我們置身在空氣中,我們感覺(jué)不到氣體壓強(qiáng)的影響,是因?yàn)樯眢w內(nèi)外壓強(qiáng)是一致的。氣體壓強(qiáng)簡(jiǎn)稱氣壓,壓泛指氣體對(duì)某一點(diǎn)施加的流體靜力壓強(qiáng),氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因是大量氣體分子對(duì)容器壁的持續(xù)的、無(wú)規(guī)則撞擊產(chǎn)生的。根據(jù)理想氣體定律pv=nRT:氣體壓強(qiáng)的大小與氣體的量(n)、氣體的溫度(T)成正比,與氣體的體積(v)成反比 R為通用氣體常量
大氣壓是指地球上某個(gè)位置的空氣產(chǎn)生的壓強(qiáng)。地球表面的空氣受到重力作用,由此而產(chǎn)生了大氣壓強(qiáng).地球上面的空氣層密度不是相等的,靠近地表層的空氣密度較大,高層的空氣稀薄,密度較小.大氣壓強(qiáng)既然是由空氣重力產(chǎn)生的,高度大的地方,它上面空氣柱的高度小,密度也小,所以距離地面越高,大氣壓強(qiáng)越小.通常情況下,在2千米以下,高度每升高12米,大氣壓強(qiáng)降低1毫米水銀柱。
空氣受重力的作用,空氣又有流動(dòng)性,因此向各個(gè)方向都有壓強(qiáng).講得細(xì)致一些,由于地球?qū)諝獾奈饔?,空氣壓在地面上,就要靠地面或地面上的其他物體來(lái)支持它,這些支持著大氣的物體和地面,就要受到大氣壓力的作用.單位面積上受到的大氣壓力,就是大氣壓強(qiáng);第二,可以用分子運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)解釋.因?yàn)闅怏w是由大量的做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的分子組成,而這些分子必然要對(duì)浸在空氣中的物體不斷地發(fā)生碰撞.每次碰撞,空氣分子都要給予物體表面一個(gè)沖擊力,大量空氣分子持續(xù)碰撞的結(jié)果就體現(xiàn)為大氣對(duì)物體表面的壓力,從而形成大氣壓.若單位體積中含有的分子數(shù)越多,則相同時(shí)間內(nèi)空氣分子對(duì)物體表面單位面積上碰撞的次數(shù)越多,因而產(chǎn)生的壓強(qiáng)也就越大.
實(shí)驗(yàn)表明,在海撥2000米以內(nèi),每升高12米,大氣壓就降低一毫米汞柱,約133帕。利用這一特點(diǎn),在海撥2000米以內(nèi),測(cè)出某地的大氣壓值,可計(jì)算某地的海撥高度。
標(biāo)準(zhǔn)大氣壓是在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下海平面的氣壓,1644年由物理學(xué)家托里拆利提出,其值為101.325kPa,是壓強(qiáng)的單位,記作atm?;瘜W(xué)中曾一度將標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力(STP)定義為0°C(273.15K)及101.325kPa(1atm),但1982年起IUPAC將“標(biāo)準(zhǔn)壓力”重新定義為100 kPa。1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=760mm汞柱=76cm汞柱=1.01325×10^5Pa=10.339m水柱。1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=101325 N/㎡。(在計(jì)算中通常為 1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=1.01×10^5 N/㎡)。100kPa=0.1MPa
