прочно натянутую между двумя точками. Стрелка и проволока тщательно изолированы от большей части прибора, но находятся в металлическом контакте с двумя небольшими пластинами, закрепленными рядом с двумя концами стрелки и называемыми отталкивающими пластинами. Вторая пара более крупных пластин расположена напротив отталкивающих пластин, с противоположной стороны стрелки, но значительно дальше от нее. Эти пластины соединены с внутренней обкладкой лейденской банки и называются притягивающими пластинами. Весь прибор заключен в металлическую клетку для защиты стеклянной лейденской банки и чувствительной стрелки.

Лейденскую банку следует заряжать при использовании прибора. Ее действие двояко: она значительно повышает чувствительность прибора и позволяет наблюдателю различать положительную и отрицательную электризацию.

Воздух внутри банки поддерживается сухим с помощью пемзы, слегка смоченной серной кислотой; благодаря этому поддерживается очень совершенная изоляция.

Электроды, или клеммы, выведены наружу прибора, с помощью чего можно заряжать лейденскую банку и соединять систему стрелки с телом, электрическое состояние которого подлежит проверке.

Для проверки электрического состояния атмосферы прибор снабжен проводником и держателем для горящей спички или, предпочтительно, устройством, называемым капельным коллектором; с помощью любого из этих средств электричество воздуха передается к системе стрелки.

Стрелка упирается в отталкивающие пластины, когда на нее не воздействует электричество; в этом положении она находится на нуле. Ее всегда можно вернуть к нулю с помощью торсионной головки, поворачивающей один конец платиновой проволоки (изолированный от нее) и снабженной градуированным кругом, так что величина дуги, на которую поворачивается торсионная головка для приведения стрелки к нулю, измеряет силу, стремящуюся отклонить ее.

Действие прибора заключается в следующем: лейденская банка должна быть сильно заряжена, скажем, отрицательно; а отталкивающие пластины должны быть соединены с землей. Стрелка тогда будет отклонена до упора под комбинированным влиянием притяжения со стороны лейденской банки (или притягивающих пластин) и отталкивания от отталкивающих пластин, обусловленного положительным зарядом, наведенным на стрелке и ее пластинах пластинами лейденской банки. Затем платиновую проволоку нужно повернуть торсионной головкой так, чтобы вернуть стрелку к нулю; число градусов кручения, необходимое для этого, будет измерять силу, с которой притягивается стрелка. Затем пусть пластины стрелки будут отсоединены от земли и соединены с изолированным телом, электрическое состояние которого подлежит проверке. При проверке атмосферы необходимо использовать проводник и зажженную спичку или капельное устройство.

Если электричество тела положительное, оно увеличит положительный заряд на пластинах стрелки, наведенный пластинами лейденской банки; и, следовательно, стрелка отклонится сильнее, чем под действием одной только банки. Если электричество тела отрицательное, оно будет стремиться нейтрализовать положительный заряд; и стрелка отклонится меньше. Таким образом, род электричества, присутствующего в воздухе, становится сразу очевидным без необходимости экспериментальной проверки. Затем платиновую проволоку нужно поворачивать до тех пор, пока стрелка не вернется к нулю, и наблюдать число градусов; это и есть мера интенсивности электризации.

Любая потеря заряда лейденской банкой, которая может время от времени происходить, неудобно снижая чувствительность, может быть восполнена добавками от небольшого электрофора, который прилагается к прибору.

Прибор можно сделать самопишущим с помощью часового механизма и фотографии. Для этого часы приводят в движение цилиндр, на который намотана фотобумага. Стрелка электрометра снабжена небольшим отражателем; лучи от правильно настроенного источника света направляются отражателем через небольшое отверстие на фотобумагу. Очевидно, что по мере вращения цилиндра на бумаге будет оставаться след, показывающий величину и изменения отклонения стрелки.

136. Фундаментальные факты относительно атмосферного электричества. — Общее электрическое состояние атмосферы является положительным по отношению к поверхности земли и океана, становясь все более положительным по мере увеличения высоты. Когда небо затянуто облаками и облака движутся в разных направлениях, оно подвержено значительным и внезапным изменениям, быстро меняясь с положительного на отрицательное и наоборот. Во время тумана, дождя, града, мокрого снега, снегопада и гроз электрическое состояние воздуха претерпевает множество изменений. Интенсивность электричества возрастает в жаркую погоду, следующую за рядом дождливых дней, или в дождливую погоду, наступающую после продолжительных сухих дней. Атмосферное электричество, по сути, при обычных обстоятельствах, по-видимому, зависит по своей интенсивности и роду от направления и характера преобладающего ветра. Оно имеет годовое и суточное изменение. Суточное изменение напряжения зимой больше, чем летом. Сравнивая наблюдения от месяца к месяцу, можно заметить постепенное увеличение напряжения с июля по февраль и уменьшение с февраля по июль. Интенсивность, по-видимому, меняется с температурой. Суточное изменение демонстрирует два периода наибольшей и два периода наименьшей интенсивности. Летом максимумы приходятся примерно на 10 часов утра и 10 часов вечера; минимумы — примерно на 2 часа ночи и полдень. Зимой максимумы происходят около 10 часов утра и 8 часов вечера; минимумы — около 4 часов утра и 4 часов вечера.

Исследования Соссюра, Беккариа, Кросса, Кетле, Томсона и Фицроя показали, что во время преобладания полярных воздушных течений развивается положительное электричество, которое становится более или менее активным в зависимости от большей или меньшей холодности и силы ветра; но при ветрах экваториального направления мало свидетельств чувствительного электричества, а когда оно наблюдается, то оно отрицательного рода. Штормы и сильные ветры обычно сопровождаются местами молниями и громом; и поскольку первые очень часто приписываются столкновению полярных и экваториальных ветров, разница в электрическом напряжении этих ветров может объяснить последние явления. Мы не намерены вдаваться в общее рассмотрение гроз; факты, которые мы привели, могут быть полезны молодому наблюдателю; и, наконец, поскольку интересно уметь судить о месте грозы, следующее простое правило будет полезным и достаточно точным: отметьте по секундомеру число секунд, прошедших от вспышки молнии до начала грома; разделите их на пять, и частное будет расстоянием в милях. Так, если гром слышен через десять секунд после того, как была видна молния, расстояние от центра шторма будет около двух миль. Интервал между вспышкой и раскатом редко наблюдался более семидесяти двух секунд.

137. Молниеотводы. — «Линия опасности, будь то от сжигающей или поднимающей силы молнии, — это линия сильных и затрудненных воздушных потоков, наибольшего воздушного трения». Деревья, церковные шпили, ветряные мельницы и другие высокие сооружения препятствуют воздушным потокам, отсюда их подверженность опасности. Самые высокие объекты ландшафта, особенно те, что ближе всего к грозовому облаку, примут удар молнии. Чем выше объект, тем вероятнее, что в него ударит молния. Из двух или более объектов, одинаково высоких и близких, молния неизменно выбирает лучший проводник электричества и даже делает окольный путь, чтобы добраться до него. Отсюда применение и очевидное преимущество металлических стержней, называемых молниеотводами, прикрепляемых к зданиям и кораблям. Молниеотвод должен быть заострен сверху и выступать на несколько футов над самой высокой частью здания или мачты. Он должен быть изготовлен из меди, которая является лучшей проводящей средой, чем железо, и более долговечна, будучи менее подверженной коррозии. Он должен быть цельным по всей длине и доходить до низа здания и даже на некоторое расстояние в землю, чтобы отвести электричество в колодец или влажную почву. Если он будет соединен со свинцовыми и железными конструкциями дома, это будет еще лучше, так как обеспечит большую поверхность и более легкий путь выхода для флюида. На корабле нижний конец проводника должен быть соединен с корпусом, если он железный, и с медной обшивкой, если судно деревянное; так, чтобы, распределившись по большой поверхности, он мог легче уйти в воду.

138. Меры предосторожности против молнии. — Опыт, по-видимому, оправдывает предположение, что любое здание или корабль, оснащенный надежным молниеотводом, находится в безопасности во время грозы. Если дом или судно не защищены проводником, целесообразно принять несколько мер предосторожности против опасности. В доме следует избегать камина, потому что молния может проникнуть через дымоход, так как его сажистая подкладка является хорошим проводником. «Через дымоходы молния имеет путь в большинство домов; и поэтому мудро, открыв двери или окна, дать ей путь наружу. Там, где воздушный поток наиболее свиреп, там опасность наибольшая; и если мы держимся подальше от потоков или сквозняков, мы держимся подальше от молнии». Молния проявляет как бы предпочтение к металлическим веществам и будет летать с места на место, даже вне прямой линии своего прохождения к земле, чтобы войти в такие тела. Поэтому хорошо избегать, насколько это возможно, позолоты, посеребренных зеркал и металлических предметов. Лучшее место — это, пожалуй, середина комнаты, если только не проходит сквозняк или с потолка не свисает металлическая лампа или люстра. Окрестности плохих проводников, таких как стеклянные окна (если они не открыты), и на толстом слое матрасов — безопасные места. Считается, что качество деревьев как молниеотводов зависит от их высоты и влажности, причем те, которые выше и относительно более влажные, поражаются предпочтительнее своих собратьев; поэтому неразумно искать укрытия под высокими и мокрыми деревьями во время грозы. В отсутствие другого укрытия лучше лечь на землю.

ГЛАВА XV.

ОЗОН И ЕГО ИНДИКАТОРЫ.

139. Природа озона. — Во время работы мощной электрической машины и при разложении воды вольтовым столбом ощущается специфический запах, который, как считается, возникает от образования вещества, получившего название озон, из-за того, что он был впервые обнаружен по запаху, который долгое время после его открытия был его единственной известной характеристикой. Подобный запах выделяется под влиянием фосфора на влажный воздух и в других случаях медленного горения. Его также можно обнаружить по запаху в воздухе, где непосредственно перед этим прошла вспышка молнии. Впоследствии было установлено, что этот же элемент обладает окислительным свойством. Было обнаружено, что он выделяется на кислородном электроде при разложении воды электрическим током; и некоторые химики рассматривали его как так называемую аллотропную форму кислорода, в то время как другие говорят о нем как о кислороде в «насцентном» состоянии, а некоторые даже считают его тесно связанным с хлором. Столь разнообразны существующие представления о природе этого неясного агента.

