Atmosférický tlak Mgr. Miluše Hamplová EU OPVK ICT2-2/ICT11 Základní škola Olomouc, Heyrovského 33 Určeno pouze pro výuku Žádná část ani celek nesmí být použit pro komerční účely

Identifikátor materiálu: EU OPVK ICT2-2/ICT11 ŠkolaZákladní škola Olomouc, Heyrovského 33 Číslo projektuCZ.1.07/1.4.00/ Název projektuMáme šanci číst, zkoumat a tvořit AnotaceŽáci si upevní a prohloubí znalosti při samostatné práci AutorMgr. Miluše Hamplová NázevAtmosférický tlak Očekávaný výstupProcvičení a prohloubení znalostí s využitím digitální technologie, Vzdělávací oblast - oborVolitelné předměty - Informatika Klíčová slovaAtmosférický tlak, měření tlaku Druh učebního materiáluPrezentace Druhy interaktivity Měření fyzikálních veličin s pomocí počítače, motivace, procvičení a ověření znalostí využití počítače v technické praxi. Cílová skupinaŽáci Stupeň a typ vzděláváníZákladní škola II. stupeň Typická věková skupina8. a 9. ročník ZŠ Datum / období vzniku VMDuben 2013

Ovládání Doplnění učiva, zajímavosti - externí odkaz (nutné aktivní připojení) Pro zobrazení průběhu měření je nutný nainstalovaný Adobe Flash Player Možno nainstalovat zde: / / V tomto typu prezentace jsou odkazy na externí internetové stránky, odkazy je nutno občas aktualizovat. Proto se stejné prezentace mohou vyskytovat v různých verzích. Kompletní dynamický záznam měření je součástí prezentace. Toto řešení není zrovna obvykle, ale v tomto případě má informační i metodický význam. Pokud by záznam měření nefungoval korektně (problém s flashplayer) jsou přiloženy i statické záznamy měření. Verze 1.2

Obsah Metodické poznámky Teorie Senzor Postup Výpočet Ukázky naměřených grafů

Metodické poznámky Cílem této práce je umožnit žákům seznámení se značně opomíjeným využití výpočetní techniky v technické praxi. Žáci většinou dobře znají využití počítačů pro komunikaci, hry, zpracování textových a grafických souborů. Chápou vytváření webových stránek, vyhledávání informací i používání komunitních sítí. Opomíjená však často zůstává velká oblast využití počítačů pro měření fyzikálních a technických veličin i řízení procesů. Zde se žáci mohou prakticky nezmámit s tímto aspektem využití počítačů. Dalším vedlejším efektem je posílení mezipředmětových vztahu mezi informatikou, fyzikou, matematikou a pracovními činnostmi. Přírodovědnému a technickému vzdělání se v poslední době začíná znovu věnovat větší pozornost. Žáci jsou vedeni k samostatné práci, řešení problémů a skupinové práci. Učitel zde zastává funkcí vedoucího experimentu a dbá na bezpečnost žáků i správné použití měřící techniky. Podle interaktivního návodu žáci většinou zvládnou získat požadované výsledky samostatně (případně ve skupině) jen s minimální pomocí učitele. Připojení senzorů někdy vyžaduje radu učitele, měřící software žáci zvládají většinou dobře, ovládání je intuitivní a standardní.

Trocha teorie na úvod Odkazy na webové stránky Znalost externích odkanu není nutná pro úspěšné provedení měření, ale tyto informace jsou vybrány pro rozšíření znalostí a mají mnohdy charakter zajímavostí související s tématem měření. Některé stránky obsahují informace značně přesahující učivo základních škol, ale přesto jsou částečně pochopitelné a vhodné i pro tu věkovou skupinu. Směs plynů která obklopuje naši planetu vytváří na povrch tlak. Tomuto tlaku říkáme atmosférický. Na atmosféru působí gravitační pole Země, 1m 3 má hmotnost 1,29 kg a je přitahován k Zemi silou 12,9 N. Vzniká tak tlak podobný hydrostatickému tlaku vody, problém je v tom, že vzduch na rozdíl od vody je stlačitelný (jeho hustota se s nadmořskou výškou mění – zmenšuje). Také atmosféra nemá přesnou hranici (výšku) a pozvolna přechází do vesmírného vakua. Proto nelze atmosférický tlak vypočítat přímo tak snadno, jako tlak hydrostatický. Tlak vzduchu byl poprvé změřen v roce 1643 na základě pokusu, který navrhl Evangelista Torricelli (Torricelliho pokus). Tlak vzduchu závisí především na nadmořské výšce, na hustotě a teplotě atmosféry i na místě na Zemi (gravitačním zrychlení). Pro možnost porovnání tlaků byl zaveden normální atmosférický tak p n = Pa.Torricelliho pokus

