«Трактат о метеорологических приборах: научные принципы, методы конструирования и практическое применение»

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′ = 6719·5feet. 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.