Его окислительное свойство дает готовое средство для его обнаружения, даже когда чувство обоняния полностью отказывает. Методы фиксации присутствия и измерения количества озона в воздухе очень просты; они заключаются в свободном воздействии на воздух, защищенный от дождя и прямых солнечных лучей, подготовленных тест-бумаг. Существует два вида тест-бумаг. Один вид был изобретен доктором Шёнбейном, первооткрывателем озона; а другой, который более общепризнан, — доктором Моффатом.

140. Озонометр Шёнбейна состоит из полосок бумаги, предварительно пропитанных раствором крахмала и йодистого калия и высушенных. Бумаги подвешиваются в коробке или иным образом должным образом подвергаются воздействию воздуха в течение заданного интервала, например, двадцати четырех часов. Присутствие озона проявляется в том, что тест-бумага приобретает пурпурный оттенок при кратковременном погружении в воду. Количество оценивается по глубине оттенка в соответствии со шкалой из десяти оттенков, предоставленной для этой цели, которые различаются номерами от 1 до 10. Озон разлагает соединение, которое йод образует с водородом, и, как предполагается, соединяется как кислород с водородом, в то время как йод соединяется с крахмалом, давая синий цвет во влажном состоянии.

141. Озонометр доктора Моффата состоит из бумаг, приготовленных несколько похожим на способ Шёнбейна образом; но они не требуют погружения в воду. Присутствие озона проявляется коричневым оттенком, а количество — по глубине оттенка в соответствии со шкалой из десяти оттенков, которая прилагается к каждой коробке бумаг.

Озонометры Моффата имеют преимущество сохранения своего оттенка в течение многих лет, если их хранить в темноте или между страницами книги; и они проще в использовании.

Fig. 92.

142. Озоновая клетка сэра Джеймса Кларка (рис. 92) состоит из двух цилиндров из очень тонкой проволочной сетки, один вставляется в другой; проволочная сетка имеет такую тонкость, что позволяет свободно проникать воздуху, в то же время закрывая весь свет, который вредно подействовал бы на тест-бумагу, подвешенную на зажиме или крючке, прикрепленном к верхней части внутреннего цилиндра.

143. Распространение и эффекты озона. — Глейшер обнаружил, что «количество озона на станциях с низкой высотой мало; на станциях с большой высотой он присутствует почти всегда; а на других и промежуточных станциях — обычно присутствует. Присутствие и количество озона, по-видимому, градуируются по высоте и увеличиваются от самой низкой до самой высокой местности. Количество озона меньше в городах, чем в открытой сельской местности на той же высоте; и меньше на внутренних станциях, чем на морских». По-видимому, его больше всего при ветрах с моря, и он наиболее распространен там, где воздух считается самым чистым и здоровым. Это может показаться, говорит адмирал Фицрой в «Книге о погоде», указывающим на связь между озоном и газообразным хлором, который находится в морской воде и над ней и который должен приноситься любым ветром, дующим с моря. Он преобладает над океаном и вблизи него больше, чем над сушей, особенно сушей, удаленной от моря; и, говорит адмирал, он влияет на желудочный сок, улучшает пищеварение и оказывает дубильный эффект. Доктор Доубени в своих «Лекциях о климате» пишет: «Его присутствие должно оказывать заметное влияние на чистоту воздуха, удаляя из него зловонные и вредные органические испарения. Также вполне возможно, что озон может играть важную роль в регулировании функций растительного мира; и хотя было бы преждевременно в настоящее время спекулировать на его специфической роли, однако только по этой причине может быть хорошо отметить факт его частоты в сочетании с различными фазами, которые принимает растительность, будучи убежденным, что никакой принцип не может быть повсеместно распространен в природе, как это, по-видимому, имеет место с ним, без того, чтобы для него не было назначено какое-то важное и соответствующее применение».

144. Регистрирующий озонометр. — Доктор Э. Ланкастер изобрел озонометр, целью которого является обеспечение постоянной регистрации озона, чтобы можно было обнаруживать и регистрировать изменяющиеся количества, присутствующие в атмосфере. Для этой цели дюйм озоновой бумаги проходит каждый час с помощью часового механизма под отверстием в крышке прибора.

ГЛАВА XVI.

ПРИБОРЫ, НЕ ОПИСАННЫЕ В ПРЕДЫДУЩИХ ГЛАВАХ.

145. Химический барометр (штормгласс). — Этот любопытный прибор, по-видимому, был изобретен более ста лет назад, но первоначальный изготовитель неизвестен. Это просто стеклянная ампула длиной около десяти дюймов и диаметром три четверти дюйма, которая почти заполнена и герметично запечатана следующей смесью: две драхмы камфоры, полдрахмы нитрата калия, полдрахмы хлората аммония, растворенных примерно в двух жидких унциях абсолютного спирта, смешанного с двумя унциями дистиллированной воды. Все ингредиенты должны быть как можно более чистыми, и каждая ампула должна наполняться отдельно. Когда приборы изготавливаются в большом количестве и наполняются из общей смеси, некоторые получают больше должной пропорции твердых ингредиентов, и, следовательно, такие стекла не демонстрируют того единообразия внешнего вида и изменений, которые, несомненно, должны сопровождать схожие влияющие обстоятельства. Именно из-за отсутствия точности и фиксированного принципа производства эти интересные приборы не оцениваются должным образом и не используются более широко.

Стекло следует держать совершенно неподвижно, выставив на север и защитив от солнца. Камфора растворима в спирте, но не в воде, в то время как и вода, и спирт обладают различной растворяющей способностью в зависимости от температуры; следовательно, твердые ингредиенты, находящиеся в избытке для определенных условий растворения, зависящих главным образом от температуры, а возможно, также от электричества и воздействия света, появляются в виде кристаллов и исчезают при различных изменениях, происходящих в погоде.

Сделан вывод, что различные виды, представляемые таким образом в растворе, предсказывают атмосферные изменения. Следующие правила были выведены из тщательного изучения стекла и погоды:

1. В холодную погоду в верхней части, а иногда даже по всей жидкости, развивается красивая папоротникообразная или перистая кристаллизация. Это нормальное состояние стекла зимой. Кристаллизация увеличивается с холодом; и если структура растет вниз, холод будет продолжаться.

2. В теплую и ясную погоду кристаллы растворяются, верхняя и большая часть жидкости становится совершенно прозрачной. Это нормальное состояние стекла летом. Чем меньше количество кристаллизации, то есть чем больше прозрачная часть жидкости (ибо на дне всегда видна часть состава), тем больше вероятность продолжения хорошей сухой погоды.

3. Когда верхняя часть прозрачна, а хлопья состава поднимаются к верху и собираются вместе, это признак усиления ветра и штормовой погоды.

4. В холодную погоду, если верхняя часть жидкости становится густой и мутной, это предвещает приближение дождя.

5. В теплую погоду, если в жидкости поднимаются мелкие кристаллы, которая при этом сохраняет свою прозрачность, можно ожидать дождя.

6. Острота в кончиках и чертах папоротникообразной структуры кристаллов — признак хорошей погоды; но когда они начинают разрушаться и плохо определены, можно ожидать неустойчивой погоды.

Адмирал Фицрой в «Книге о погоде» пишет об этом приборе следующее: «С 1825 года у нас обычно были некоторые из этих стекол, скорее как диковинки; ибо до недавнего времени ничего определенного нельзя было сказать об их изменениях, когда было справедливо продемонстрировано, что если их закрепить неподвижно на свободном воздухе, не подвергая излучению, огню или солнцу, а при обычном свете хорошо проветриваемой комнаты или, предпочтительно, на открытом воздухе, химическая смесь в так называемом штормглассе меняет характер в зависимости от направления ветра — не его силы, специально (хотя он может так меняться по внешнему виду, только по другой причине, электрическому напряжению)».

«По мере того как атмосферный поток поворачивает к полярному направлению, приходит от него или только приближается с него, эта химическая смесь — если за ней внимательно, даже микроскопически наблюдать — обнаруживает рост, похожий на ель, тис, листья папоротника или иней — или на кристаллизации».

«По мере того как ветер, или большая масса воздуха, стремится больше с противоположной стороны, линии или шипы — все правильные, жесткие или хрустящие черты — постепенно уменьшаются, пока не исчезнут».

«Перед и во время продолжительного южного ветра смесь медленно опускается вниз в ампуле, пока не становится бесформенной, как тающий белый сахар».

«Перед или во время продолжения северного ветра (полярный поток) кристаллизации прекрасны (если смесь правильна, стекло закреплено и должным образом размещено); но малейшее движение жидкости нарушает их».

«Когда основные потоки встречаются и поворачивают к западу, создавая восточные ветры, звезды более или менее многочисленны, а жидкость тусклая или менее прозрачная. Когда и пока они соединяются через запад, создавая западные ветры, жидкость прозрачна, а кристаллизация четко определена, без свободных звезд».

«Пока какие-либо жесткие или хрустящие черты видны внизу, вверху или на вершине жидкости (где они образуются для полярных ветров), в воздухе присутствует плюс-электричество; смесь полярного потока сосуществует в этой местности с противоположным, или южным».

«Когда видна только мягкая, тающая, сахаристая субстанция, атмосферный поток (слабый или сильный, каким бы он ни был) является южным с минус-электричеством, не смешанным с противоположным ветром и не подверженным его влиянию».

«Повторные испытания с чувствительным гальванометром, примененным для измерения электрического напряжения в воздухе, доказали эти факты, которые теперь находят полезными для помощи, вместе с барометром и термометром, в прогнозировании погоды».

«Температура сильно влияет на смесь, но не исключительно; как полностью доказали многие сравнения зимних и летних изменений температуры».

