Historia del Barometro:Principio de Funcionamiento y Tipos

Historia del Barometro y Principio de Funcionamiento

Fundamentalmente, el barómetro se basa en la utilización de la presión atmosférica con el fin de contrarrestar el peso de la columna de mercurio de un tubo en cuyo interior se ha practicado el vacío.

En otras palabras, la altura de esa columna permite deducir el valor de la presión atmosférica. Sin embargo, la existencia de esta presión no se conoce desde siempre, ni tampoco el vacío.

Aristóteles pensaba que, tanto desde el punto de vista lógico como del físico, el vacío era imposible, aunque admitía que el aire, es decir, la atmósfera que envuelve a la Tierra, tenía peso.

El barómetro es un instrumento para medir la presión atmosférica, es decir, la fuerza por unidad de superficie ejercida por el peso de la atmósfera. Como en cualquier fluido esta fuerza se transmite por igual en todas las direcciones.

La forma más fácil de medir la presión atmosférica es observar la altura de una columna de líquido cuyo peso compense exactamente el peso de la atmósfera.

Dos mil años más tarde, los científicos del Renacimiento aún participaban de dicha opinión, pero con el agravante de que estaban plenamente convencidos de que el aire era ingrávido.

Como se desprende de lo antedicho, la historia del barómetro está estrechamente vinculada a las investigaciones acerca del vacío.

En 1638, el famoso científico Italiano Galileo Galilei publicó su última obra, titulada Discursos y demostraciones matemáticas en torno a dos nuevas ciencias relativas a la mecánica y a los movimientos locales.

En ella mantenía que el aire carecía de peso y que, por lo tanto, era incapaz de ejercer presión alguna; no obstante, ese científico creía en el vacío.

Sus comentarios sobre el particular sirvieron de estímulo a otros autores, entre ellos Otto von Guericke, para investigar las propiedades de dicho vacío.

Una primera experiencia hacia el año 1640, el físico Gasparo Berti montó en la pared de su casa un tubo de plomo dispuesto verticalmente y provisto de un grifo en la parte inferior, que se prolongaba hasta el seno del agua contenida en una vasija.

En el extremo superior del tubo puso un recipiente de cristal, herméticamente unido a aquél, y ambos lenos de agua.

A continuación abrió el grifo y pudo observar que salía sólo una parte del agua.

Es decir, en e interior del tubo quedaba una columna líquida de unos 10,5 m de altura, mientras que la parte alta del mismo estaba vacía.

Hoy sabemos que se trataba realmente del vacío y que el peso de la columna de agua era contrarrestado por la presión que ejercía el aire en el recipiente situado en la parte Inferior de tubo.

De hecho, Berti había construido un barómetro de agua; sin embargo, no fue capaz de comprender con exactitud los resultados de su experiencia.

Pocos años despúes en un escrito remitido en 1644 desde Florencia, Evangelista Torricelli describió un experimento semejante.

Pero antes de continuar con la historia explicaremos algo sobre la presión atmosferica en el planeta y luego veremos la primer experiencia del cientifico Torricelli:

Presión atmosférica:

Nuestra atmósfera es un enorme cuerpo gaseoso que se extiende en dirección vertical hasta unos 500 km.

Su peso específico varía desde el nivel del mar hasta dicha altura entre 0,00123 gr/cm3 (aproximadamente) y un valor prácticamente nulo.

La presión ejercida por esa masa de aire sobre la superficie de todos los cuerpos que se hallan en su propio seno, a niveles no muy lejanos del nivel del mar, es de aproximadamente 1,033 kgr/cm2.

Se trata de un valor arbitrariamente elegido como valor medio, ya que es variable con las condiciones climáticas. Se denomina presión atmosférica a la presión ejercida por la atmósfera sobre las superficies de los cuerpos que se hallan en su seno.

La presión que hemos consignado como igual a 1 atm se denomina también presión atmosférica normal. Resulta ser igual a la presión ejercida en el fondo por una columna de mercurio que tiene 760 mm de altura a 0°C (temperatura del hielo en fusión).

