Сегодня я расскажу про штормгласс.
Это была моя исследовательская работа по физике в 11 классе. Меня долго тыкали, чтобы я уже выступил с чем-нибудь, а к тому времени я как раз наткнулся на статью в журнале “Юный техник” (1989-01) об этом приборе.
Если кому-то интересна более или менее подробная история, можете почитать в Сети. А я приведу несколько интересных фактов. Штормгласс, если верить книгам и сайтам:
– Появился примерно в XVII веке, вероятно, как результат опытов алхимиков
– До сих пор не могут до конца объяснить, что вызывает рост и растворение кристаллов
– Использовался моряками для предсказания штормов
– Адмирал Р. Фицрой (с ним путешествовал Ч. Дарвин) наблюдал за этими приборами во время путешествий (1825). Писал, что прибор больше реагирует на изменение направления, но не силы ветра, и никак не связывал кристаллы и, например, осадки.
-А. Делениус написал книгу “30 000 новейших открытий, рецептов и общеполезных практических сведений” (1885), в которой тоже упомянул штормгласс. Согласно его инструкциям, можно было предсказывать ясную/пасмурную погоду, осадки, грозу, туман, наличие/отсутствие ветра, температуру.
-Учёные Крыма установили, что есть связь между высотой кристалла и атмосферным давлением, магнитными бурями и солнечной активностью (1995).
– Г. Балабуев давал свои инструкции по трактованию состояния штормгласса. Частично совпадает с Делениусом.
– Г. Галеви воздействовал магнитным полем на прибор, изменений не было. Воздействовал ионизатором воздуха – вызвал выпадение кристаллов “необычных форм”.
-Дж. Пиккарди писал, что все его штормглассы работают синхронно, но если его накрыть металлической сеткой, то кристаллы практически перестают расти.
– Н. Бескаравайный не выявил зависимости между изменением давления от 700 до 900 мм рт. ст. и состоянием раствора.
– В. Низовцев установил, что связи с погодой нет.
Что в итоге:
– Придумали давно
– Не знают, как работает
– Но активно пользовались
– При этом каждый пользовался по-своему
– И почти каждый давал свой, немного отличающийся от других, рецепт
Ну как тут можно удержаться и не попробовать проверить всё, что писали до меня?
Вот картинка, чтоб не скучали (это кристалл не падает, он вырос прямо на стенке :D):
Первое дело – сосуд. У меня это бутылёк от чего-то из аптечки. Может, там зелёнка была, может, таблетки какие – сейчас уже не вспомню.
Второе – рецепт. Нашёл в Сети, он, как было написано, является самым удачным:
• 10 г камфары (C10H16O)
• 2,5 г калиевой селитры (нитрата калия, KNO3)
• 2,5 г нашатыря (хлорида аммония, NH4Cl)
• 33 мл воды (H2O)
• 40 мл этилового спирта (C2H5OH)
Рецепт пересчитал на мой объём сосуда. Со всем, кроме нашатыря, проблем не было. Его получал, смешивая паяльную кислоту (хлорид цинка) и нашатырный спирт (гидроксид аммония) в стехиометрической пропорции (с учётом концентраций растворов, естессна). Гидроксид цинка выпадает в осадок, раствор фильтруется, хлорид аммония тщательно высушивается, несмотря на его гигроскопичность.
Камфору выделял из камфорного спирта, сильно разбавляя его водой. Камфора в воде не растворима, поэтому всплывает на поверхность, где её можно собрать. Потом отжать и высушить.
Народ на специализированных сайтах рассуждает, какая камфора лучше. Я точно не помню, но, кажется, синтетическая молекула завёрнута не так, как натуральная, и, возможно, этим и объясняется, почему раньше штормглассы работали, а теперь – нет. Я не парился, у меня не было выбора.
Когда все компоненты собраны, растворяем камфору в спирте, а соли – в воде, сливаем два раствора вместе, подогреваем и закупориваем.
Два тонких момента:
-Спирт и камфора хорошо переходят в газообразное состояние, надо следить за этим.