«Спутанный вид смеси, с хлопьевидными пятнами или звездами в движении и меньшая прозрачность жидкости указывают на юго-восточный ветер, вероятно, сильный, до штормового».

«Прозрачность жидкости с более или менее совершенными кристаллизациями сопровождает комбинацию, или борьбу, основных потоков через запад, и весьма примечательны эти различия — результаты воздействия этих воздушных потоков друг на друга с востока или с совершенно противоположного направления, запада».

«Стекло следует время от времени протирать дочиста — и один или два раза в год смесь следует взбалтывать, переворачивая и осторожно встряхивая стеклянную ампулу».

Fig. 93.

146. Дифференциальный термометр Лесли. — Стеклянная трубка, имеющая большой шарик на каждом конце и согнутая дважды под прямым углом, как показано на рисунке 93, содержащая концентрированную серную кислоту, подкрашенную кармином, и поддерживаемая в центре деревянной подставкой, составляет дифференциальный термометр, изобретенный профессором Лесли. Прибор предназначен для демонстрации и измерения малых разностей температур. Каждое колено прибора обычно имеет длину от трех до шести дюймов, а шарики находятся на расстоянии около четырех дюймов друг от друга. Калибр колен составляет около 1/50 дюйма, не более; другая часть трубки может быть шире. Трубка заполнена жидкостью, шарики содержат воздух. Когда оба шарика нагреваются одинаково, каждая шкала показывает ноль. Шкала разделена так, что пространство между точками замерзания и кипения воды равно 1000 частей. Когда один шарик нагревается больше другого, разница температур деликатно показывается опусканием окрашенной жидкости из нагретого шарика. На него не влияют изменения температуры атмосферы; поэтому он превосходно приспособлен для экспериментов с лучистым теплом. Теория прибора заключается в том, что газы расширяются одинаково при равномерных приращениях тепла.

147. Дифференциальный термометр Румфорда отличается от только что описанного тем, что содержит лишь небольшой пузырек жидкости, который лежит в центре трубки, когда оба шарика подвергаются одинаковому воздействию. Шарики и другие части трубки содержат воздух. Когда один шарик нагревается больше другого, пузырек перемещается к менее нагретому; а шкала, прикрепленная к горизонтальной части трубки, обеспечивает измерение разности температур.

Fig. 94.

148. Термометрическая будка Глейшера. — Термометрическая будка состоит из горизонтальной доски в качестве основания, вертикальной доски, выступающей вверх от одного края горизонтальной, и двух параллельных наклонных досок, отделенных друг от друга блоками толщиной в три дюйма, соединенных вверху с вертикальной, а внизу с горизонтальной доской, и воздух свободно проходит вокруг и между ними всеми. К верхней части наклонных досок прикреплена небольшая выступающая крыша, чтобы предотвратить попадание дождя на шарики прибора, которые расположены на лицевой стороне вертикальной доски, причем их шарики выступают ниже нее, так что воздух свободно обдувает шарики со всех сторон. Вся рама вращается на вертикальном столбе, прочно закрепленном в земле, как показано на гравюре, рис. 94; и при использовании наклонная сторона всегда повернута к солнцу.

149. Термометрическая будка для использования на море. — Эта будка, или защитный экран, была разработана адмиралом Фицроем и уже несколько лет используется на судах Её Величества и многих торговых судах. Она имеет размеры около двадцати четырех дюймов в длину, двенадцать в ширину и восемь в глубину; стенки, дверца и дно выполнены в виде решетки; в верхней части также имеются отверстия, устроенные таким образом, что воздух свободно проникает внутрь, в то время как прямые солнечные лучи, дождь и морские брызги эффективно отсекаются от установленных внутри термометров. Внутри достаточно места для двух термометров, расположенных бок о бок на кронштейнах на расстоянии не менее трех дюймов друг от друга или от любой части внешней стороны будки. Один термометр должен быть оснащен как «влажный термометр» (см. стр. 105). Небольшой сосуд с водой можно легко закрепить внутри будки так, чтобы он сохранял свое положение и содержимое при обычной качке судна; а с помощью кусочка хлопчатобумажного фитиля или муслиновой ткани, обернутой вокруг резервуара термометра и опущенной в чашку с водой, можно поддерживать резервуар постоянно влажным.

Самопишущие термометры следует защищать аналогичной будкой. Было установлено, что термометрические наблюдения, проводимые в море, не имеют научной ценности, если приборы не были должным образом защищены такой будкой.

Fig. 95.

150. Анемоскоп, или переносной флюгер для путешественников, с компасом, магнитной стрелкой и т. д., показывает направление ветра с точностью до половины румба компаса.

151. Испарительная чаша, или испаритель (рис. 95), для определения величины испарения с поверхности земли. Этот прибор состоит из латунного сосуда, площадь испаряющей поверхности которого точно определена, а также стеклянного цилиндрического мерного стакана, градуированного в дюймах, десятых и сотых долях дюйма. При использовании испаритель почти доверху наполняется водой, количество которой предварительно измеряется с помощью стеклянного цилиндра; затем его выставляют на открытый воздух, где он свободно подвергается воздействию атмосферы; после экспозиции воду снова измеряют, и разница между первым и вторым измерением показывает величину произошедшего испарения. Если во время нахождения прибора на открытом воздухе шел дождь, количество собранной им влаги необходимо вычесть из измеренного объема; это количество определяется по объему дождя, собранного в дождемере. Проволочная сетка вокруг прибора предназначена для того, чтобы животные, птицы и т. д. не могли пить воду.

152. Атмидометр доктора Бабингтона, или прибор для измерения испарения с поверхности воды, льда или снега, состоит из продолговатого полого резервуара из стекла или меди, под которым находится второй шарообразный резервуар, сообщающийся с первым через суженную шейку и должным образом утяжеленный ртутью или дробью. Верхний резервуар увенчан небольшим стеклянным или металлическим стержнем со шкалой, градуированной в гранах и полугранах; на вершине стержня горизонтально закреплена неглубокая металлическая чаша. Резервуары погружаются в сосуд с водой, имеющий круглое отверстие в крышке, через которое проходит стержень. Затем дистиллированная вода постепенно наливается в чашу сверху до тех пор, пока нулевая отметка на стержне не опустится до уровня крышки сосуда. После такой настройки, по мере испарения воды из чаши, стержень поднимается, и величина испарения указывается в гранах. Этот прибор позволяет измерять испарение со льда или снега. Необходима поправка на температуру.

153. Облачный отражатель. — На Международной выставке 1862 года г-н Дж. Т. Годдард представил облачное зеркало для определения направления движения облаков.

Зеркало укладывается на горизонтальную подставку возле окна и закрепляется так, чтобы точка, отмеченная как север, совпадала с южной точкой горизонта — следовательно, все остальные точки будут зеркально перевернуты. Край заметного облака совмещается с центром зеркала, и наблюдатель остается совершенно неподвижным, пока облако не выйдет за край зеркала, где можно считать истинную точку горизонта, откуда движутся облака.

154. Гелиограф (регистратор солнечного сияния). — Г-н Годдард также представил прибор, который он называет этим именем. Он работает путем пропускания солнечных лучей через узкую щель, которые падают на фотобумагу, намотанную на барабан, приводимый в движение часовым механизмом; бумагу меняют ежедневно, а фотоотпечаток проявляют и фиксируют обычным способом. [19]

155. НАБОР ПЕРЕНОСНЫХ ПРИБОРОВ.

В небольшой коробке размером 8 на 8 на 4 дюйма упакован полный набор метеорологических приборов. Крышка коробки благодаря остроумному приспособлению снимается и подвешивается; на ней стационарно закреплены для наблюдений максимальный и минимальный термометры, а также пара сухого и влажного термометров. Внутри коробки находятся максимальный термометр в вакууме для измерения солнечной радиации, минимальный термометр для наземных наблюдений, один из малых карманных анероидных барометров Негретти и Замбра, шагомер для измерения расстояний, карманный компас, клинометр и, наконец, дождемер. Последний прибор состоит из точно выточенного латунного кольца с прикрепленным к нему корпусом из индийской резины для сбора дождя, который измеряется с помощью небольшого градуированного стеклянного стакана, также находящегося в коробке. Путешествующие джентльмены найдут эту компактную обсерваторию всем, что только можно пожелать для метеорологических наблюдений.

156. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ.

Практикующий метеоролог найдет следующие предметы весьма полезными, если не необходимыми. Они едва ли нуждаются в описании, поэтому достаточно их перечисления: — Метеорологические диаграммы, или подготовленные печатные и разлинованные бланки для графического отображения показаний различных приборов, чтобы сделать их данные полезными для прогнозирования погоды и т. д.; — Метеорологические журналы, или книги записей, для регистрации всех наблюдений и выводов; — Картинки облаков, с помощью которых можно легко отнести облака к их конкретной классификации, что очень необходимо для неопытных наблюдателей и учащихся; — Циклонные стекла, или диски, контурные карты с указателями ветра также полезны, особенно при прогнозировании погоды.

Fig. 96.

Fig. 97.

157. ГИДРОМЕТР.

Простой тип гидрометра очень широко используется на море в качестве «теста морской воды»; и поскольку наблюдения обычно записываются в метеорологический журнал или судовой журнал, здесь будет уместно привести его описание.

Он изготовлен из стекла. Если прибор сделан из латуни, коррозионное воздействие соленой воды вскоре делает его показания неточными. Формы, обычно придаваемые этим приборам, показаны на рис. 96 и 97. Выдувается шарообразный резервуар, который частично заполняется ртутью или мелкой дробью, чтобы прибор устойчиво плавал в вертикальном положении. От шейки резервуара стекло расширяется в овальную или цилиндрическую форму, чтобы придать прибору достаточный объем для плавучести; наконец, он сужается к узкому вертикальному стержню, внутри которого находится шкала из слоновой кости, и закрывается сверху. Деления на шкале отсчитываются сверху вниз, чтобы измерять длину той части стержня, которая возвышается над поверхностью любой жидкости, в которой плавает гидрометр. Чем плотнее жидкость, тем выше будет подниматься прибор; чем она менее плотная, тем ниже он будет погружаться.