En efecto, si tenemos en cuenta que el peso específico del mercurio es de 13,456 gr/cm3 a 0°C, la diferencia de altura de 76,0 cm corresponde a una diferencia de presión de 1,033 kgr/cm2.

La experiencia de Torricelli

Pone de manifiesto la existencia de la presión atmosférica y permite, al mismo tiempo, medirla.

Esta experiencia se describe a continuación.

Pasos de Experiencia: Se toma un tubo de vidrio de paredes gruesas de aproximadamente 1,0 cm de diámetro interior, de unos 85 cm de longitud, cerrado en un extremo y abierto en el otro.

Debe observarse que el tubo se halle completamente limpio y seco en su interior; se lo llena con mercurio y, tapándolo en su extremo abierto con el pulgar, se lo invierte e introduce dicho extremo abierto, tapado como se ha dicho, debajo de la superficie del mercurio contenido en una cubeta, tal como se ve en la parte b de la ilustración de abajo.

Con el extremo abierto del tubo debajo del mercurio de la cubeta, se retira el dedo que lo tapaba y se observara que el mercurio en el interior del tubo desciende hasta un cierto nivel como se ve en la parte c de la ilustración.

Coloqúese una regla milimetrada de manera de poder leer la altura del nivel del mercurio dentro del tubo respecto de la superficie (horizontal) del mismo en la cubeta.

Hágase esta lectura, y dejando el tubo en la misma posición durante varios días, háganse otras anotando las fechas y las horas a las que se hicieron.

Léase con la aproximación de 1 mm. Se observaran diferencias entre las lecturas en días sucesivos.

Las precauciones que deben tenerse para que las lecturas sean correctas son: leer con el ojo colocado en la posición que se ve en la parte c de la ilustración y evitar que penetre aire al invertir el tubo.

Al descender el mercurio dentro del tubo, la cámara que se forma: B queda vacía, es decir, sin aire ni ningún otro gas; por lo tanto, se puede considerar que la presión en un punto de la superficie superior del mercurio dentro del tubo es igual a cero.

Las presiones en A (atmosférica) y en A' (ver c) son iguales y su diferencia con cero (la que hay en B) es, de acuerdo con lo que sabemos: pHg. h, siendo pHg el peso específico del mercurio y h la altura que se señala en c.

Como se ve, la altura h es una medida del mercurio y A la altura que se señala en c.

Su valor normal, por convención, es de 760 mm como ya sabemos. Recordemos que la baria es la unidad de presión del sistema c. g. s. (igual a 1 dina/cm2) y que la presión atmosférica normal es de 1,033 kgr/cm2.

Si con estos datos calculamos la presión atmosférica normal, en barias, resulta: 1.013.200 dina/cm2.

En meteorología se suele utilizar una unidad igual, mil barias, a la que se denomina milibar.

Con esta unidad la presión atmosférica normal es de 1013,2 milibar. Con ella se suelen expresar en los boletines meteorológicos las presiones atmosféricas que se dan a conocer al público.

Si la columna, en lugar de ser mercurio es de agua, a la cual suponemos de un peso especifico aproximadamente igual a 1 gr/cm3, su altura en una experiencia como la Torricelli es de 10,33 m (esto es 13.456 veces más alta que la correspondiente de mercurio).

La experiencia realizada por el propio Torricelli fue hecha con agua como líquido, que llenaba el tubo.

Probablemente, el verdadero autor del experimento y el que tuvo la ¡dea de utilizar un líquido tan denso como el mercurio para reducir las dimensiones del aparato fue Vincenzo Viviana, discípulo de Torricelli.

En 1647, Blaise Pascal, tras un sinúmero de experiencias, proporcionó □ ruebas evidentes acerca de la veracidad de las ideas de Torricelli.

En 1648 :onvenció a su cuñado para que subiera con un barómetro al Puy de Dome, la montaña más alta de la región francesa de Auvergne, y observara si, a medida que iba progresando en su ascenso, la altura de la columna de mercurio disminuía.