-Надо оставить пузырёк воздуха, чтобы от перепадов температуры не было проблем.
И начинаем наблюдения!
Как это делал я:
А – День
B – Погода. Записывал как облачность, так и осадки. Максимум, три раза за день
С – Перевод из слов в цифры. Например, строка 6. Переменная облачность – это примерно 50% облачности. При этом переменно было только с утра, что составляет 1/3 дня. Получается, в среднем, 24 августа облачность составляла 17%.
D – Аналогичный перевод для осадков
E и F – Перевод из 100-бальной шкалы в 20-бальную. Позже будет ясно, зачем
G – Высота кристалла с утра — высота вечером + его форма
H – Среднее арифметической между утренней и вечерней высотами
I – Аналогично для кристалла, который рос сверху (высота раствора была 40 мм)
По этим данным строятся графики.
Серым – облачность по 20-бальной шкале:
Синим – осадки по 20-бальной шкале, прямо на облачность. Таким образом, чем хуже была погода, тем выше получится итоговый сине-серый столбик:
Это график изменения средней высоты кристалла:
К нему через некоторое время добавился ещё один штормгласс:
И все графики в кучу:
Надеюсь, объяснил понятно. Теперь мы должны проанализировать это на проверку утверждения “чем хуже будет погода, тем выше растут кристаллы”.
Время красивой картинки:
Долго держать интригу не буду – никакой связи. Если бы она была, то графики ниже имели бы выраженный рост или спад
Если интересно, то для анализа входных данных, построения этих графиков и поиска хоть какой-то связи потребовались вот такие таблицы:
Кроме того, из 200 дней наблюдений я 44 дня отмечал направление ветра, чтобы проверить инструкцию Фицроя. Не подтвердилось, связи тоже нет.
Посмотрите красную ломаную на картинке ниже.
Вы тоже это видите? Периодичность. Быстрый рост от нуля до локального максимума, более плавный спад, опять ноль. И так повторяется. Я поискал, что такого периодичного может происходить в нашем мире, и нашёл. Чёрными кружками отмечены дни новолуния. Они почти идеально попадают на максимумы высоты кристалла.
Что это может значить? Совпадение? Взаимное положение Луны, Земли и Солнца влияет на рост кристаллов? Я без понятия, упоминания об этом в литературе нет.
Вот и всё. Погоду не предсказываем, но знаем, когда новолуние :/
Вот вам видосик, как растут кристаллы. Снималось всю ночь, потом ускорялось в 1137 раз. Прошу прощения за низкое качество:
И через микроскоп. 100-кратное увеличение:
Теперь вы тоже знаете, как сделать красивую безделушку. Может, дело в рецепте, может, ещё в чём-то. Не говорю за все штормглассы, но мой погоду не предсказывает.
Если остались вопросы или я что-то забыл рассказать – спрашивайте.
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 10 октября 2019 года; проверки требуют 30 правок.
Первым, кто выдвинул идею создания прибора для предсказания погоды, был Галилео Галилей. Но дальше идеи его замысла не пошли. Только в 1643 году его последователи и ученики Эванджелиста Торричелли и Винченцо Вивиани смогли воплотить в жизнь идею великого ученого. Торричелли стал первым, кто сумел доказать существование атмосферного давления. Он, вместе со своим помощником Вивиани использовал для опыта запаянную с одного конца трубку, наполнив ее ртутью. Трубку погружали в сосуд, где также находилась ртуть. Сама ртуть поднималась в трубке на определенную высоту, при этом над ней образовывалось пустое пространство. При увеличении атмосферного давления вещество в трубке поднималось вверх, при понижении опускалось. Сконструированный Торричелли прибор стал первым ртутным барометром. Само слово «барометр» с древнегреческого языка переводится как «барос» — тяжесть и «метрос» — мерить. То есть измеритель давления.
В жидкостных барометрах давление измеряется высотой столба жидкости (ртути) в трубке, запаянной сверху, а нижним концом опущенным в сосуд с жидкостью (атмосферное давление уравновешивается весом столба жидкости). Ртутные барометры — точнее любых других и поэтому используются на Метеостанциях.
