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关于大气压强,是先发现了大气压的存在,并且测量出具体的值后,把这一科学知识应用于生活呢?还是先制成了抽水机后才发现有大气压强的存在呢?事实是怎样的呢? 很早很早以前,许多地区的劳动人民就使用着一种简单的汲水装置,将河里的水抽上来灌溉农田。那么水究竟是怎么抽上来的呢?当时人们一直用亚里士多德的理论(大自然厌恶真空)来解释这个现象。 到了16世纪,随着欧洲采矿业的发展,人们... 更多>>
大气对浸在它里面的物体的压强叫做大气压强,简称大气压或气压。包围地球的大气由于受到重力的作用,而且能够流动,因而大气对浸在它里面的物体产生大气压强,大气内部向各个方向都有大气压强,且大气中某一点向各个方向的大气压强大小相等。
很久以前,人们就注意到一个现象,当用来输送水的虹吸管跨越高度10米以上的山坡时,水就输不上去了;在超过10米深的井里,抽水泵就不起作用了。人们早就知道只要把水管里的空气抽走,造成一个真空环境,那么水就会沿着水管往上流。
人们无法解释水为什么会往上流,而不是通常那样“水往低处流”,就借用古希腊学者亚里士多德的名言“大自然厌恶真空”聊以自慰。
托里拆利发现大气压力
托里拆利观察到大气对地球表面施有压力,并猜想,这有可能解释所谓“大自然厌恶真空”的各种现象。
托里拆利认为,既然空气有重量就会产生压力,就像水有重量会产生压力和浮力一样。正是空气的压力把水从管子里往上压,压到10米的高度时,水柱的重量正好等于空气的压力,水就再也压不上去了。为了证实这一点,他开始研究吸水哪筒(古代水泵)的原理。并让自己的助手维维安尼帮忙用各种液体进行实验,由此查明了哪筒升高液体的高度取决于液体的比重。而这恰恰为发现大气压力指明了方向。
根据“大自然对真空的厌恶限度”,实验需要一个高10米的实验装置,且不说制作之难,10米有三四层楼那么高,怎样进行观测呢?
托里拆利设计了一个方法,利用比水重13.6倍的水银来做实验。他让人制作了一根1米长的玻璃管,一端封闭,一端开口。维维安尼将水银灌满管子,然后用手指堵住开口的一端,将管子颠倒过来使开口的一端朝下,再放进一个盛满水银的陶瓷槽里。当他放开按住管口的手指时,管里的水银很快下降,当水银降到距槽里的水银面76厘米高度时,就不再降低了。换算一下就可以得出,76厘米高的水银柱产生的压强,正好等于10米水柱产生的压强。
这个实验形象地显示出、水银槽里水银表面所受到的大气压强刚好等于76厘米高的水银柱所产生的压强。而巨很显然,有某种外力使水银留在管子里,这种外力可能就是杯子里水银曲上的空气压力。
盖利克的马德堡半球
托里拆利发现大气压力的消息很快传到了德国。受托里拆利实验的启发,1649年,德国工程师盖利克发明了真空泵,利用真空泵可以抽出密封于容器中的空气。
为了让人们相信大气有压力,盖利克为德国皇帝和国会议员表演了在历史上被传为佳话的“马德堡半球实验”。这是一次极具戏剧性的科学实验,直观地证明了大气压的存在。
1654年5月8日,盖利克带着两个直径50厘米的铜质半球来见皇帝,他告诉皇帝,把这两个半球合拢,两边即使各用五六匹马未拉也未必能拉开。
盖利克将铜质半球的边沿用经松节油蜡浸过的皮环密封,抽去球中的空气,在大气压力的作用下,两个半球紧紧扣合在一起,半球上焊有结实的铜环,他让两支马队朝相反的力一向分别用力拉两个半球,可无论马匹如何用力,两个半球还是牢牢地粘合在一起。于是,盖刊克在两边马队的马一匹匹地增加,结果用了16匹马才把它们拉开。
帕斯卡发现大气压力随高度变化
另一个证明大气压力存在的无可辩驳的实验,是与托里拆利同时代的法国数学家和物理学家帕斯卡进行的。帕斯卡知道托里拆利的实验以后,便利用托里拆利设计的“世界上第一个测量大气压强的气压计”。1646-1647年在法国的鲁昂和巴黎以下同方式重做了一系列实验。
帕斯卡认为,用水银柱量出的大气压力实际上是空气重量产生的力,随着高度的上升,空气稀薄,大气的压力也会逐渐减少。1648年,脚有残疾的帕斯卡委托姐夫佩里埃带着水银气压计登上高山观察气压计读数的变化,发现在海拔1600米左右的高度,气压计水银柱液面下降了大约10%,得到这个消息之后,他于1648发表了这一结果和从中得到的结论。