Realmente, ocurrió tal como Pascal suponía; con ello, la ¡dea de Aristóteles sobre el aborrecimiento de la naturaleza por el vacío quedaba superada.

En 1660, Robert Boyle repitió en el aboratorio de Oxford la experiencia de Torricelli, para lo cual situó el barómetro en el interior de un recipiente conectado a una bomba neumática; de este modo oudo comprobar que, a medida que él extraía aire, la altura de la columna de mercurio descendía.

Por otra parte, fue el propio Boyle quien introdujo la palabra barómetro, que apareció impresa por primera vez en 1665.

Durante el siglo XVII, cuando empezó la difusión del barómetro, los científicos comenzaron a investigar la posible relación entre las fluctuaciones de la altura de la columna de mercurio y los cambios
meteorológicos.

Esto condujo inmediatamente a la idea de lograr un instrumento portátil y que, al mismo tiempo, ampliara la variación de altura producida por los cambios de presión que, normalmente, en Europa es sólo de unos 50 ó 70 mm.

Tanto Pascal como Boyle, trabajando independientemente, sugirieron que la condición de portátil se podía conseguir fácilmente si el depósito de mercurio era sustituido por otro colocado en uno de los extremos de un tubo doblado en forma de U, es decir, sentaron los principios del barómetro de sifón.

En 1664, Robert Hooke ideó otro barómetro, en el cual la variación de altura del mercurio se hacía más fácilmente visible acoplándole un dispositivo mecánico que la aumentaba considerablemente.

Más tarde, hacia 1680, Moreland propuso un barómetro a base de un tubo doblado a unos 680 mm por encima del depósito, con la parte superior dispuesta verticalmente y mucho más delgada.

Durante el siglo pasado, los progresos de la meteorología condujeron a la mejora de diversas partes del barómetro, hasta convertirlo en un instrumento científico de gran exactitud y absoluta garantía.

Otros Barómetros:

El dispositivo utilizado para realizar la experiencia de Torricelli es, en verdad, un barómetro, esto es, un aparato que permite medir la presión atmosférica. Pero su uso resulta muy incómodo.

Una solución al problema de la incomodidad de un "tubo de Torricelli" es el barómetro que se ve representado en la figura de abajo.

Se trata de un barómetro muy sencillo; pero que no es preciso.

Para obtener un barómetro de Fortín, que es el barómetro de precisión, es necesario introducir en el sencillo tubo que hemos descrito una serie de accesorios que lo perfeccionan.

Una forma corriente de un dispositivo para registrar continuamente la presión atmosférica es el barómetro registrador o barógrafo que se representa en la figura.

Consta de una serie de "cajas" metálicas chatas (de paredes muy delgadas) superpuestas.

Dentro de ellas se ha hecho el vacío. La altura del conjunto varía al variar la presión atmosférica.

Esas variaciones se transmiten por medio de un mecanismo conveniente a una aguja provista de una pluma con tinta que inscribe sus movimientos sobre un papel que se halla arrollado sobre un tambor giratorio movido por una "máquina" de relojería que lo hace dar una vuelta completa en 24 horas ( o en una fracción sencilla de ese tiempo").

Se tiene de ese modo una línea como la que se ve en la figura, que registra las variaciones y los valores de la presión en el intervalo de tiempo que transcurre durante un giro del tambor.

De este mismo tipo de construcción son los "barómetros de cuadrante".

En este caso los movimientos de la aguja (un mecanismo apropiado amplía en ella los movimientos de una "caja metálica") se realizan delante de un cuadrante graduado.

Son éstos los barómetros "indicadores del tiempo" (en verdad no indican nada con seguridad) que se ven en casas de óptica, farmacias, etc.

Fuente Consultada:
Elementos de Física y Química de Carlos Prelat Editorial Estrada
Historia de los Inventos de Editorial Salvat - Entrada El Barómetro

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