Показания зависят от гидростатического принципа, согласно которому плавающие тела вытесняют количество жидкости, поддерживающей их, равное их собственному весу. Следовательно, по мере того как удельные веса жидкостей отличаются друг от друга, будут варьироваться и количества жидкостей, вытесняемых одним и тем же телом при последовательном погружении в каждую из них.

Принимая удельный вес дистиллированной воды при температуре 62° по Фаренгейту за единицу, глубина, на которую прибор погружается при осторожном опускании в такую воду, является нулем шкалы. Градуировка простирается от 0 до 40; последняя отметка будет находиться на уровне поверхности, когда прибор помещен в воду, удельный вес которой составляет 1,040. При записи наблюдений записываются только последние две цифры — цифры на шкале. Удельный вес морской воды обычно варьируется от 1,020 до 1,036.

Для содержания тестируемой воды полезен небольшой цилиндр из жести, меди или стекла. Он должен быть шире гидрометра и всегда наполнен до краев. Если он установлен на подставке, закрепленной на карданном подвесе, это будет очень удобно. Вода в ведре, тазу или другом широком сосуде на море приходит в движение, и глаз невозможно опустить достаточно низко (из-за краев), чтобы точно считать показания по шкале.

При использовании гидрометра могут возникнуть ошибки наблюдения, если он помещается в воду не будучи чистым или тщательно протертым. Прибор чрезвычайно точен при правильном использовании. Его следует оберегать от контакта со стенками сосуда; необходимо тщательно избегать попадания пыли, пятен или жира, аккуратно протирая его чистой тканью до и после использования.

Всякий раз, когда температура тестируемой воды отличается от 62°, необходима поправка к показаниям, учитывающая расширение или сжатие стекла, а также самой воды, чтобы привести все наблюдения к одному общепринятому стандарту.

Гигрометр Негретти и Замбра с термометром в стержне показывает плотность и температуру в одном приборе.

Следующими таблицами мы обязаны любезности адмирала Фицроя: —

Таблица для приведения наблюдений, сделанных с помощью латунного гидрометра, при условии, что линейное расширение латуни составляет 0,000009555 на 1° по Фаренгейту. Поправка является аддитивной для всех температур выше 62° и вычитаемой для температур ниже 62°.

t° | Correction. | t° | Correction. | t° | Correction. | t° | Correction.
32 | -0·0014 | 48 | -0·0010 | 64 | +0·0002 | 80 | +0·0020
33 | ·0014 | 49 | ·0009 | 65 | ·0003 | 81 | ·0021
34 | ·0014 | 50 | ·0009 | 66 | ·0004 | 82 | ·0023
35 | ·0014 | 51 | -0·0008 | 67 | ·0005 | 83 | ·0024
36 | ·0014 | 52 | ·0008 | 68 | +0·0006 | 84 | ·0026
37 | ·0014 | 53 | ·0007 | 69 | ·0007 | 85 | +0·0027
38 | -0·0014 | 54 | ·0006 | 70 | ·0008 | 86 | ·0029
39 | ·0013 | 55 | ·0006 | 71 | ·0009 | 87 | ·0030
40 | ·0013 | 56 | -0·0005 | 72 | ·0010 | 88 | ·0032
41 | ·0013 | 57 | ·0004 | 73 | ·0011 | 89 | ·0033
42 | ·0013 | 58 | ·0003 | 74 | +0·0013 | 90 | +0·0035
43 | ·0012 | 59 | ·0003 | 75 | ·0014 | 91 | ·0036
44 | -0·0012 | 60 | ·0002 | 76 | ·0015 | 92 | ·0038
45 | ·0011 | 61 | -0·0001 | 77 | ·0016 | 93 | ·0040
46 | ·0011 | 62 | 0·0000 | 78 | ·0018 | 94 | ·0041
47 | -0·0010 | 63 | +0·0001 | 79 | +0·0019 | 95 | +0·0043

Таблица для приведения наблюдений, сделанных с помощью стеклянного гидрометра, при условии, что линейное расширение стекла составляет 0,00000463 на 1° по Фаренгейту. Поправка является аддитивной для температур выше 62° и вычитаемой для температур ниже 62°.

t° | Correction. | t° | Correction. | t° | Correction. | t° | Correction.
32 | -0·0019 | 48 | -0·0012 | 64 | +0·0002 | 80 | +0·0023
33 | ·0019 | 49 | ·0011 | 65 | ·0003 | 81 | ·0024
34 | ·0018 | 50 | ·0011 | 66 | ·0004 | 82 | ·0026
35 | ·0018 | 51 | -0·0010 | 67 | ·0005 | 83 | ·0027
36 | ·0018 | 52 | ·0009 | 68 | +0·0007 | 84 | ·0029
37 | ·0017 | 53 | ·0008 | 69 | ·0008 | 85 | +0·0031
38 | -0·0017 | 54 | ·0008 | 70 | ·0009 | 86 | ·0032
39 | ·0017 | 55 | ·0007 | 71 | ·0010 | 87 | ·0034
40 | ·0016 | 56 | -0·0006 | 72 | ·0012 | 88 | ·0036
41 | ·0016 | 57 | ·0005 | 73 | ·0013 | 89 | ·0037
42 | ·0015 | 58 | ·0004 | 74 | +0·0014 | 90 | +0·0039
43 | ·0015 | 59 | ·0003 | 75 | ·0016 | 91 | ·0041
44 | -0·0014 | 60 | ·0002 | 76 | ·0017 | 92 | ·0042
45 | ·0014 | 61 | -0·0001 | 77 | ·0018 | 93 | ·0044
46 | ·0013 | 62 | 0·0000 | 78 | ·0020 | 94 | ·0046
47 | -0·0013 | 63 | +0·0001 | 79 | +0·0021 | 95 | +0·0048

158. САМОПИШУЩИЙ МАРИОГРАФ (ПРИЛИВОМЕР) НЬЮМЕНА.

В местах, где приливные явления имеют большое морское значение, непрерывная серия наблюдений за подъемом и спадом воды, а также временем их смены, существенно необходима в качестве основы для составления хороших таблиц приливов; и поскольку такие наблюдения должны также сопровождаться регистрацией атмосферных явлений, мы без колебаний приводим описание точного самопишущего мариографа.

Мариограф, как показано на рисунке, состоит из цилиндра A, который приводится во вращение вокруг своей оси один раз в двадцать четыре часа часовым механизмом B. Цепь, к которой прикреплен поплавок D, проходит через колесо C, и на оси этого колеса C (примерно посередине) находится небольшое зубчатое колесо, расположенное так, чтобы находиться в контакте с большим зубчатым колесом, несущим цилиндр E, через который проходит другая меньшая цепь. Эта цепь, проходя вдоль верхней поверхности цилиндра A и вокруг второго цилиндра F на его дальнем конце, приводится в действие пружиной, чтобы постоянно находиться в состоянии натяжения. Посередине этой цепи закреплена небольшая трубка для держателя карандаша, который, будучи слегка прижат вниз с помощью небольшого грузика на его вершине, выполняет работу по нанесению на бумагу, обернутую вокруг цилиндра, хода подъема или спада прилива по мере вращения цилиндра и его перемещения цепью вперед или назад при подъеме или спаде поплавка. Бумага размечена равноудаленными друг от друга линиями, соответствующими часам на циферблате, пересекаемыми другими линиями, показывающими количество футов подъема и спада.

Larger Image

Цилиндр во время работы вращается слева направо для наблюдателя, стоящего лицом к часам, а карандаш перемещается горизонтально вдоль верхней части цилиндра; большое колесо, приводимое во вращение подъемом и спадом поплавка, поворачивает колесо с прикрепленным к нему малым цилиндром E. Если прилив спадает, малая цепь наматывается на цилиндр E, и карандаш притягивается к большому колесу; но если прилив поднимается, малая цепь наматывается на цилиндр F с помощью содержащейся в нем пружины, которая постоянно поддерживает ее в состоянии натяжения. Таким образом, благодаря подъему и спаду прилива карандашу придается боковое движение, в то время как цилиндр вращается вокруг своей оси часовым механизмом, так что на бумаге непрерывно вычерчивается линия, показывающая точное состояние прилива без какого-либо внимания, кроме необходимости менять бумагу один раз в день и следить за тем, чтобы карандаш был остро заточен; или можно использовать металлический карандаш, который потребует минимального внимания, если вообще потребует.

Хороший самопишущий мариограф является ценным и важным приобретением везде, где требуются приливные наблюдения, и единственным идеально эффективным прибором такого рода является тот, который был изобретен покойным г-ном Джоном Ньюменом из Риджент-стрит, Лондон. Он сейчас работает в нескольких частях света, безмолвно и верно выполняя свою обязанность, не требуя никакого иного внимания, кроме нескольких минут ежедневно, и тем самым позволяя использовать человека на любой другой службе, чьей обязанностью в противном случае было бы регистрировать прилив. Он сделал многое своими верными записями, способствуя составлению хороших таблиц приливов для многих мест; ибо те неизбежные дефекты, зависящие от простого наблюдения за поверхностью по разделенной шкале, устраняются им, все ошибочные выводы исключаются, и истинное изображение, созданное самой Природой, сохраняется им для теоретика.

ДОПОЛНЕНИЯ.

1. Французские барометры градуированы в миллиметрах. Английский дюйм равен 25,39954 миллиметра. Следовательно, 30 дюймов на шкалах английских барометров соответствуют 762 миллиметрам на шкалах французских барометров. Перевод из одной шкалы в другую можно осуществить с помощью следующих формул: —

(1) Inches = millimetres divided by |  | 25·39954
(2) Millimetres = inches multiplied by |  | 25·39954

Конечно, следует составить и использовать таблицу эквивалентных значений, когда необходимо перевести большое количество наблюдений из одной шкалы в другую.

2. В Германии барометры иногда градуируются в старых французских дюймах и линиях — верньер обычно указывает десятую долю линии.

