(van Gr. /?aoo£, baros, zwaarte, en fxéxQov, metron, maat; dus: zwaartemeter) heet een werktuig dienend om het bedrag te bepalen van de gedurig veranderende luchtdruk*, welke de atmosfeer*, die de aarde omgeeft, op elke plaats uitoefent op voorwerpen die aan haar werking zijn blootgesteld. Een instrument, waarmee kleine en snelle drukveranderingen kunnen worden gemeten heet variometer*.
De luchtdruk wordt door een barometer aangegeven in millimeters (of centimeters) kwik of in millibaren*.De aanleiding tot de uitvinding van de barometer was de volgende: te Florence probeerde men water te pompen uit een put van zeer grote diepte, maar nooit steeg het water hoger dan ongeveer 10 m boven het niveau in de put. Torricelli verklaarde (1643) dit verschijnsel door te bewijzen, dat de lucht gewicht heeft en dat deze op alle voorwerpen een druk uitoefent. In plaats van water nam hij kwikzilver; hij vulde een aan één zijde gesloten glazen buis van ongeveer 80 cm geheel hiermede; met één vinger de opening afsluitende (fig. 1) draaide hij de buis om en zette deze omgekeerd in een bak met kwik (fig. 2). Telkens bleek bij deze proef, dat het kwik in de buis bleef staan op een hoogte van ongeveer 76 cm boven het kwikniveau in de bak, als geen lucht boven in de buis aanwezig was. Daar het s.g. van kwik 13,595 is, heeft een waterkolom van 76 cm X 13,595 = 1033 cm hetzelfde gewicht als een kwikkolom van 76 cm lengte en gelijke doorsnede.
Hieruit bleek dus, dat de opgezogen waterkolom op haar hoogst tot ongeveer 10 m kon komen.
Deze proef van Torricelli bewijst, dat de lucht een drukking uitoefent, die per cm2 ongeveer 1 kg bedraagt. Torricelli reeds maakte de opmerking, dat de hoogte van de kwikkolom niet gelijk bleef, maar om de stand van 76 cm heen en weer bewoog. De luchtledige ruimte a b (fig. 2) heet naar den ontdekker het luchtledige (vacuum) van Torricelli. Denkt men zich een horizontaal vlak, dat precies op het kwikniveau in de bak rust, dan is de druk op dit vlak in de buis alleen afkomstig van de kwikkolom, en buiten de buis alleen van de lucht. Deze beide drukkingen moeten per cm8 even groot zijn. De drukking van de lucht kan dus gemeten worden door de lengte van de kwikkolom; vandaar het gebruik van dit toestel.
Er bestaan drie hoofdtypen van barometers, nl. de vloeistof barometers, de doosbarometers en de thermobarometers. Een bijzondere plaats nemen in de registrerende barometers of barografen.
Onder de verschillende typen vloeistofbarometers of kwïkbarometers is de bakbarometer de eenvoudigste. Een aan één zijde gesloten glazen buis van minstens 80 cm lengte wordt zo zorgvuldig mogelijk schoon gemaakt en gedroogd; daarna wordt ze gevuld met zuiver kwikzilver en in omgekeerde stand in een bak met kwik geplaatst; bijzondere maatregelen worden genomen om te zorgen, dat in de boven de kwikkolom ontstane ruimte zich geen lucht of waterdamp bevindt. Het hoogteverschil der beide kwikniveau’s in en buiten de buis wordt op een schaal afgelezen of met een kathetometer bepaald.
Scheepsbarometers hebben een vernauwing in de buis om het zgn. ,,pompen” van het kwik (als het schip slingert) tegen te gaan.
De hevelbarometers verschillen alleen in dit opzicht van de bakbarometers, dat bak en buis verenigd zijn tot één geheel: een Uvormig omgebogen buis met een gesloten, lang been en een open, kort been. Ze bevatten minder kwik. Hevelbarometers worden tegenwoordig weinig gebruikt. Meer toepassing vindt de bakhevelbarometer (fig. 3). De bodem van het kwikvat wordt gevormd door een schapenlederen zak, waarvan het volume met behulp van een stelschroef kan worden geregeld. Bij gebruik stelt men met deze schroef het kwikoppervlak in het korte open been in op een vast merkteken, het nulpunt van de schaal.