Барометры принято распределять на жидкостные и механические.
Жидкостные барометры работают на принципе, замеченным Э. Торричелли при проведении опыта, связанного с атмосферным давлением. С изменением атмосферного давления изменяется ртутный столб в барометре. Прикреплённая к трубке с ртутью шкала показывает данные о давлении.
Прогноз погоды формируется исходя из характерных явлений природы, изменения температуры воздуха, силы и скорости ветра. Самые обыкновенные и частые явления природы это облака, солнце, дождь и просто хорошая погода, гораздо реже природные явления образуют стихию. Для исследования явлений природы и составления предстоящих прогнозов погоды используются метеорологические станции с самых разных частей земного шара.
Описание основных метеоприборов для прогноза погоды
Термометр – привычный прибор для измерения температуры воздуха и воды.
Гигрометр – прибор для измерения влажности воздуха.
Барометр – прибор для измерения атмосферного давления.
Анемометр – прибор для измерения силы и скорости ветра.
Облакомер – прибор для определения высоты нижней границы облаков.
Термограф – регистратор изменения температуры воздуха и воды.
Флюгер – прибор для измерения направления ветра.
МетеоЗонд – устройство находящееся в атмосфере для измерения ее параметров.
МетеоСпутник – устройство находящееся на орбите для метеонаблюдений.
Метеорологическая станция – учреждение, в задачи которого входит наблюдение за погодой, регистрация метеорологических изменений и составление прогноза и синоптической карты погоды.
Современная реплика, представленная в музее Уитби
Устройство состояло из набора стеклянных бутылочек, в каждой из которых была заключена пиявка. Приближение шторма приводило пиявок в возбужденное состояние; стремясь выбраться из бутылочек, пиявки задевали механизм, ударявший в небольшой колокольчик. По частоте раздающихся звуковых сигналов, пользователь прибора мог определить вероятность ухудшения погодных условий.
Предсказатель бурь был представлен на Великой выставке 1851 года.
Также при участии ремесленников из Уитби Мэриуэзер построил демонстрационный экземпляр, украшенный мотивами из древнеиндийской архитектуры. Этот экземпляр был представлен на Всемирной выставке 1851 года в лондонском Хрустальном дворце. Известно, что 27 февраля 1851 года Джордж Мэриуэзер прочитал приуроченную к экспозиции прибора трехчасовую лекцию о принципах его работы членам Философско-литературного общества Уитби и представил эссе, в деталях описывающее принципы работы прибора.
Предсказатель бурь – старинная фотография
Устройство состоит из двенадцати бутылок объемом в пинту, расположенных в форме круга. Над бутылками в центре устройства располагается колокольчик. На горлышко каждой бутылки надета металлическая трубка, в которую заключена пружина из китового уса, к которой, в свою очередь, присоединяется нить, ведущая к колокольчику.
Так пишет о принципах действия предсказателя сам Мериуэзер:
Бутылки были наполнены дождевой водой на дюйм с половиной; в каждую бутылку была помещено по пиявке. Когда на пиявок воздействуют возмущения электромагнитного поле атмосферы, они поднимаются вверх, спускают пружину и тем самым заставляют колокольчик прозвонить.
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 16 августа 2022 года; проверки требуют 4 правки.
Кристаллический осадок в штормглассе
Штормгласс (штормглас, нидерл. — «буря» и — «стекло») — химический метеорологический прибор, состоящий из стеклянной колбы или ампулы, заполненных спиртовым раствором, в котором в определённых пропорциях растворены камфора, Хлорид аммония и калийная селитра. Одно из названий, использовавшихся в XIX и начале XX века вместе с названием «штормгласс», — «бароскоп». Словарь Гранат (1902) описывает прибор как «химический барометр, сосуд с раствором камфоры, селитры и нашатыря в спирту, разбавленном водой; при хорошей погоде раствор этот прозрачен, смотря по погоде муть прибавляется или исчезает».
