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Barometer
[* 2] (grch., d. i. Druck- oder Schweremesser), ein Physik. Instrument zur Bestimmung des Druckes der atmosphärischen Luft. Zu seiner Erfindung gab eine Beobachtung florentin. Brunnenmeister die Veranlassung. Dieselben versuchten das Wasser in einer ungewöhnlich langen Saugröhre auf eine größere Höhe, als früher gebräuchlich, zu pumpen. Das Wasser stieg aber in der Saugröhre, ungeachtet des fortgesetzten Pumpens, nicht über 10 m (etwa 32 Pariser Fuß). Torricelli, ein Schüler Galileis, fand (1643) den wahren Grund dieser Erscheinung. Er wiederholte jenen Versuch der Brunnenmeister mit einer schwerern Flüssigkeit als Wasser, nämlich mit Quecksilber. Er füllte nach ¶
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einem zuerst von Viviani angegebenen Gedanken Quecksilber in eine an dem einen Ende zugeschmolzene Glasröhre [* 3] (Fig. 1) von etwa 800 mm Länge, schloß dieselbe mit dem Finger, kehrte sie um und tauchte sie mit dem offenen Ende in ein mit Quecksilber gefülltes Gefäß [* 4] n n.
[* 3] ^[Abb.: Fig. 1.,
Fig. 2.]
Nach dem Hinwegziehen des Fingers sank das Quecksilber bis auf eine Höhe von etwa 760 mm herab, während der oberhalb der Quecksilbersäule gelegene Teil der Glasröhre leer wurde. Torricelli erkannte hieraus, daß der Druck dieser 760 mm langen Quecksilbersäule gleich wäre dem einer 10 m langen Wassersäule. Er schloß daraus, daß diese unter sich gleichwertigen Säulen [* 5] von einem und demselben Druck gehalten werden, und erkannte darin den Druck, den die Atmosphäre auf die freie Flüssigkeitsoberfläche des Gefäßes ausübt, in die das Glasrohr eintaucht.
Die jetzigen Gefäßbarometer sind eine Anwendung des Torricellischen Versuchs. Ein solches Gefäßbarometer besteht aus einer an dem einen Ende zugeschmolzenen, ungefähr 800 mm langen Glasröhre, die mit Quecksilber gefüllt ist und mit ihrem offenen Ende in ein Gefäß mit Quecksilber eintaucht. Um den Raum in der Glasröhre oberhalb des Quecksilbers luftleer zu machen, wird das Quecksilber in der Röhre ausgekocht und dann in das Gefäß mit Quecksilber eingesetzt.
Zur genauern Abmessung der Höhe der durch den Druck der Luft im Gleichgewicht
[* 6] gehaltenen Quecksilbersäule dient ein neben
der Röhre angebrachter Maßstab,
[* 7] dessen Nullpunkt stets auf das Niveau des Quecksilbers im Gefäß eingestellt wird, während
derjenige Punkt desselben, der dem Niveau des Quecksilbers in der Röhre entspricht, die Länge der durch
den Luftdruck getragenen Quecksilbersäule oder den
Barometerstand angiebt. Um den Nullpunkt der Skala immer an die Oberfläche
des Quecksilbers im Gefäß bringen zu können, richtet man bei genauen Gefäßbarometern
[* 3]
(Fig. 2) den Boden des Gefäßes so
ein, daß er sich heben und senken läßt. Zu diesem Behufe ist der Boden des Gefäßes ein Lederbeutel
LL, der sich durch eine schraube K so einstellen läßt, daß die Spitze S, die den Nullpunkt darstellt, die Oberfläche des
Quecksilberspiegels berührt, was man an dem Spiegelbild der Spitze im Quecksilber sehr gut beobachten kann. Die Gefäßbarometer
mit beweglichem Boden wurden von Ramsden (1786) erfunden und von Fortin (1820) sowie von Ernst (1847)
verbessert. Da die Veränderungen des
Barometerstandes bloß am obern Ende des Barometer abgelesen werden, so braucht man von der
Skala nur den obern Teil. Das Heber
barometer
[* 3]
(Fig. 3) von Boyle (1694) besteht aus einem gebogenen in beiden Schenkeln gleich
weitem Rohr.
[* 3] ^[Abb.: Fig. 3,
Fig. 4.]
Die Skala muß entweder zur Einstellung des Nullpunktes auf
den Spiegel
[* 8] im kürzern offenen Rohr verschiebbar sein, oder man
bringt den Nullpunkt (wie Kapeller) nach Gay-Lussac (1826) zwischen beiden Spiegeln an, zählt zu dem einen Spiegel aufwärts,
zu dem andern abwärts und addiert beide Zahlen. Bei dem gewöhnlichen Haus
barometer (Zimmer
barometer)
liest man nur die obere Kuppe ab und sucht die Schwankungen der untern dadurch zu vermindern, daß man dem kurzen Schenkel
eine flaschenförmige Erweiterung giebt. Diese Art auch Phiolen
barometer genannt, zeigt
[* 3]
Fig. 4. Zu
genauen meteorolog. Beobachtungen des Luftdruckes und bei barometrischen Höhenmessungen (s. d.)
sind jedoch diese
Barometer untauglich. Die genauesten
Barometer sind die Normalbarometer
[* 9] (s. d.).
Eine sinnreiche Verwendung findet das Heber
barometer in dem von Wolff konstruierten Mikrobarometer
[* 10] (s. d.).
Gänzlich verschieden von den Quecksilber
barometern ist das Aneroid
[* 11] (s. d.).
