【第09.03讲】不容忽视的大气压

【第9.03讲】不容忽视的大气压

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上一讲我们探讨了液体内部的压强，液体压强产生的原因有二：液体受到重力作用，且能够流动。空气同样也受到重力作用，也能流动，按理说，空气也应该有压强。这就是我们常常听说的“大气压”。

怎么能证明大气压存在呢？

著名的马德堡半球实验，以轰轰烈烈的方式，向世人证实了大气压的存在。1654年，德国马德堡市的市长设计了一个大型实验，并向当时的罗马皇帝和公众做现场演示。他将两个铜制的空心半球，合在一起，没有用任何粘合剂，只是用自制的真空泵抽去了球中间的空气。两个半球就牢牢地“吸”在一起了。为了证明这两个半球结合得有多么紧密，又安排两队各8匹马，试图拉开这两个半球。即便这样，也没能拉得开。最后，市长打开气阀向球中放入空气，两个半球轻轻松松就分来了。可以想见，现场观众亲眼看到这一幕时，脸上该有多么惊讶的表情。后来，为了向更多的人展示，在柏林、波士顿等地还多次重复过这个实验，结果都一样。

到底是什么力量，让实验中的两个半球结合得如此紧密呢？并没有别的力量，就是我们今天要讨论的大气压。

我们身边，也有很多现象可证实大气压的存在。比如：手机贴膜，并不全是靠胶粘上去的，将玻璃屏幕与薄膜之间的空气挤出后，大气压也帮了很大的忙。中医拔火罐，那个被加热过的火罐之所以能吸在皮肤上，也是由于大气压。西医打吊瓶，要在瓶口设置一根排气管，也是要利用大气压的帮助。天气预报中经常会听到“副热带高压”、“赤道低压”等等，这些区域大气压的变化，不仅影响着季风，甚至扰动着全球的气候。

你也许要问：“为什么我身处大气之中，却没有任何被压的感觉呢？” 那是因为我们长期生活在大气压的环境中，早已习以为常，一旦你进入一个低气压的环境，比如进入高原或者乘坐飞机，有些人就会出现耳鸣等各种不适。

对大气压的精确测量，最早是由意大利科学家托里拆利完成的。他是伽利略的学生的学生。

托里拆利巧妙地利用大气压顶起一段水银柱，根据液体的压强公式p=ρgh，通过水银柱的高度，再结合水银的密度数据，就可以计算出大气压的大小。

有些同学不理解，玻璃管中那么高的水银柱为什么不再下落？显然是大气压力顶起了这段水银柱。实验的巧妙在于，不需要借助真空泵，就在水银柱上方的玻璃管内形成了一段真空。真空导致水银柱的两端形成了气压差，一端有大气压，一端没有大气压。正是这个压力差顶起了这一段水银柱。而水银柱底部的压强（也就是水银槽内液面处的压强），就正好等于大气的压强。

关于托里拆利实验，你特别需要注意2点：

1. 这里测量的是水银柱的竖直高度，而不是水银柱的长度。高度与玻璃管是否倾斜无关，即使倾斜，高度仍不变。这就好比山的海拔高度，与山坡是平缓或陡峭无关一样。高度与玻璃管的粗细也无关。

2. 玻璃管内水银柱的上方应为真空，不能混入空气。如果本应真空的部分混入了空气，那么水银柱静止时，大气压就等于水银柱的压强与其上方空气的气压之和。这会导致实验所测得的大气压比真实值偏小。

更多的变化内容，我们留到下一讲再专题讨论。

大气压并不是一成不变的，随着天气的变化大气压也会变化。人们把760mm高水银柱的大气压规定为标准大气压，记为p0.

在粗略计算中，标准大气压可以取为1×10^5 Pa.

大气压有几个常用单位，即“标准大气压”，“毫米水银柱”（也叫“毫米汞柱”），“帕”。它们之间的换算关系是：

1标准大气压 = 760 mmHg = 1.013×10^5 Pa

这些数据，考试会考到的，你需要背下来。

测量大气压的仪器叫做气压计。托里拆利实验中，如果玻璃管旁立一个刻度尺，读出水银柱的高度就知道当时当地的大气压了。这就是一个简单的水银气压计。水银气压计比较准确，但携带不便。平常用得比较多的还是金属盒气压计，又叫做无液气压计。它携带很方便。锅炉、氧气瓶和灭火器上的气压计，也是一种无液气压计。

大气压随海拔高度的增加而减小，且高度越高，减小得越快。这是因为空气在地表并不是均匀分布的，海拔越高的地方，空气越稀薄，所以大气压随海拔升高减小得越来越快。海拔3000m以内，大约每升高10m，大气压减小100Pa。根据此原理，将气压计的压强值改为对应的高度值，就制成了高度计。

大气压不仅与海拔高度有关，还与天气有关。一般晴天的气压比阴天的高，冬季的气压比夏季的高。所以气压是预报天气的重要依据。这个知识点可以这么联想着记：高海拔、阴天、夏季，人都感觉闷，原因是气压低；低海拔、晴天、冬季，人都感觉天高气爽，气压高。这样记得准，记得牢。

气压还会影响液体的沸点，气压高，沸点高；气压低，沸点低。在一个标准大气压下，水的沸点为100℃。高压锅中水面上方的气压大于2个标准大气压，水的沸点在120℃以上。青藏高原大部分地区水的沸点仅为84~87℃，需要用高压锅做饭。珠穆朗玛峰上的大气压约为海平面的30%左右，水的沸点更低。据说那里沸水洒到手上也不会烫伤。

生产生活中利用大气压的例子很多，吸管吸取饮料，注射器吸取药水，墨水钢笔吸墨水，塑料吸盘挂钩，活塞式抽水机，离心式水泵等都是利用大气压工作的，它们都要遵循一个共同的原理，就是先要造成一个低压区，低压区的气压越低越好。然后大气压才能趁虚而入，大展拳脚。

【小结一下】

继液体的压强之后，今天我们又了解了大气压强。

托里拆利实验利用水银柱准确测量了大气压的大小，人们把760 mmHg的大气压规定为标准大气压，1标准大气压 = 760 mmHg = 1.013×10^5 Pa。

大气压可用气压计来测量，气压计包括水银气压计和无液气压计。

天气变化和海拔高度都对大气压有影响。海拔越高，大气压越低。一般晴天的气压比阴天的高，冬季的气压比夏季的高。

【思考题】

1. 想象一下，如果哪天突然没有了大气压，我们的生活会变成什么样呢？

2. 你能根据大气压强，估算出大气的总质量吗？

今天就到这儿，下一讲咱们继续深入讨论托里拆利实验，下一讲再见!