Колба герметически запаяна, но, тем не менее, в ней постоянно происходит рождение и исчезновение кристаллов.
По внешнему виду жидкости в приборе якобы возможно предсказывать погоду.
В конце XIX — начале XX века на страницах Энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона давалось следующее описание этому прибору:
К числу нетрадиционных «барометров» можно отнести предсказатель бурь или «пиявочный барометр» английского доктора Джорджа Мэриуэзера.
Хотя действие Предсказателя и было доказано наукой, на кораблях британского флота и в портах стали использовать менее громоздкий штормгласс адмирала Роберта Фитцроя.
Рецепт изготовления штормгласса
А. Делениус в своей книге «30000 новейших открытий, рецептов и общеполезных практических сведений» (Москва, 1885) пишет: «Штормовые склянки, заполняются следующим составом: 1/2 лота (12,8 г: /2 = 6,4 г) камфоры, 1/8 (или 1,6 г) — селитры, столько же — нашатыря. Каждое из этих веществ распускается отдельно в хлебном вине (в старину так называли водку). По сравнению с другими веществами камфора растворяется медленнее, поэтому её нужно подогревать на слабом огне или же опускать в сосуд с тёплой водой. Когда все вещества распущены, всю массу следует смешать и слить в продолговатый сосуд из чистого прозрачного стекла, осторожно закупорить и запечатать сургучом. После этого склянку нужно прикрепить возле окна на открытом воздухе, где она может оставаться зимой и летом. Погоду же прогнозируют по переменам, происходящим в жидкости. Прозрачная жидкость предвещает ясную погоду, мутная — дождь. Мутная жидкость с маленькими звёздочками — грозу. Маленькие точки — туман, сырость. Большие хлопья: зимой — снег, летом — покрытое облаками небо, тяжёлый воздух. Нити в верхней части жидкости — ветер. Кристаллы на дне — густой воздух, мороз. Маленькие звёздочки предсказывают зимой при ясной погоде — снег на другой или третий день. По утверждению автора, чем выше зимой поднимаются кристаллы, тем крепче будет стужа».
Рецепт из английской энциклопедии практических советов, изданной в Лондоне в 1880 году:
2 драхмы (3,885 г X 2 = 7,77 г) камфоры,
1,5 (3,885 X 1,5 = 5,8275 г) — калиевой селитры,
1 (3,885 г) — хлористого аммония,
2,25 жидкой унции (при температуре 16,6° С — 28,349 мл X 2,25 = 63,78525 мл) водного спирта концентрации «пруф» (его можно изготовить из 100 г чистого спирта и 103,1 дистиллированной воды).
Эту смесь помещают в стеклянную трубку длиной 12 дюймов (25,4 мм X 12 = 304,8 мм) и диаметром 3/4 дюйма (19,05 мм).
Растворить селитру и нашатырь в воде, растворить камфору в спирте и затем медленно перемешать две субстанции, желательно на водяной бане. Залить в стеклянную колбу от 1.5 до 3 см шириной и 15-20 см высотой. Запечатать колбу лучше всего притёртой стеклянной пробкой, промазав её силиконовым герметиком.
Процесс изготовления «Загадочной Ампулы», а также подробная методика наблюдения и примерная таблица наблюдений были представлены в приложении «Для умелых рук» к январскому выпуску журнала «Юный техник» за 1989 год.
Выпадение осадка в штормглассе не напрямую зависит от температуры в помещении, где он находится. В наблюдениях (В. Жвирблис. Что такое штормглас // «Химия и жизнь» : журнал. — 1979. — . — .) указано, что при постоянной температуре в помещении тем не менее происходил рост и растворение кристаллов. Научных (именно научных, а не любительских) наблюдений зависимости кристаллизации от погодных условий в литературе не существует. Однако, есть гипотеза специалистов по выращиванию кристаллических структур о связи роста кристаллов в насыщенном растворе с изменением геомагнитного поля при небольших колебаниях температуры. То есть, при равных температурных условиях, рост кристаллов начинается только если геомагнитное поле возмущено.