Betreffende de aflezing van kwikbarometers moet bedacht worden, dat het kwik in een niet te wijde buis altijd bol staat (fig. 4); het bolle gedeelte draagt de naam meniscus.
Voor nauwkeurige aflezing wordt gebruik gemaakt van een vizierinrichting, die in haar eenvoudigste vorm bestaat uit een vlakke verschuifbare ring, waarvan voor- en achterzijde van de bovenrand in één horizontaal vlak moeten vallen met de bovenkant van het kwik. Nauwkeurige aflezing van de stand van de vizierring geschiedt voorts door een vast daaraan verbonden nonius, die langs de schaalverdeling kan glijden.
Daar barometerwaarnemingen bijna altijd vergeleken moeten worden met dergelijke waarnemingen, op andere plaatsen verricht, dienen alle waarnemingen herleid te worden tot ze vergelijkbaar zijn. De hoogte van de kwikkolom hangt ten eerste af van de temperatuur. Het s.g. van kwik neemt bij verwarming af, dus de hoogte van een kwikkolom rijst met de temperatuur bij gelijkblijvende luchtdruk. Daarom moet de afgelezen hoogte gedeeld worden door 1 + a t; in deze formule stelt a het verschil van de uitzettingscoëfficiënt van kwik en die van de schaal voor en t het verschil van de temperatuur van het kwik met een voor de barometer vast staande temperatuur (meestal o gr. C., doch bij Engelse barometers bijv. 12 gr. C.).
Op de barometer dient dus een thermometer bevestigd te zijn. Een tweede verschil van stand bij verschillende toestellen wordt veroorzaakt door de capillariteit; hierdoor staat kwik altijd iets lager in een nauwe, dan in een wijdere buis; als men de hoogte (de zgn. pijl) van de meniscus gemeten heeft en men kent de doorsnede van de buis, dan kan van een tabel afgelezen worden, hoeveel er bij de hoogte van de barometer opgeteld moet worden. (Bij hevelbarometers met volkomen even wijde benen is deze correctie onnodig). Als de buis 8 mm middellijn heeft en de pijl van de meniscus is 0,6 mm, dan is de correctie + 0,2 mm. Een derde herleiding dient, om de druk van de lucht op de verschillende plaatsen, die meestal op ongelijke hoogten gelegen zijn, te herleiden tot de druk, die de lucht zou uitoefenen, als de luchtkolom precies tot het zeeoppervlak reikte. Meet men bijv. de barometerstand op een hoogte van 10 m boven de grond, dan blijkt deze ongeveer i mm lager te zijn dan op de grond. De barometerstand wordt daarom herleid tot op zeeniveau.
Een vierde correctie ten slotte is de zgn. breedtecorrectie, welke de barometerstand herleidt tot die kwikhoogte die, bij gelijke luchtdruk, zou optreden °P 45° geografische breedte (de zwaartekracht verschilt nl. een weinig voor verschillende breedte; en daarmee dus ook het s.g. van kwik).
De opstelling van een kwikbarometer moet altijd zuiver verticaal zijn en voorts trillingvrij. Ook mag de kamer slechts langzame temperatuurveranderingen vertonen en mag het instrument niet op de tocht, niet in de zon en niet te dicht bij een verwarmingsinstallatie hangen.
Doosbarometers, metaalbarometers of anerotdebarometers (aneroïde = zonder vloeistof) kunnen de kwikbarometers vervangen in gevallen, waar grote nauwkeurigheid geen vereiste is. Ze hebben vóór, dat ze gemakkelijk vervoerd kunnen worden, de barometerstand in eens aangeven, niet licht breekbaar zijn enz. Vidi vervaardigde de eerste.
