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大气压强是大气重力造成的,是谬论吗?

已有 5013 次阅读 2016-1-30 10:03 |系统分类:科研笔记


大气压强是大气重力造成的,是谬论吗?

 

提要:最近,科学网的一篇置顶博文断言:大气压强不是大气重量造成的,之前的教科书和科普书全错了!尽管许多博主参与了讨论,并有洋教科书证明,大气压强是重力造成的,但这些似乎并没有纠正该博文的观点。本博文通过综合各位博主的讨论和深入分析发现,该博文的论证是可疑的,其断言也许并不成立,传统的观点是正确的。


      所谓,大气压强:是指大气对浸在它里面的物体产生的压强。通常可用大气的重力或分子热运动来解释其产生机理,而且这两种解释是等价的。为什么其中的重力解释变成“谬论”了? 


     原来,博文“一个流传甚广的谬论:大气压强是大气重力造成的吗?”是根据本网名博,全慧博主的专著《热物理教与学随笔集》中的相关讨论和博主的理解。然而其论证可能是不对的。 首先,其论证前提是假设地球的引力场中的重力加速度g为常数,并根据重力计算出地球表面压强的公式(3.4.1),即

P=Nmg/4πR^23.4.1


显然,该公式是不正确的,因为忽略重力加速度随高度的变化,退一步讲,该公式至少是不准确的。有趣的是,置顶博文说:“忽略重力加速度随高度变化这点也非常非常关键。不然的话,见之前的文 http://blog.sciencenet.cn/blog-100379-786809.html ,大气层根本不应该存在!”事实是,大气层一直存在,且重力加速度g也不是常数。故忽略的理由是站不住脚的。 其次,该专著从分子运动的观点给出了计算地球表面压强的公式(3.4.2),即

(抱歉,公式编辑不了)(3.4.2


公式(3.4.2)也是错误的,这是因为,玻尔兹曼分布并不适合引力场,仅适合重力场。换言之,只有在高度差不是太大的情况下,才可使用玻尔兹曼分布计算局部粒子总数。故该专著使用玻尔兹曼分布计算了从地球表面到无穷远处的总粒子数N是不正确的。退一步讲,上式也是不准确的,充其量是个近似公式。


      最后,该专著认为,用重力计算压强的公式(3.4.1)是不正确的,而(3.4.2)才是正确的。实际上,两种计算方法是等价的,没有哪个是错误的。而书中(3.4.1)和(3.4.2)的区别完全是由于错误或者近似程度不同而造成的。故不能由此证明大气压强不是大气重量造成的。换言之,没有讨论两个公式近似程度的高低,是无法区分那个对那个错的。


     另外,该置顶的博文认为,“如果大气压强来自大气重力,那么压强将与大气的温度无关”。这似乎也是毫无根据的,温度会影响大气分子的密度、位置、数量,自然也会影响大气重力分布和压强的。故来自重力的大气压强也必将与温度有关。 


      结语:通常,质疑公认的科学结论是很需要勇气的。欣慰的是随着质疑队伍的扩大,中国科学界必将出现勃勃生机。然而,这次质疑似乎不大可能成功。如何修正两种压强公式(3.4.1)和(3.4.2)的错误?其实,只要修改为计算局部的大气压强差,就可以避免错误,或者说更精确。结果将证明,利用重力计算大气压强差和利用分子热运动计算的结果是相同的。那意味着,大气压强是大气重力造成的观点没有错误


参考博文:

张江敏     一个流传甚广的谬论:大气压强是大气重力造成的吗? 

曹长青    大气分子数目分布

俞云伟    大气压强不是大气重力造成的结果吗?

吕喆      大气压强中,重力温度分别扮演着什么角色?

       大气压强的存在,必然依赖重力  




http://blog.sciencenet.cn/blog-267101-953414.html

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