此后的多次测量表明,在距离海平而2000米的高度内,平均每升高12米,水银柱大约降低1毫米。知道了大气压跟高度的关系,就可以根据大气压的大小来佑算出某处的高度。这种用气压计测量高度的方法,沿用至今。
地球周围包着一层厚厚的空气,它主要是由氮气、氧气、二氧化碳、水蒸气和氦、氖、氩等气体混合组成的,通常把这层空气的整体称之为大气层。它上疏下密地分布在地球的周围,总厚度达1000米,所有浸在大气里的物体都要受到大气作用于它的压强,就像浸在水中的物体都要受到水的压强一样。
大气压产生的原因可以从不同的角度来解释:
重力观点解释:空气受重力的作用,空气又有流动性,因此向各个方向都有压强。讲得细致一些,由于地球对空气的吸引作用,空气压在地面上,就要靠地面或地面上的其他物体来支持它,这些支持着大气的物体和地面,就要受到大气压力的作用。单位面积上受到的大气压力,就是大气压强。
分子运动的观点解释:因为气体是由大量的做无规则运动的分子组成,而这些分子必然要对浸在空气中的物体不断地发生碰撞。每次碰撞,气体分子都要给予物体表面一个冲击力,大量空气分子持续碰撞的结果就体现为大气对物体表面的压力,从而形成大气压。若单位体积中含有的分子数越多,则相同时间内空气分子对物体表面单位面积上碰撞的次数越多,因而产生的压强也就越大。利用分子运动论的观点可以解释:为什么大气层不均匀分布,能造成大气压下高上低的现象。
标准大气压:
标准大气压是在标准大气条件下海平面的气压,1644年由物理学家托里拆利提出,其值为101.325kPa,是压强的单位。
一个标准大气压是这样规定的:把温度为0℃、纬度45度海平面上的气压称为1个大气压,水银气压表上的数值为760毫米水银柱高(相当于1013.25百帕)。即,一个标准大气压的压强是1.013x10^3mbar。
大气压强换算:
1MPa(兆帕)=1000kPa(千帕)=1000000Pa(帕斯卡)
1bar(巴) = 0.1MPa
1atm(标准大气压)=0.1013MPa=1.013bar
1大气压=760mmHg=1.013x10^5pa=1.03x10^2KPa=1.013x10^3mbar
1、大气压强是指地球上某个位置的空气产生的压强。地球表面的空气受到重力作用,并具有流动性,由此而产生了大气压强。
2、气体和液体都受重力并且具有流动性,它们的压强有相似之处、大气压向各个方向都有,在同一位置各个方向的大气压强相等,且方向是垂直于物体表面的。但是由于大气的密度不是均匀的,所以大气压强计算公式不能应用液体压强公式。
3、被密封在某种容器中的气体,其压强是大量的做无规则运动的气体分子对容器壁不断碰撞而产生的。它的大小不是由被封闭气体的重力所决定的。
4、大气压的值与地点、天气、季节的变化有关,一般来说,气压随高度的增加而减小,晴天大气压比阴天高,冬天比夏天高。
5、地面上标准大气压约等于760毫米高水银柱产生的压强。
在用吸管吸饮料时,我们可能没有想到过为什么饮料会进人口中,不知道这一过程中是大气压起着决定性的作用。在我们吸的时候使吸管中的气压降低,这时外界的大气压把液体压了上去.如果用吸管在一个密封的瓶子中吸饮料,你就难吸出来,因为里面气体膨胀时气压减小。
生病点滴时为什么瓶子的下端有两根管子,一根通往人体,而另一根却通往空气?实际上又是因为大气压的缘故。在水不断地往下滴的过程中,水在不断地减少,里面气体体积在不断增大,压强就会减小,这时外界的大气压就会把外面的气体压人瓶内,使瓶内气压增大,水才会不断从瓶中流出来。如果没有了这根与外界相通的管子,水就不会继续往下流了。
现在家庭为了美观,不再往墙上钉钉子挂衣服,而是采用真空挂衣钩,这种东西既美观又耐用。那么它是凭着什么能够紧紧吸附在光滑的墙壁上的呢?也是利用大气压强。在使用时,先将里面的气体挤出,然后将挂衣钩底座与光滑的墙面贴在一起使里面的气体被赶出,瓶内部气压减小,外界气压依然如故。这样挂衣钩的底座就被紧紧压在光滑的墙壁上,并且可以承受较大的拉力。
冬天盖上刚倒出些热水的暖水壶时,水瓶盖子常会跳起,这又是气体压力作怪。刚倒出热水的水壶,里面的温度还较高。后进去的空气受热膨胀,瓶内气体压力增大,把瓶盖顶开。
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