Старая французская линейная мера.

| English Inches.
1 | douzième, or point |  | 0·0074
12 | points | = | 1 ligne | = | 0·0888
12 | lignes | = | 1 pouce | = | 1·065765
12 | pouces | = | 1 pied | = | 12·7892
1 | pied | = | 324·7 millimetres.

«Немцы обозначают дюймы, ставя два штриха после числа; линии — ставя три штриха; 27″ 3′″·85 означает 27 дюймов 3 линии 85 сотых линии; чаще они указывают высоту в линиях, и предыдущее число становится 327′″·85». — Кемц.

3. Правило для определения диаметра канала барометрической трубки.

«Если мастер не позаботился измерить внутренний диаметр напрямую, его можно вывести из внешнего диаметра. Внешний диаметр сначала измеряется штангенциркулем, и, вычитая из этого диаметра 0,1 дюйма для трубок с внешним диаметром от 0,3 до 0,5 дюйма, мы получаем приближенное значение внутреннего диаметра трубки». — Кемц.

4. Шкалы ветра.

Sea Scale. |  |  |  | Wind. |  |  |  | Land Scale.
0 | to | 3 |  | = |  | Light |  | = |  | 0 | to | 1
3 | " | 5 |  | = |  | Moderate |  | = |  | 1 | " | 2
5 | " | 7 |  | = |  | Fresh |  | = |  | 2 | " | 3
7 | " | 8 |  | = |  | Strong |  | = |  | 3 | " | 4
8 | " | 10 |  | = |  | Heavy |  | = |  | 4 | " | 5
10 | " | 12 |  | = |  | Violent |  | = |  | 5 | " | 6
Pressure in Pounds (Avoirdupois) |  | (Land Scale). |  | Velocity in Miles (Hourly).
½ |  | = |  | 1 |  | = |  | 10
5 |  | = |  | 2 |  | = |  | 32
10 |  | = |  | 3 |  | = |  | 45
21 |  | = |  | 4 |  | = |  | 65
26 |  | = |  | 5 |  | = |  | 72
32 |  | = |  | 6 |  | = |  | 80

5. Буквы для обозначения состояния погоды.

b | denotes | blue sky, whether with clear or hazy atmosphere.
c | " | cloudy, that is detached opening clouds.
d | " | drizzling rain.
f | " | fog.
h | " | hail.
l | " | lightning.
m | " | misty, or hazy so as to interrupt the view.
o | " | overcast, gloomy, dull.
p | " | passing showers.
q | " | squally.
r | " | rain.
s | " | snow.
t | " | thunder.
u | " | ugly, threatening appearance of sky.
v | " | unusual visibility of distant objects.
w | " | wet, that is dew.

Повторение буквы означает усиление, например, r r — сильный дождь; f f — густой туман; а приписанная цифра обозначает продолжительность в часах, например, 14 r — 14 часов дождя.

Комбинируя эти буквы, можно с уверенностью и краткостью записывать все обычные погодные явления.

Примеры. — b c — голубое небо с меньшей долей облаков. 2 r r l l t — сильный дождь в течение двух часов с сильной молнией и некоторым громом.

Вышеуказанные методы записи силы ветра и состояния погоды были первоначально предложены адмиралом сэром Фрэнсисом Бофортом. Сейчас они повсеместно используются на море и многими наблюдателями на суше.

6. Таблица расширения при нагревании от 32° до 212° по Фаренгейту.

Platinum |  | 0·0008842 | of the length.
Glass, Flint |  | 0·0008117 | "
"with Lead |  | 0·0008622 | "
Brass |  | 0·0018708 | "
Mercury |  | 0·0180180 | "
Water |  | 0·0433200, | from 39° to 212°
Alcohol |  | 0·1100 | "32° to 174°
Nitric Acid |  | 0·1100
Sulphuric Acid |  | 0·0600

7. Таблица удельного веса тел при 32° по Фаренгейту, за исключением воды, которая берется при 39,4°.

Water |  |  | 1·000
Alcohol, pure |  |  | 0·791
"proof |  |  | 0·916
Mercury |  |  | 13·596
Glass |  | 3 | to | 2·7
Brass |  | 7·8 | to | 8·54
Platinum |  | 21 | to | 22·00

Вес кубического фута воды при температуре сравнения — 62,425 фунта эвердьюпойс.

The pound avoirdupois contains 7,000 grains.

Воздух в 813,67 раза легче воды.

Линейные расширения являются средними значениями результатов различных экспериментаторов. Удельные веса приведены в соответствии с «Прикладной механикой» профессора Рэнкина.

8. Важные температуры. При обстоятельствах —

| °
Water |  | boiling at |  | 212
Mercury |  | boils at |  | 660
Sulphuric Acid |  | " |  | 590
Oil of Turpentine |  | " |  | 560
Nitric Acid |  | " |  | 242
Alcohol |  | " |  | 174
A Saturated Solution of Salt |  | " |  | 218
Vital Heat |  | 96
Olive Oil begins to solidify |  | 36
Fresh Water freezes |  | 32
Sea Water freezes |  | 28
Mercury freezes |  | -39

9. ТАБЛИЦА МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ, ОБРАЗУЮЩИХ ПОКАЗАТЕЛИ КЛИМАТА ЛОНДОНА.

1841
to
1861.

Months.
Mean
Height of
Barometer,
reduced
to 32° F.,
at the mean
sea-level.
Mean
Monthly
Range of
Barometer.
Mean
of all the
Highest
Temp’s.
Mean
of all the
Lowest
Temp’s.
Mean
Temp.
Mean
Temp.
of Dew-point.
Mean
Degree of
Humidity.
Mean
Number of
Rainy Days.
Average
Rainfall.
Average
Amount
of Cloud
(10=
overcast).
Prevalent
Winds.
Sun
above the
Horizon on Middle
Day.
Remarks.

| Inches. | Inches. | ° | ° | ° | ° |  |  | Inches. |  |  | Hours. |
Jan. | 29·932 | 1·44 | 43·2 | 33·7 | 38·3 | 35·4 | 89 | 11 | 1·8 | 7·7 | W. to N. | 8½ | The majority of the nights are frosty.
Feb. | 29·962 | 1·22 | 44·7 | 33·2 | 38·4 | 34·4 | 85 | 10 | 1·6 | 7·4 | S. to W. | 10 | 10 frosty nights on the average.
Mar. | 29·967 | 1·23 | 50·0 | 35·3 | 41·7 | 36·4 | 82 | 10 | 1·5 | 6·6 | N. to E. | 12 | 12 frosty nights on the average. Strong winds.
Apr. | 29·907 | 1·06 | 56·8 | 38·6 | 46·3 | 39·9 | 79 | 11 | 1·8 | 6·1 | N. to E. | 14 | 6 frosty nights on the average.
May | 29·931 | 1·02 | 64·4 | 44·2 | 52·8 | 45·5 | 76 | 11 | 2·1 | 6·1 | S. to W. | 15½ | Very rarely frost.
June | 29·960 | 0·89 | 71·2 | 50·2 | 59·2 | 50·8 | 74 | 11 | 1·9 | 6·1 | W. to N. | 16½ | Sun attains greatest North Declination, 21st.
July | 29·970 | 0·79 | 73·8 | 53·2 | 61·9 | 53·9 | 76 | 11 | 2·7 | 6·9 | W. to N. | 16 |
Aug. | 29·954 | 0·97 | 72·8 | 53·4 | 61·3 | 54·1 | 77 | 11 | 2·4 | 6·5 | W. to N. | 14½ |
Sept. | 29·997 | 0·95 | 67·4 | 48·9 | 56·9 | 51·1 | 81 | 12 | 2·4 | 5·9 | S. to W. | 12½ |
Oct. | 29·860 | 1·33 | 58·3 | 43·7 | 50·2 | 46·0 | 87 | 13 | 2·8 | 6·9 | S. to W. | 10½ | A few frosty nights. Heavy gales.
Nov. | 29·929 | 1·53 | 49·3 | 37·7 | 43·4 | 40·1 | 89 | 12 | 2·4 | 7·2 | S.W. | 9 | 11 nights frosty.
Dec. | 29·979 | 1·52 | 45·0 | 35·5 | 40·1 | 36·9 | 89 | 12 | 1·9 | 7·4 | W. | 8 | Sun attains greatest South Declination, 21st.
Year | 29·946 | 1·16 | 58·0 | 42·3 | 49·2 | 43·7 | 82 | 133 | 25·3 | 6·7 | ... | ... |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13

В приведенной выше таблице столбцы с 1 по 10 представляют собой результаты, полученные в Королевской обсерватории в Гринвиче Дж. Глейшером, эсквайром, членом Королевского общества. Данные, содержащиеся в столбцах 2 и 10, выведены из наблюдений, охватывающих годы с 1841 по 1855 включительно, и скопированы из «Третьей книги для чтения» Эдварда Хьюза; остальные столбцы являются результатами наблюдений, сделанных в течение двадцати лет, заканчивающихся в 1861 году. Остальная информация взята из «Климата Лондона» Люка Говарда.

Эти ценные данные указывают на характеристики погоды в каждом месяце в пригородах Лондона и окажутся довольно точными в качестве индикаторов погоды и пригодными в качестве стандартов для сравнения наблюдаемых результатов в большинстве мест Англии.

СТАНДАРТНЫЕ ТРУДЫ ПО МЕТЕОРОЛОГИИ

ПОСТАВЛЯЕМЫЕ КОМПАНИЕЙ NEGRETTI & ZAMBRA.

КНИГА О ПОГОДЕ: РУКОВОДСТВО ПО ПРАКТИЧЕСКОЙ МЕТЕОРОЛОГИИ. Вице-адмирал Фицрой, член Королевского общества и др. Цена: 0 фунтов 15 шиллингов 6 пенсов.

ЗАКОН ШТОРМОВ, Г. В. Дове, член Королевского общества. Перевод Р. Х. Скотта, магистра искусств. Цена: 0 фунтов 10 шиллингов 6 пенсов.