Er vallen in hoofdzaak twee typen te onderscheiden: de aneroïdebarometer van Vidi en die van Bourdon. Eerstgenoemde bevat een bijna luchtledige stalen doos A (Vidi-doos; fig. 5) met gegolfd boven- en ondervlak. Een stalen trekveer B of ook wel een inwendig aangebrachte drukveer verhindert, door evenwicht te maken met de druk van de buitenlucht, dat deze de doos zou samendrukken. Toeneming van de luchtdruk gaat gepaard met iets verder indrukken, afneming met iets minder ver indrukken van de doos (dozen). Daar de onderkant van de veer op een grondplaat is bevestigd, beweegt bij drukverandering de bovenkant. Deze kleine verplaatsingen worden, via een hefbomenstelsel, vergroot overgebracht op een wijzer D, die langs een schaalverdeling loopt.
De aneroïdebarometer van Bourdon bevat een, eveneens bijna luchtledige, rondgebogen stalen doos van ovaalvormige doorsnede. Hier is het de veerkracht van de doos zelf, die evenwicht moet maken met de overdruk van de buitenlucht op de doos. Verandering van de luchtdruk buiten geeft verandering van de kromming van de doos (bij afnemende buitendruk wil de doos zich gaan strekken); de plaatsveranderingen van het vrije uiteinde worden weer vergroot overgebracht op een wijzer.
De schaalverdeling wordt bij een metaalbarometer aangebracht door ijking met een kwikbarometer. Deze ijking moet echter na verloop van tijd herhaald worden, daar de elastische eigenschappen van het materiaal in den regel aan langzame verandering onderhevig zijn. Ook is de veerkracht enigszins afhankelijk van de temperatuur. Deze afhankelijkheid kan echter geheel of gedeeltelijk worden gecompenseerd door de invloed van een kleine hoeveelheid lucht, die nog in de doos is gelaten. Dit maakt dat de barometer bij één bepaalde druk temperatuur-onafhankelijk is (het compensatiepunt). Men zorgt, dat deze druk gelijk is aan het gemiddelde van de drukken waarbij de barometer gebruikt zal worden.
De thermobarometer berust op een geheel ander principe en geeft een indirecte bepaling van de luchtdruk door middel van het kookpunt van water, hetwelk bij hogere luchtdiuk hoger ligt dan bij lagere; in eerste instantie wordt dus dit kookpunt gemeten. Dit type barometer wordt wel op expedities gebruikt, vooral in de bergen (z thermobarometer).
Een barograaf of registrerende barometer is meestal een aneroïdebarometer. Is het er een volgens Vidi, dan bevat hij meestal meer dozen boven elkaar (fig. 6). De wijzer beweegt bij een barograaf in een verticaal vlak en schrijft zijn positieveranderingen op een diagramstrook (de ontstaande lijn heet barogram), die gespannen is om een cylinder, welke door een uurwerk langzaam wordt rondgedraaid. De diagramstrook is bedrukt met horizontale lijnen waarbij de luchtdrukwaarden staan aangegeven en met verticale lijnen ter aanduiding van dag en uur. Barografen voor waarnemingen in de hogere luchtlagen schrijven meestal niet op papier maar bijv. op een beroete trommel (z meteorograaf). Een zeer gevoelige barograaf, in staat om zeer kleine drukveranderingen op te tekenen heet microbarograaf.
Op de gewone huisbarometers (meestal van het type Vidi) staan dikwijls langs de (ronde) schaalverdeling nog woorden als (van lage naar hoge drukken) „storm”, „regen”, „veranderlijk”,„mooi weer”, „bestendig”, e.d. afgedrukt. Deze aanduidingen hebben maar zéér beperkte waarde. Wel komen bij lage barometerstand vaker regenval en harde wind voor dan bij hoge en gaat hoge luchtdruk meestal gepaard met rustig weer, maar in het laatste geval kunnen bijv. ook (vooral in herfst en winter) zeer goed bedekte hemel en mist optreden in plaats van fraai weer. Dikwijls zegt de verandering (de zgn. haiometertendenz', deze is het best waar te nemen op een barograaf) meer dan de ogenblikkelijke stand van de barometer (snelle daling van luchtdruk bijv. kondigt veelal wel regen en harde wind aan). De betekenis van de barometer voor weersverwachtingen komt echter in de eerste plaats dan tot haar recht, wanneer men de. gelijktijdige standen op verschillende plaatsen met elkaar vergelijkt (z luchtdruk en weerdienst).
