Barometer

Een barometer is een meetinstrument waarmee de luchtdruk gemeten kan worden.

De barometer werd in 1643 uitgevonden door Torricelli. Hij vulde een buis van zo’n meter lengte in zijn geheel met kwik en zette de buis op zijn kop in een bakje met kwik. Het kwik zakte voor een deel uit de buis, maar een kolom van zo’n 76 cm bleef in de buis staan. De hoogte van deze kwik kolom variëerde een beetje met de weersomstandigheden. Als de kolom wat zakte kwam er meestal regen en storm. Bij stralend rustig weer stond de kolom hoog.

Torricelli trok hieruit de gevolgtrekking dat de druk die het gewicht van het kwik in de kolom op het kwik in het bakje uitoefende gelijk moest zijn aan de druk die de lucht kolom van de atmosfeer er op uitoefende.

De druk P uitgeoefend door de kolom is gelijk aan het gewicht W van de kolom gedeeld door de doorsnede O van de buis (gewicht is een kracht en druk = kracht per oppervlak )

P = F / O = W / O

Nu is het gewicht W van de kolom evenredig met de dichtheid ρ maal het volume V:

P = W / O = g . ρ . V / O

De evenredigheidsconstante g hangt samen met de zwaartekracht en is overal op aarde vrijwel hetzelfde (aan de polen wat groter). Tenslotte is voor een cilindrische kolom de inhoud (volume) V gelijk aan de doorsnede O maal de lengte L:

P = g . ρ . O . L / O = g. ρ L.

De druk is dus evenredig met de lengte en kan daaraan meteen afgelezen worden. Ook andere vloeistoffen zouden gebruikt kunnen worden, maar omdat de meeste vloeistoffen een veel kleinere dichtheid hebben, wordt de kolom veel langer. Bij het gebruik van water bijvoorbeeld is het nodig een buis van meer dan 10 meter lengte te nemen (Het water zou echter bij deze onderdruk bovenin de kolom ook gaan verdampen, waardoor de dampspanning de meting zou verstoren).

Torricelli realiseerde zich al snel dat in de ruimte boven de kwikkolom geen lucht kon zitten. Hij kon bijvoorbeeld van onderen een paar luchtbelletjes in de buis inbrengen en dat kwam de kolom ineens een stuk naar beneden. Het was duidelijk dat de ruimte boven de kolom een luchtledig was, een vacuum en dat zonder zo’n vacuum de barometer niet werkte. Voor Torricelli’s tijd was het echter niet zonder risico dit soort ketterse dingen te zeggen. Aristoteles had namelijk verklaard dat zoiets onmogelijk was.

Latere barometers

In latere tijden zijn barometers verschenen die volgens een wat ander principe werken. Het is bijvoorbeeld mogelijk een metalen doosje vacuum te pompen en dan te meten hoever het ingedeukt wordt door de druk van de atmosfeer.

Gebruik van barometers

Omdat luchtdrukveranderingen samenhangen met het passeren van weersystemen, die men depressies en gebieden van hoge luchtdruk noemt, was de ontdekking van de barometer het begin van de wetenschappelijke studie van het weer, de meteorologie. De ontwikkeling van andere barometers dan de kwikkolom is dan ook vooral te verklaren uit de wens om ze op zee te kunnen gebruiken om zo enige waarschuwing te krijgen voor dat er een storm aankwam.

Verder is de mogelijkheid om gasdrukken te meten een erg belangrijke stap geweest in de ontwikkeling van de gaswet en de latere ontwikkeling van de thermodynamica.