«ПОЛНЫЙ КУРС МЕТЕОРОЛОГИИ» Л. Ф. КЕМЦА, перевод Ч. В. Уокера, эсквайра. Цена: 0 фунтов 12 шиллингов 6 пенсов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ МЕТЕОРОЛОГИЯ, Джон Дрю, доктор философии, член Королевского астрономического общества. Цена: 0 фунтов 5 шиллингов 0 пенсов.

ГИГРОМЕТРИЧЕСКИЕ ТАБЛИЦЫ, адаптированные для использования с термометром с влажным и сухим термометром, Джеймс Глейшер, эсквайр, член Королевского общества. Цена: 0 фунтов 2 шиллинга 6 пенсов.

ТАБЛИЦЫ ПОПРАВОК НА ТЕМПЕРАТУРУ для приведения наблюдений к 32° по Фаренгейту для барометров с латунными шкалами, простирающимися от резервуара до верха ртутного столба, Джеймс Глейшер, эсквайр, член Королевского общества. Цена: 0 фунтов 1 шиллинг 0 пенсов.

ТАБЛИЦА СУТОЧНОГО ХОДА БАРОМЕТРА, Джеймс Глейшер, эсквайр, член Королевского общества. Цена: 0 фунтов 0 шиллингов 6 пенсов.

ТАБЛИЦЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ВЫСОТ по наблюдениям за точкой кипения воды, адаптированные для использования с аппаратом для определения точки кипения Негретти и Замбра. Цена: 0 фунтов 1 шиллинг 0 пенсов.

ТЕРМОМЕТРИЧЕСКАЯ ТАБЛИЦА ПО ШКАЛАМ ФАРЕНГЕЙТА, РЕОМЮРА И ЦЕЛЬСИЯ, Альфред С. Тейлор, эсквайр, доктор медицины и др. Цена: в листе, с пояснительной брошюрой, 0 фунтов 1 шиллинг 6 пенсов.

МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ТАБЛИЦЫ для приведения барометрических и гигрометрических наблюдений, определения высот по барометру и термометру точки кипения и т. д., Дж. Харви Симмондс, член Британского метеорологического общества. Цена: 0 фунтов 2 шиллинга 6 пенсов.

РУКОВОДСТВО ПО БАРОМЕТРУ, составленное вице-адмиралом Фицроем, членом Королевского общества, для Совета по торговле. Цена: 0 фунтов 0 шиллингов 6 пенсов.

КАРМАННЫЙ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ И ЗАПИСНАЯ КНИЖКА с диаграммами для отображения колебаний барометра и т. д. Напечатано на металлической бумаге. Цена: с карандашом, 0 фунтов 3 шиллинга 0 пенсов.

LONDON:
PRINTED BY STRAHAN AND WILLIAMS,
7 LAWRENCE LAND, CHEAPSIDE, E.C.

ПАТЕНТОВАННЫЙ РЕГИСТРИРУЮЩИЙ И ГЛУБОКОВОДНЫЙ ТЕРМОМЕТР КОМПАНИИ NEGRETTI & ZAMBRA. [20]

Этот термометр отличается от всех других регистрирующих или записывающих термометров следующими важными особенностями: —

I. Термометр содержит только ртуть без какой-либо примеси спирта или другой жидкости.

II. Он не имеет индексов или пружин, и его показания осуществляются только ртутным столбом.

III. Его можно переносить в любом положении, и он не может выйти из строя, кроме как при фактической поломке прибора.

И, наконец, он будет указывать и записывать точную температуру в любой час дня или ночи, или точную температуру на любой глубине моря, независимо от теплых или холодных течений или слоев, через которые термометр может проходить при спуске или подъеме; это последнее очень особое качество делает этот термометр превосходящим любые другие для измерения глубоководных температур; ибо те, что сейчас используются в экспедиции по промеру глубин на судне «Челленджер», склонны давать ошибочные показания из-за соскальзывания их индексов и других нарушений — (это было доказано г-нами Негретти и Замбра на заседании Британского метеорологического общества), и при определенных температурных условиях старыми термометрами невозможно получить истинные температуры на определенных глубинах, которые могут потребоваться. Прилагается копия отчета Адмиралтейству от капитана Дж. С. Нэрса с судна Её Величества «Челленджер», датированного Мельбурном, 25 марта 1874 года, который мы взяли из журнала Nature от 30 июля 1874 года, подтверждающий это утверждение.

«В отчете Адмиралтейству капитана Дж. С. Нэрса с судна Её Величества «Челленджер», датированном Мельбурном, 25 марта 1874 года, капитан Нэрс, говоря о температуре океана, особенно вблизи кромки паковых льдов, отмечает: — «На небольшом расстоянии от пака поверхностная вода прогревалась до 32°, но на глубине 40 морских саженей мы всегда обнаруживали температуру 29°; это сохранялось до 300 саженей, глубины, на которой плавает большинство айсбергов, после чего идет слой слегка более теплой воды с температурой 33° или 34°. Поскольку термометры должны были пройти через эти два пояса воды, прежде чем достичь дна, индексы регистрировали эти температуры, и было невозможно получить точную температуру дна, находясь рядом со льдом, но наблюдения, сделанные в более низких широтах, показывают, что она составляет около 31°. Более точные результаты не могли бы быть получены, даже если бы аппарат г-на Сименса был на борту». Нам кажется, что упомянутая трудность — это та, которая, безусловно, была бы преодолена новыми записывающими термометрами Негретти и Замбра, описание которых появилось в Nature, том IX, стр. 387; это как раз один из тех случаев, для которых этот прибор особенно приспособлен. Мы полагаем, что изобретатели и изготовители значительно усовершенствовали свой термометр с момента появления нашего описания, и, несомненно, Адмиралтейством будут приняты меры для передачи одного экземпляра на «Челленджер»».

Fig. 1.

ОПИСАНИЕ ГЛУБОКОВОДНОГО ЗАПИСЫВАЮЩЕГО ТЕРМОМЕТРА.

Прежде всего, следует отметить, что резервуар термометра защищен таким образом, чтобы противостоять давлению океана, которое варьируется в зависимости от глубины, причем на глубине трех тысяч морских саженей оно составляет около трех тонн на квадратный дюйм. Способ защиты резервуара был изобретен г-нами Негретти и Замбра в 1857 году и в последнее время был скопирован другими лицами и представлен как новое изобретение. Способ защиты резервуара был описан покойным адмиралом Р. Фицроем в первом номере «Метеорологических записок», страница 55, опубликованном 5 июля 1857 года, следующим образом:

«Ссылаясь на ошибочные показания всех термометров, возникающие из-за того, что их хрупкие резервуары сжимаются под огромным давлением океана, он говорит: — «С целью устранения этого недостатка г-ны Негретти и Замбра взялись изготовить футляр для хрупких резервуаров, который должен пропускать температуру, но сопротивляться давлению. Соответственно, трубка из толстого стекла запаивается снаружи хрупкого резервуара, между которым и оболочкой по всему периметру остается пространство, почти полностью заполненное ртутью. Небольшое незаполненное пространство представляет собой вакуум, в который ртуть может расширяться или выдавливаться под воздействием тепла или механического сжатия, не причиняя вреда и даже не сжимая внутренний, гораздо более хрупкий резервуар»».

Конструкция этого прибора для измерения глубоководных температур следующая: —

Fig. 2.

По форме он напоминает сифон с параллельными плечами, выполненный как единое целое и имеющий непрерывное сообщение, как показано на прилагаемом рисунке. Шкала термометра закреплена на оси и, будучи прикрепленной в перпендикулярном положении к простому аппарату (который будет описан в ближайшее время), опускается на любую желаемую глубину. При спуске термометр действует как обычный прибор, ртуть поднимается или опускается в зависимости от температуры слоя, через который он проходит; но как только спуск прекращается и тросу придается обратное движение, чтобы тянуть термометр к поверхности, прибор поворачивается один раз вокруг своей оси, сначала резервуаром вверх, а затем резервуаром вниз. Это заставляет ртуть, которая находилась в левом колене, сначала пройти в расширенный сифонный изгиб в верхней части, а затем в правую трубку, где она остается, указывая на градуированной шкале точную температуру в момент его переворачивания. На рисунке 1 показано положение ртути после того, как прибор был таким образом повернут вокруг своей оси. A — резервуар; B — внешняя оболочка или защитный цилиндр; C — пространство разреженного воздуха, которое уменьшается, если внешняя оболочка сжимается; D — небольшая стеклянная пробка, работающая по принципу патентованного максимального термометра Негретти и Замбра, которая в момент переворачивания отсекает ртуть в трубке от ртути в резервуаре, тем самым гарантируя, что в указывающую колонку может попасть только ртуть, находившаяся в трубке; E — расширение, сделанное в изгибе, чтобы позволить ртути быстро перетекать из одной трубки в другую при вращении; и F — указывающая трубка или собственно термометр. В действии, как только термометр приводится в движение и трубка принимает слегка наклонное положение, ртуть разрывается в точке D, стекает в изогнутую и расширенную часть E и в конечном итоге попадает в трубку F, когда эта трубка возвращается в свое первоначальное перпендикулярное положение.

Fig. 3.

Приспособление для переворачивания термометра можно описать как раму с вертикальным пропеллером; к этой раме прибор крепится на шарнирах. При спуске через воду пропеллер выводится из зацепления и свободно вращается вокруг своей оси; но как только прибор тянут к поверхности, пропеллер входит в зацепление и вращается в противоположном направлении, один раз переворачивая термометр, после чего блокируется и становится неподвижным.

Инструкции по настройке термометра перед его опусканием в море.

I. Вся ртуть должна находиться в левом колене.

II. Короткий штифт на задней стороне термометра должен находиться перед стопорной пластиной S +; чтобы добиться этого, потяните за ручку, которая останавливает термометр, и слегка поверните пропеллер, чтобы термометр продвинулся достаточно, чтобы миновать стопорную пластину.