Schon zur Zeit der Erfindung des
Barometer bemerkte Torricelli, daß der
Barometerstand an einem und demselben
Orte bald steige, bald falle. Um das Gesetz dieser
Barometerschwankungen zu ermitteln, müssen die Ablesungen in regelmäßigen
Zeitintervallen geschehen, oder man läßt die
Barometer ihren Stand selbst registrieren; derartige Barometer nennt man Barometrographen.
Ein einfacher Barometrograph besteht darin, daß man im offenen Schenkel eines Heberbarometers einen Elfenbein- oder Stahlcylinder
schwimmen läßt, der die Schwankungen mittels eines einfachen Mechanismus auf einer von einem Uhrwerk regelmäßig bewegten
Papierfläche selbstthätig so notiert, daß auf der letztern eine Kurve entsteht, die dem täglichen Gange des Barometer entspricht.
Ein sehr empfindlicher Barometrograph ist das Wagbarometer. Bei diesem hängt das Barometerrohr an dem einen Arme
eines Wagebalkens, während demselben am andern Arme eine Gegenlast Gleichgewicht hält. Das untere, offene Ende des Rohrs
taucht in das Quecksilber eines Gefäßes, das obere Ende ist erweitert (s. Fig. 5).
[* 3] ^[Abb.: Fig. 5.]
Wächst der Luftdruck, so steigt in letzteres Quecksilber und vermehrt den Druck auf die Ringflache dd des Rohrs, das sich infolgedessen mit seinem Wagarme etwas herabsenkt. Beim Fallen [* 12] des Luftdruckes geschieht das Gegenteil. Dieses Schwanken des Wagarms wird mittels eines am Wagbalken befestigten Stifts auf einer gleichmäßig von einem Uhrwerk bewegten Schreibtafel ersichtlich gemacht. Das Wagbarometer wurde von Morland erfunden (1670) und schon frühzeitig als Barometrograph verwendet. In letzterer Eigenschaft brachte es Secchi (1857) wieder zur Geltung. Auch hat man jetzt Apparate, bei denen die Erhebungen und Senkungen der Kapsel eines Aneroids auf einen Schreibhebel übertragen werden, der auf einer ¶
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regelmäßig bewegten Schreibfläche den Barometerstand selbstthätig aufzeichnet.
Regelmäßige Beobachtungen haben ergeben, daß die Schwankungen des Luftdruckes tägliche und jährliche Perioden haben. Im allgemeinen verändert sich der Luftdruck bei Tage am stärksten, in der Nacht am schwächsten. In den großen Kontinenten ist durchschnittlich der Luftdruck im Winter höher als im Sommer. In der Regel ist der durchschnittliche Gang [* 14] des Barometer jenem des Thermometers entgegengesetzt. Als mittlerer Barometerstand oder als normale Barometerhöhe am Meeresspiegel bei 0° C. werden 760 mm allgemein angenommen, obschon diese Größe je nach den Breitegraden etwas verschieden ist. Liest man den Barometerstand bei einer andern Temperatur als 0° ab, so muß man bedenken, daß die Länge der Quecksilbersäule, die beim Barometer das Maß für den Luftdruck ist, sich mit der Temperatur verändert. Mehrere Ablesungen bei verschiedenen Temperaturen lassen sich daher nur dann vergleichen, wenn man die Länge der Säulen für 0° ausrechnet, oder, wie man sagt, auf 0° reduziert. Dies geschieht nach der Formel
^[img],
in welcher b den bei t0 abgelesenen Barometerstand, b^0 den reduzierten, und α=0,000181 den Ausdehnungskoefficient des Quecksilbers bedeutet. Die Verbindungslinien der Orte von gleichem mittlern Barometerstände heißen Isobaren (s. d.). Ihre Kenntnis ist für die Meteorologie und Klimatologie von hoher Wichtigkeit. Nach der Theorie des Windes (s. d.) von Buys-Ballot (1857-60) strömt die Luft von den Orten höhern nach denen niedern Luftdruckes, also von der Isobare mit höherm nach der mit tieferm Barometerstände. Je größer der Unterschied zweier einander benachbarter Isobaren ist, desto stärker ist der Wind.
Die Winde [* 15] übertragen den Zustand der Atmosphäre von den bereits durchstrichenen auf die noch zu bestreichenden Orte. Da nun die Richtung und Stärke [* 16] der Winde von der Verschiedenheit im Luftdrucke der betreffenden Orte abhängen, so ist die Kenntnis der Veränderungen des Barometerstandes für die Witterungskunde von der größten Bedeutung. Die Kenntnis der periodischen Barometerschwankungen ist also für das Studium des regelmäßigen Ganges der Winde erforderlich. Da es jedoch außer den regelrechten Schwankungen des auch unregelmäßige giebt, so sind letztere für den Umschlag des Wetters von Vorbedeutung. Im allgemeinen läßt sich bei tiefem Stande des Barometer eher schlechtes als gutes Wetter [* 17] erwarten. Ein schnelles und starkes Sinken des Barometer zeigt in der Regel Sturm an. Das rasche Steigen kann als ein Anzeichen für schönes Wetter angesehen werden. Wahrscheinlichere, für einen Tag bestimmte sog. Wetterprognosen lassen sich nur dann aufstellen, wenn außer dem Luftdruck auch andere Zustände der Atmosphäre, wie Temperatur, Feuchtigkeit, elektrisches Verhalten u. s. w. beobachtet werden, so daß das Barometer allein als Wetterglas untauglich ist.