大氣壓不是固定不變的。為了比較大氣壓的大小,在1954年第十屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上,科學(xué)家對(duì)大氣壓規(guī)定了一個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)”:在緯度45°的海平面上,當(dāng)溫度為0℃時(shí),760毫米高水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)叫做標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。既然是“標(biāo)準(zhǔn)”,在根據(jù)液體壓強(qiáng)公式計(jì)算時(shí)就要注意各物理量取值的準(zhǔn)確性。從有關(guān)資料上查得:0℃時(shí)水銀的密度為13.595×10^3千克/m3,緯度45°的海平面上的G值為9.80672牛/千克。于是可得760毫米高水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)為
p水銀=ρ水銀gh=13.595×10^3千克/m3×9.80672牛/千克×0.76米=1.01325×105帕。這就是1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的值。
我們都知道因?yàn)楦咴蠚鈮旱停髺|西煮不熟,只能使用高壓鍋。也就是說(shuō)氣壓跟液體的沸點(diǎn)有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明,一切液體的沸點(diǎn),都是氣壓減小時(shí)降低,氣壓增大時(shí)升高,同種液體的沸點(diǎn)不是固定不變的.說(shuō)水的沸點(diǎn)是100℃必須強(qiáng)調(diào)是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下。
由于氣壓隨高度減小,所以水的沸點(diǎn)隨高度降低,例如:海拔1000米處水沸點(diǎn)約97℃,3千米處約91℃,在海拔8844米的珠穆朗瑪峰頂,水在72℃就可以沸騰,因而在高山上燒飯要用不漏氣的高壓鍋,鍋內(nèi)氣壓可以高于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,使水沸點(diǎn)高于100℃,不但飯熟得快,還可以節(jié)省燃料。
氣壓計(jì)是根據(jù)托里拆利(Evangelista Torricelli,1608~1647)的實(shí)驗(yàn)原理而制成,用以測(cè)量大氣壓強(qiáng)的儀器??煞譃樗y氣壓、無(wú)液氣壓。
利用托里拆利管來(lái)測(cè)定大氣壓的一種裝置。玻璃管底部的水銀槽是用一個(gè)皮囊所代替,并附有可以調(diào)準(zhǔn)的象牙針使其指示水銀面,叫做“福廷式水銀氣壓計(jì)”,在玻璃管外面加上一個(gè)金屬護(hù)套,套管上刻有量度水銀柱高度的刻度尺。在水銀槽頂上另裝一只象牙針,針尖正好位于管外刻度尺的零點(diǎn),另用皮袋作為水銀槽底。使用時(shí),輕轉(zhuǎn)皮袋下的螺旋,使槽內(nèi)水銀面恰好跟象牙針尖接觸(即與刻度尺的零點(diǎn)在一水平線上),然后由管上刻度尺讀出水銀柱的高度。
此高度示數(shù)即為當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)卮髿鈮旱拇笮?。另外還有不需調(diào)準(zhǔn)象牙針的觀測(cè)站用氣壓計(jì),可測(cè)低氣壓山岳用的氣壓計(jì),以及對(duì)船的搖動(dòng)不敏感的航海用氣壓計(jì)。大氣壓強(qiáng)不同支持的水銀柱的高度不同,根據(jù)P=p(水銀密度)hg,計(jì)算出的壓強(qiáng)就等于大氣壓強(qiáng),當(dāng)然這個(gè)計(jì)算制造氣壓計(jì)時(shí)就算出來(lái)標(biāo)到氣壓計(jì)上了,通過(guò)水銀面對(duì)準(zhǔn)的刻度,就可以知道氣壓的大小了!
無(wú)液氣壓計(jì)是氣壓計(jì)的一種,最常見(jiàn)的是金屬盒氣壓計(jì)。它的主要部分是一種波紋狀表面的真空金屬盒。為了不使金屬盒被大氣壓所壓扁,用彈性鋼片向外拉著它。大氣壓增加,盒蓋凹進(jìn)去一些;大氣壓減小,彈性鋼片就把盒蓋拉起來(lái)一些。盒蓋的變化通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳給指針,使指針偏轉(zhuǎn)。從指針下面刻度盤(pán)上的讀數(shù),可知道當(dāng)時(shí)大氣壓的值。它使用方便,便于攜帶,但測(cè)量結(jié)果不夠準(zhǔn)確。如果在無(wú)液氣壓計(jì)的刻度盤(pán)上標(biāo)的不是大氣壓的值,而是高度,于是就成了航空及登山用的高度計(jì)。