Патентованный атмосферный регистрирующий термометр Негретти и Замбра, рис. 3, отличается от глубоководного термометра отсутствием двойного или защищенного резервуара, так как он не требуется для сопротивления давлению. В этом случае прибор переворачивается простым часовым механизмом, который можно установить на любой желаемый час; термометр закреплен на часах, и когда стрелка доходит до установленного часа, на который часы настроены, как при установке будильника, пружина освобождается, и термометр переворачивается, как описано ранее.

Г-ны Негретти и Замбра разработали гигрометр с влажным и сухим термометром по той же схеме.

NEGRETTI & ZAMBRA

ПРАЙС-ЛИСТ

НА

СТАНДАРТНЫЕ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ

И ДРУГИЕ

ФИЛОСОФСКИЕ (НАУЧНЫЕ) ПРИБОРЫ.

Цифры на полях в этом списке и номера гравюр на дереве относятся к параграфам в «Трактате о метеорологических приборах Негретти и Замбра».

|  |  | £ | s. | d.
4 | Standard Barometers, Fortin’s arrangement, as Fig. 3 with mahogany board |  | 8 | 8 | 0
| Ditto ditto with Millemetre and English scales |  | 9 | 9 | 0
| Ditto ditto with tube, 0·45 internal diameter and millimetre scale |  | 10 | 10 | 0
| Observatory Standard Barometers, extra large tubes and cisterns | £25 | 0 | 0 |  | 35 | 0 | 0
| Ditto ditto arranged for observations being taken by the Cathetometer |  | 18 | 18 | 0
| Cathetometer, for use with above |  | 21 | 0 | 0
9 | Self Compensating Standard Barometer, Fig. 6 |  | 20 | 0 | 0
10 | Standard Barometer, with electrical adjustment |  | 15 | 15 | 0
11 | Pediment Barometers, Fig 7 | £1 | 1 | 0 |  | 2 | 2 | 0
| Ditto   ditto     Fig. 8 | £3 | 3 | 0 |  | 3 | 10 | 0
| Ditto   ditto     Fig. 9 | £4 | 10 | 0 |  | 5 | 10 | 0
| Ditto   ditto     Fig. 10 |  | 8 | 10 | 0
| Ditto ditto ditto handsome carved mountings, in mahogany, oak, or walnut wood   £8   8   0 | £10 | 10 | 0 |  | 12 | 12 | 0
14 | FitzRoy’s Storm or Sea Coast Fishery Barometer, Fig. 12 |  | 5 | 5 | 0
| Ditto   ditto with two verniers |  | 6 | 6 | 0
| Ditto   ditto mounted in ornamental carved frames, oak, walnut, or mahogany | £6 | 10 | 0 |  | 8 | 8 | 0
19 | Marine Barometers, ordinary forms, Figs. 13 and 14         £2   2s. | £2 | 10s. |  | 3 | 3 | 0
| Ditto   ditto   Best mounted | £5 | 5s. |  | 6 | 6 | 0
20 | The Board of Trade or Kew Marine Barometer, Fig. 15,        £4   4s. | £5 | 5s. |  | 6 | 6 | 0
22 | Negretti and Zambra’s FitzRoy Marine or Gun Barometer, Fig. 16, with N. and Z.’s Patent Porcelain Scales, as used in Her Majesty’s Navy |  | 5 | 10 | 0
| Extra Tube for ditto |  | 1 | 15 | 0
25 | Negretti and Zambra’s Farmer’s Barometer or Domestic Weather Glass, Fig. 17 |  | 2 | 10 | 0
28 | Negretti and Zambra’s Miner’s Barometers            £1   1s. | £2 | 2s. |  | 3 | 3 | 0
31 | Dial or Wheel Barometers, Figs. 18, 19, 20, 21        £3   3s. | £4 | 4s. |  | 5 | 5 | 0
| Ditto   ditto in carved ornamental mountings       £5   10s.   £6   6s. | £8 | 8s. |  | 10 | 10 | 0
| Ditto   ditto rosewood, inlaid with pearl or metal. Made to order, Figs. 22 and 23. Price varying with size, &c.
37 | Gay Lussac’s Syphon Tube Mountain Barometer | £6 | 6 | 0 |  | 8 | 8 | 0
32 | Standard Syphon Barometer, Gay Lussac’s arrangement, Fig. 24 |  | 5 | 5 | 0
38 | Negretti and Zambra’s Standard Mountain Barometer, with Fortin’s cistern, with tripod stand and travelling case, Fig. 30 |  | 10 | 10 | 0
34 | Barograph, or Self-registering Barometer, with syphon mercurial tube. Negretti and Zambra’s improved arrangement, Fig. 26 | 18 | 18 | 0 |  | 25 | 0 | 0
| Negretti and Zambra’s Self-recording Aneroid Barometer, with Clock |  | 22 | 0 | 0
| 48. ANEROID BAROMETERS.
| Aneroid Barometers, with card dials 4½ inches diameter, best quality. |  | 2 | 10 | 0
| Ditto ditto     with silvered metal dial |  | 3 | 0 | 0
| Ditto ditto     with ditto     and thermometer |  | 3 | 10 | 0
| Ditto ditto     ditto with corrected scale, as supplied by Negretti and Zambra to the Royal Navy |  | 5 | 5 | 0
| Aneroid Barometers, with elegantly-chased dials |  | 4 | 4 | 0
| Ditto ditto     with raised ring on dial |  | 5 | 5 | 0
| Ditto ditto     ditto with thermometer |  | 6 | 6 | 0
| Aneroid Barometer, for altitude measurements with revolving ring, carrying index, range of scale 20,000 feet 4½ inches diameter, with magnifier |  | 8 | 8 | 0
| POCKET ANEROID BAROMETERS. Fig. 34.
49 | Pocket Aneroid Barometer, 2¾ inches diameter, with silvered metal scale |  | 3 | 3 | 0
| Ditto ditto   for measuring altitudes to 10,000 feet compensated for temperature, in leather case |  | 5 | 5 | 0
| Ditto ditto   ditto    to 20,000 feet, with magnifier |  | 6 | 6 | 0
50 | WATCH-SIZE ANEROID BAROMETERS in gilt metal cases (see figure 35.)
| Watch-Size Aneroid Barometer, weather range | £3 | 3 | 0 |  | 4 | 4 | 0
| Ditto ditto  of best construction, extra thin, for meteorological observations or altitude measurements to 10,000 feet |  | 5 | 5 | 0
| Ditto ditto  ditto to 20,000 feet, compensated for temperature |  | 6 | 6 | 0
| Either of the above Watch-size Barometers may be had in Stout Silver Cases at a cost of £2 2s. extra
| Watch-size Aneroid Barometers in Solid Gold, highly-finished cases. £15 15s. to £21.
| Table Stands for Aneroid Barometers of Carved Oak or other woods, 10s. 6d., 25s., 35s., to £5 5s.
| Ships’ Aneroid Barometers, in suitable mountings    £2 10s.    £3 3s.    £5 5s.    £6 6s.
47 | Sympiesometer, for Ship use | £3 | 3 | 0 |  | 4 | 10 | 0
| Ditto ditto Pocket form, Fig. 32 |  | 4 | 4 | 0
| The Sympiesometer is now rarely used, the Aneroid Barometer being found equally sensitive and less liable to derangement.
56 | Independent Standard Thermometers, Fig. 36 |  | 5 | 5 | 0
57 | Standard Thermometers, for Boiling Point Apparatus |  | 1 | 10 | 0
| Chemists’ or Brewers’ Standard Reference Thermometers | £1 | 1s. |  | 2 | 2 | 0
47 | Chemical Thermometers, divided on the stem. Fig. 48. |  | 10s. | 6d. |  | 0 | 15 | 0
| Chemical Thermometers, Boxwood Scale          7s. 6d. |  | 10s. | 6d. |  | 0 | 12 | 6
64 | Thermometers on Boxwood Scales, Fig. 37.       1s.    1s. 6d.    2s. 6d. |  | 3s. | 6d. |  | 0 | 4 | 6
| Ditto ditto larger sizes |  | 7s. | 6d. |  | 0 | 12 | 6
| Ditto ditto Engraved glass scales, Fig. 39        15s.    £1 1s. | £1 | 5s. |  | 1 | 10 | 0
| POCKET THERMOMETERS, IN VARIOUS MOUNTINGS.
| Fig. 38 10s. 6d. Fig. 40 10s.    6d. 15s.  Fig. 41 5s. 6d.    8s. 6d.    12s. 6d.
63 | Thermometers of extreme Sensitiveness,                    15s. | £1 | 10s. |  | 2 | 2 | 0
| Drawing Room or Mantel Thermometers, various mountings, Figs. 42 and 43.                12s. 6d.    15s.    £1 1s.    £1 10s. | £2 | 2s. |  | 2 | 10 | 0
| Bracket Window Thermometers, Fig. 46         12s. 6d.     15s. | £1 | 1s. |  | 1 | 10 | 0
| Bath Thermometers, Figs. 44 |  | 7s. | 6d. | 0 | 15 | 0
66 | Sugar Boiling Thermometers               £1 12s. | £2 | 2s. |  | 3 | 3 | 0
67 | Earth Thermometers, Fig. 51 | £1 | 10s. |  | 2 | 2 | 0
| Hot Bed Ditto                    12s. 6d. | £1 | 5s. |  | 1 | 10 | 0
68 | Marine Thermometer, Fig. 52               7s. 6d. |  | 8s. | 6d. |  | 0 | 10 | 6
65 | Super Heated or Steam Pressure Thermometers, Fig. 74, Figs. 49 and 50   £1 5s.    £1 10s. | £2 | 2s. |  | 2 | 10 | 0
| SELF-REGISTERING THERMOMETERS FOR HEAT.
72 | Negretti and Zambra’s Patent Standard Maximum Self-Registering Thermometer,[21] Fig. 54 |  | 1 | 1 | 0
72 | Negretti and Zambra’s Patent Maximum Thermometer, on boxwood scale |  | 0 | 10 | 6
| Ditto, ditto,  on Negretti and Zambra’s Patent Solid Porcelain or Metal Scales on oak mounting |  | 0 | 12 | 6
70 | Rutherford’s Maximum Thermometer, on boxwood or metal scale, with steel index    5s. 6d. |  | 7s. | 6d. |  | 0 | 10 | 6
71 | Phillip’s Maximum Thermometer, on boxwood or metal scale, with air index       7s. 6d. |  | 10 | 6 |  | 0 | 12 | 6
| SELF-REGISTERING THERMOMETERS FOR COLD.
73 | Negretti and Zambra’s Standard Minimum Self-Registering Thermometer, Fig. 55 |  | 1 | 1 | 0
73 | Rutherford’s Minimum Thermometer, on boxwood or metal scale       3s. 6d.    5s. 6d. |  | 7s. | 6d. |  | 0 | 10 | 6
73 | Rutherford’s Minimum Thermometer, on Negretti and Zambra’s Patent solid porcelain scale |  | 10s. | 6d. |  | 0 | 12 | 6
| Ditto, on Negretti and Zambra’s porcelain or metal scales and oak mounting |  | 0 | 12 | 6
74 | Negretti and Zambra’s Horticultural Self-Registering Thermometer. The scale is made of stout zinc, enclosing the tube; the figures and divisions are boldly marked for quickly and easily reading the indications, Fig. 56 |  | 0 | 3 | 6
83 | Negretti and Zambra’s Patent Solar Radiation Thermometer, Fig. 63 |  | 1 | 5 | 0
84 | Ditto, ditto, ditto, in vacuo, Fig. 64 |  | 1 | 10 | 0
| Ditto, ditto, ditto, improved form, with test gauge |  | 2 | 2 | 0
85 | Negretti and Zambra’s Terrestrial Radiation Thermometer |  | 1 | 5 | 0
| Brass Stands for above, Fig. 65 |  | 0 | 5 | 0
76 and 77 | Negretti and Zambra’s Patent Mercurial Minimum Thermometers | £2 | 10s. |  | 2 | 2 | 0
81 | Maxima and Minima Thermometers, on Sixe’s arrangement, Fig. 62, various forms of mounting                   12s. 6d.    14s.    21s. |  | 30s. |  | 2 | 2 | 0
| Pocket Maxima and Minima Thermometers, Negretti and Zambra’s Patent, in convenient cases | £2 | 2s. |  | 2 | 10 | 0
89 | Deep Sea Registering Thermometer, with Negretti and Zambra’s improved protected bulb, in copper cylinder, Fig. 69. |  | 2 | 10 | 0
89[21] | Negretti and Zambra’s Improved Deep Sea Thermometer, with vulcanite mountings, in copper cylinder, with door, small size |  | 2 | 5 | 0
90 | Negretti and Zambra’s Patent Recording Deep Sea Thermometer |  | 10 | 10 | 0
91 | Ditto, ditto, ditto Recording Thermometer |  | 4 | 4 | 0
92 | Ditto, ditto, ditto Hygrometer |  | 6 | 6 | 0
93 | Improved Boiling Point Mountain Thermometer, or Hypsometric Apparatus, with Tables, Figs. 72 and 73, in leather case with strap |  | 5 | 5 | 0
| Extra Thermometer for Ditto |  | 1 | 10 | 0
106 | Negretti and Zambra’s Standard Wet and Dry Bulb Hygrometer, Fig. 79 |  | 2 | 2 | 0
| Wet and Dry Bulb Hygrometers, various mountings         30s.    25s.    21s. |  | 14s. |  | 0 | 10 | 6
| Pocket Hygrometers, in box | £2 | 2s. |  | 2 | 10 | 0
103 | Daniell’s Hygrometer, Fig. 77 |  | 3 | 3 | 0
104 | Regnault’s Hygrometer, Fig. 78 | £3 | 10s. |  | 5 | 5 | 0
| Aspirator for Ditto | £1 | 15s. |  | 2 | 15 | 0
110 | Howard’s Rain Gauge, has a 5-inch copper Funnel, with turned brass rim fitted to a stout stone-ware or glass bottle, with a graduated glass measure, divided to 100ths of an inch |  | 0 | 10 | 6
| Symons’ Portable Rain Gauge, (5-inch) with graduated glass measure, japanned tin |  | 0 | 10 | 6
| Ditto ditto in stout copper |  | 0 | 15 | 0
111 | Glaisher’s Rain Gauge, the receiving surface is 8-inches diameter, of stout japanned metal, with graduated glass measure, Fig. 84 |  | 1 | 1 | 0
| Ditto ditto, of stout copper |  | 1 | 10 | 0
| Receiving Pots for ditto, extra 2s. and 3s. 6d.
113 | Rain Gauge, having a receiving surface of 12 inches diameter, and graduated glass gauge tube, divided to hundredths of an inch, in japanned metal, with brass tap |  | 2 | 10 | 0
| Ditto ditto, Fig. 85, in copper |  | 3 | 10 | 0
| Ditto ditto, with sliding rod instead of graduated tube, japanned tin |  | 2 | 2 | 0
| Rain Gauges, of any form or area made to order, with suitable measuring glasses.
123 | Lind’s Anemometer, Fig. 86 |  | 2 | 2 | 0
125 | Robinson’s Anemometer, Fig. 87 |  | 3 | 3 | 0
| Ditto ditto, Improved arrangement | £4 | 10s. |  | 5 | 15 | 0
| Ditto ditto, with clutch movement, Fig. 88 |  | 6 | 15 | 0
| Negretti and Zambra’s Improved Air Meter, of extreme sensitiveness, very portable |  | 4 | 4 | 0
| Large Air Meters made to order.
127 | Osler’s Self-Registering Anemometer and Rain Gauge, Fig. 89 | £84 to |  | 150 | 0 | 0
128 | Berkley’s Anemometers fitted up to order, to suit the Observatory.
131 | Gold Leaf Electrometer, Fig. 90 |  | 1 | 1 | 0
133 | Peltier’s Electrometer |  | 4 | 4 | 0
134 | Bohnenberger’s Electroscope, Fig. 91 |  | 8 | 8 | 0
135 | Thompson’s Electrometer, to order
| Lightning Conductors fitted up to order.
142 | Ozone Cage, Fig. 92 |  | 0 | 18 | 0
| Ditto ditto, copper |  | 1 | 5 | 0
146 | Leslie’s Differential Thermometer, Fig. 93 | £1 | 10s. |  | 2 | 2 | 0
148 | Thermometer Stand (Glaisher’s) |  | 3 | 3 | 0
149 | Thermometer Screen for Sea use |  | 3 | 3 | 0
150 | Anemoscope, or Portable Vane, Fig. 94 |  | 2 | 5 | 0
151 | Evaporating Dish, Fig. 95 |  | 1 | 2 | 6
157 | Sea Water Hydrometers, Board of Trade Marine, Figs. 96 and 97 |  | 0 | 5 | 6
158 | Newman’s Self-Registering Tide Gauge, Fig. 158, fitted to the Building to order |  | From | 50 | 0 | 0