Een belangrijke rol vervult de barometer ten slotte (in vliegtuigen bijv.) als middel om de hoogte te bepalen (z barometrische hoogtebepaling).
DR P. GROEN
Barometrische hoogtebepaling
Aangezien met toenemende hoogte in de atmosfeer de luchtdruk daalt, levert het meten van de luchtdruk met een barometer een middel om van een plaats op een gebergte, van een vliegtuig of van een ballon de hoogte te bepalen of te schatten. Nabij het aardoppervlak neemt de druk gemiddeld ongeveer i millibar* (= ongeveer a/4 mm kwik) afbij stijging van acht meter. Op grotere hoogte wordt de luchtdrukdaling bij toenemende hoogte echter geleidelijk langzamer. Om uit een barometeraflezing ƒ> in de vrije atmosfeer de hoogte H boven het aardoppervlak nauwkeurig te bepalen is het nodig:
i. de druk pt aan de grond,
2. de temperatuur verdeling tussen het punt van waarneming en de grond te kennen.
Een exacte berekening kan dan plaats vinden met behulp van speciale tabellen of grafisch op een zgn. aerologisch diagrampapier (z temperatuur in de atmosfeer). Kent men alleen ongeveer het temperatuurverloop tussen de grond en de plaats, waarvan de hoogte berekend moet worden, dan kunnen bepaalde meer of minder nauwkeurige formules gebruikt worden (zo’n formule wordt barometrische hoogteformule of hypsometrische formule genoemd).
Voor een snelle benadering van de hoogte zonder daarvoor enig actueel gegeven omtrent de temperatuur nodig te hebben, maakt men gebruik van een zgn. „standaardatmosfeer”, waarin een bepaalde temperatuurverdeling (zoals die in een bepaald gebied van de aarde gemiddeld ongeveer aanwezig geacht wordt) aangenomen wordt. Wordt ook nog uitgegaan van een bepaalde gemiddelde gronddruk, nl. 1013,3 mbar, dan krijgt men (bij voorbeeld) een hoogteschaal als hieronder is afgedrukt.
Hoogte
m Druk
mbar Temp. gr. G. Hoogte
m Druk
mbar Temp. gr. C.
0 1013,3 15,0 9 000 307,2 “43,5
1 000 898,6 8,5 10 000 264,2 -50,0
2 000 794,5 2,0 10 769 234,5 -55,o
3 000 701,0 - 4,5 11i 000 226,2 -55,0
4 000 616,3 -11,0 12 000 193,4 “55,0
5 000 540,1 -17,5 13 000 165,3 -55,o
6 000 471,7 -24,0 14 000 141,4 “55,0
7 000 410,5 -30,5 15 000 120,9 -55,0
8 000 355,8 -37,o 16 000 103,3 -55,0
Een hoogtemeter of altimeter is een aneroïde-barometer, waarop behalve de drukschaal, of ook zelfs in de plaats daarvan, een hoogteschaal is aangebracht overeenkomstig een bepaalde standaardatmosfeer, zodat onmiddellijk de hoogte kan worden afgelezen. Daar de gronddruk sterk kan afwijken van 1013,3 mbar is de hoogteschaal dikwijls beweegbaar t.o.v. de drukschaal gemaakt, zodat het instrument zó kan worden mgesteld, dat het nulpunt van de hoogteschaal samenvalt met dat punt van de drukschaal, dat de aan het aardoppervlak werkelijk heersende luchtdruk aangeeft. Een altigraaf is een registrerende hoogtemeter, die dus eigenlijk een registrerende barometer is, maar weer onmiddellijk de hoogte aangeeft. Ofschoon uit het hiermede verkregen diagram ook de stijgsnelheid van een vliegtuig is af te lezen, gebruikt men daarvoor toch liever een ander type stijgsnelheidsmeter.
Ten slotte zij nog vermeld het gebruik van de thermobarometer*, die als hoogtemeter (zgn. hypsometer) vooral op expedities in bergland gebruikt is (de luchtdrukmeting berust hier op de kookpuntverlaging van water bij luchtdrukverlaging).
DR P. GROEN