Senzor Barometr Barometr umožňuje měřit atmosférický tlak v rozmezí 80 kPa – 120 kPa. Barometr je schopen v uvedeném rozsahu sledovat velmi jemné změny tlaku. Tento senzor měří absolutní tlak. Měří místní tlak proti vakuu. Je použitelný přibližně do nadmořské výšky 1800 m. Citlivost senzoru je přibližně 0,1 % tedy rozlišení asi 10 Pa. Přístroj je kalibrován, je však možná změna kalibrace pomocí software. Pozor – vlastní senzor nesmí přijít do kontaktu s vodu!

Senzor připojíme k počítači pomoci rozhraní Go!Link Rozhraní Go!Link umožňuje připojit analogové senzory k počítači přes USB rozhraní.

Postup měření Změny barometrického tlaku se často využívají při určování výšky. Typickým příkladem je barometrický výškoměr, který je stále používán i v moderních letadlech. Existují přesnější výškoměry, ale když vše selže tento výškoměr funguje takřka vždy, je odolný proti rušení a nevyžaduje elektrické napájení. V našem pokusu budeme měřit rozdíly v místním tlaku vzduchu a z těchto změn se pokusíme určit výšku místnosti, nebo budovy. Připojíme senzor barometr k počítači a spustíme měřící software. Senzor připevněný k tyči pomalu zvedneme od podlahy ke stropu místnosti.Měříme změny místního tlaku vzduchu. Měření probíhá po krátkou dobu, není tedy nutné uvažovat o změnách tlaku vlivem pohybu mas vzduchu v ovzduší. Změna teploty v místnosti u podlahy a u stropu může být i několik °C. Senzor má však zabudovanou kompenzaci pro změny teploty. Další možností je připojit senzor k notebooku a provádět dříve popsané měření ve větším rozsahu, například při výstupu ze suterénu školní budovy po schodech do druhého patra. Platí i zde že změna teploty je kompenzována a doby měření je krátká. Platí přibližně úměra, že ke změně tlaku 1 hPa dojde při změně výšky o 10 m. Pro přesnější výpočet můžeme použít Barometrické měření výšky, zvláště v zjednodušené podobě.Barometrické měření výšky

Použijeme Babinetův vzorec Kde platí:změna výšky průměrná teplota mezi počáteční a konečnou hladinou měření počáteční hladina měření konečná hladina měření V našem případě můžeme předpokládat, že kompenzaci změn teploty při měření za nás provede senzor. Pak platí t m = 0 a vzorec se dále zjednoduší. Pro naše měření místnosti p 0 = 97,53 kPa a p 1 = 97,48 kPa vychází výška místnosti přibližně 5m. Pro měření výšky budovy p 0 = 97,68 kPa a p 1 = 97,55 kPa vychází výška od suterénu do druhého patra přibližně 13 m. Nesmíme zapomenout, že notebook se senzorem držíme asi 1 m nad podlahou. Potom vychází cetková výška budovy na 17 m a to celkem dobře odpovídá skutečnosti.

Senzor připevníme na tyč nebo trubku.

Senzor zvednut pod strop. Senzor těsně nad podlahou.

Tlak v místnosti měřen u podlahy a u stropu.

Atmosférický tlak měřen notebookem s připojeným senzorem (barometr ) při výstup ze suterénu budovy do druhého patra. Umístění senzoru 1 m nad zemí po celou dobu měření.