Дополнительную информацию о ценах и т. д. можно найти в ЭНЦИКЛОПЕДИЧЕСКОМ КАТАЛОГЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ, ФИЛОСОФСКИХ, ОПТИЧЕСКИХ, ФОТОГРАФИЧЕСКИХ И СТАНДАРТНЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ КОМПАНИИ NEGRETTI & ZAMBRA, содержащем очень многочисленные сравнительные справочные таблицы и проиллюстрированном более чем ОДИННАДЦАТЬЮСТАМИ ГРАВЮРАМИ. Королевский формат 8vo. Тканевый переплет, золотое тиснение — Цена 5 шиллингов 6 пенсов.

Сноски:

[1] Второй номер «Метеорологических записок», изданный Советом по торговле.

[2] В отношении этих барометров мы получили нижеприведенный отзыв с разрешением использовать его по нашему усмотрению.

«Метеорологическое управление, 12 июня 1863 г.

«Г-нам Негретти и Замбра,

«Барометры, которые вы недавно поставили на корабли Её Величества через это Управление, получили высокую оценку, будучи пригодными для общего использования как на море, так и на суше.

«(Подпись) Р. ФИЦРОЙ».

[3] См. К. Даубени, член Королевского общества, «О климате».

[4] См. Отчет Британской ассоциации, 1862 г.

[5] См. страницу 42 для таблиц.

[6] Цитаты в этом разделе взяты из труда Тиндаля «Теплота как вид движения».

[7] Д-р Даубени, член Королевского общества, «О климате».

[8] Лесли «О соотношениях воздуха, тепла и влаги».

[9] «Теплота как вид движения» Тиндаля.

[10] См. Horological Journal, том V.

[11] «Гигрометрические таблицы», Дж. Глейшер, эсквайр, член Королевского общества.

[12] См. Отчет Британской ассоциации, 1862 г. Можно добавить для сведения тех, кто собирается начать наблюдения, что г-н Саймонс из Камден-Роуд-Виллас, Лондон, желает получать данные об осадках с как можно большего числа станций, чтобы сделать свои ежегодные отчеты для Британской ассоциации более полными.

[13] «Климат Лондона» Люка Говарда.

[14] См. Третий номер «Метеорологических записок», изданный Советом по торговле.

[15] «Элементы физики», К. Ф. Пешель.

[16] Это описание изменено по сравнению с описанием в Отчете присяжных для класса XIII Международной выставки 1862 года.

[17] All the Year Round, № 224.

[18] All the Year Round, № 224.

[19] См. Отчеты присяжных.

[20] См. также страницу 90 этого Трактата.

[21] Эти приборы являются единственными максимальными термометрами, которые можно рекомендовать, так как, если они не разбиты, их невозможно вывести из строя. Полностью описаны в разделе «Стандартные максимальные термометры» в нашем большом каталоге и на странице 72 нашего «Трактата о метеорологических приборах».

Примечание транскриптора: В попытке сделать широкую таблицу на странице 149 более удобной для чтения, месяцы были сокращены транскриптором. Кроме того, «Temperature» (Температура) была изменена на «Temp.», а «Temperatures» (Температуры) — на «Temp's.».

back

back

back