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大氣壓力

大氣壓力

氣壓的國際單位制是帕斯卡(或簡稱帕,符號是Pa),泛指是氣體對某一點施加的流體靜力壓強,來源是大氣層中空氣的重力,即為單位面積上的大氣壓力。在一般氣象學中人們用千帕斯卡(KPa)、或使用百帕(hPa)作為單位。測量氣壓的儀器叫氣壓表。其它的常用單位分別是:巴(bar,1bar=100,000帕)和公分水銀柱 (或稱公分汞柱)。在海平面的平均氣壓約為101.325千帕斯卡(76公分水銀柱),這個值也被稱為標準大氣壓。另外,在化學計算中,氣壓的國際單位是"atm"。 一個標準大氣壓即是1atm。1個標準大氣壓等於101,325帕,1.01325巴,或者76公分水銀柱。

氣壓的地區差別是氣象變化的直接原因之一。氣壓是天氣預報的一個重要的變數。

在地球上,其來源是大氣層中空氣重力,一般正常的空氣壓力為6~7kg/cm2。在高處之上的大氣層比較薄,那裡的空氣重力比低處要小,因此在高處的氣壓比在低處要低。比如在高山上氣壓比在海平面上要低。

人們使用氣壓指利用受壓氣體傳遞能量來作功,利用氣壓作動力,簡單的說就是使用壓縮空氣經由氣壓來作氣壓缸、氣壓馬達的動力來源等。

當我們在陸地上時,地面以上的所有空氣受到地心引力的作用 也向下壓在我們的身上,便是我們所感受到的「大氣壓力」。 想一想,雖然空氣感覺起來很輕,可是這麼高這麼大的大氣層想必也是不輕吧! 空氣的密度比水的密度小很多, 地表室溫下,一立方公尺的空氣約1.3公斤重。 雖僅約水的千分之一。可是在這麼深的『空氣海』裡所承受的壓力確實不小。 海平面的大氣壓力 P = 101.3kPa (1.013×105牛頓/公尺2) 換算後 相當於 每一平方公分約一公斤重。 我們頭頂的截面積約有 300平方公分(以半徑10公分估算), 則相當於我們每個人頭頂著 300公斤空氣下壓的作用力。

為什麼當大氣壓力壓在我們身上的同時, 我們卻不覺得的重呢?

因為真正會影響我們的是出現 壓力改變形成 壓力差時! 如果你曾經搭過30-40層大樓的高速電梯時,上昇或下降過程中 由於四周空氣的壓力迅速的改變,而體內的壓力尚未調適過來, 於是耳朵會先感覺到不舒服。 若是大口嚥氣,讓空氣能經由和口腔通道和耳朵相通而消除壓力差, 便可以減去疼痛。 因此只有當 環境中出現壓力差時,我們才容易感覺出壓力的存在。


一、大氣壓力的現象:

  裝滿水的杯子蓋上玻璃片倒轉後水也沒流出來。


二、大氣壓力的來源:圍繞在地球周圍的空氣層叫大氣,它的重量便是大氣壓力的來源


三、大氣壓力的大小及特性:

 1.大氣壓力的大小由所在高度以上的空氣柱重量所決定。

 2..大氣壓力會隨時間、地點的不同而變化。

  例:高山大氣壓力比平地低,早晚的氣壓也有所不同。


四、大氣壓力的單位:

 1.atm

 2.公分-水銀柱高(cm-Hg)

 3.公厘-水銀柱高(mm-Hg)

 4.百帕(=毫巴):氣象上使用

 註:1 大氣壓力(atm)= 76 公分-水銀柱高(cm-Hg)

           = 760 公厘-水銀柱高(mm-Hg)

           =1013 百帕(氣象上使用)


五、日常生活中的大氣壓力的實例:

 1.掛物用的塑膠吸盤。

 2.用吸管吸取飲料。

 3.吸塵器的利用。


六、大氣壓力的實驗:

甲.馬德堡半球實驗:

 1. 1664 年德國科學家格里克在德國馬德堡所作的實驗。

 2.以直徑 36 公分的兩個空心金屬半球合起來,並將裡面的空氣抽走。

 3.結果是必須用 16 匹馬(每邊 8 匹)方可將兩個金屬球拉開。


乙.托里切利實驗:  1.十七世紀義大利科學家托里切利所設計的一個實驗。

 2.將一支長約 1 公尺一端封閉的玻璃管裝滿水銀後,將管倒轉,鉛直放置於水銀槽中。

 3.測量玻璃管內的水銀長度為 76 公分,這個高度和玻璃管粗細、長度、傾斜角度無關。

 4.這個高度的水銀柱所產生的壓力,即表示當時的大氣壓力。

   註:玻璃管的水銀柱上方,因空氣已完全排除,形成真空狀態,稱為托里切利真空

托里切利定律

             1.托里切利定律(Torricelli’s law):開放式儲液槽,槽底排水孔的流速為:
                                                 (1.4.2)
                                     :槽底排水孔的流速 [m/s]
                                     g :重力加速度 [m/s2]
                                     h :槽內水面高出排水孔的高度 [m]

2.托里切利定律可由白努利定律證明。

例題1.4.1

    一水槽的液面保持高出地面3.0m,槽底有一出水口,距地面0.2m,若不考慮摩擦,問出水口的平均速度為多少m/s?

                                       解答:
                                               由托里切利方程式    
                                                                                                             (m/s)


在伽利略的時代,人們都相信自然討厭真空。真空一出現,周圍的東西馬上就會把真空填滿使真空消失。這種想法是發源於亞里斯多德的。用邦浦可以從下面將水抽上來這件事就是這種想法的一個例證。可是有一個邦浦的水管很長,水抽到大約十公尺高的地方就再也抽不上。伽利略聽到這件事後,認為水管內的水柱只維持某些高度,超過了那些高度就會倒塌。

..

   托里切利是伽利略的學生。關於這個問題,他想到用水銀代替水來做實驗。用水銀的話,高度可能只要有水的十四分之一就夠了,實驗起來非常方便。

根據托里切利的構想,於1643年,由伽利略的另一個學生,彼比尼亞做實驗。這個實驗,今天我們叫做,「托里切利的實驗」。一端密封,大約一公尺長的玻璃管子裡面裝滿水銀,用手指壓住管子開口的一端,把管子倒過來放入水銀槽內。然後把壓住管口的手指放開,管子裡面的水銀會下降到大約七十六公分的高度。這個時候,在管子內空出來的部份就是真空(水銀的蒸氣壓是大氣壓的0.0002%程度)。由這個實驗可以看出好像有些什麼壓力把液體往真空中推上。托里切利很快就看出那是什麼壓力。

..

   托里切利確信一直被認為自然討厭真空的現象,其實都可用由空氣柱的重量所產生的壓力來說明。托里切利就這樣發現了大氣壓。接著,他也用水銀柱觀察了大氣壓的變化。這件事可以說是近代氣象學的開始吧。他也由於接線的研究接近了微分法。也發現關於物體的重心,整合為「托里切利原理」。
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