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地面上的空气范围极广,常被称为“大气层”。离地面200多公里,还有空气。虽然它的密度很小,但是这么高的大气柱作用在地面上的压力还是极高的。人体感觉不到大气中气压的压迫,因为人体内外同时受到气压的作用,而且完全相等。德国马德博市市长奥托·格里克(Otto gehrig)在马德博做了半球实验,证实了大气压的存在。
空气从地球表面延伸到天空的重量,使得靠近地球表面的物体单位面积所受的力称为“大气压”。大气压力的测量通常用水银气压计中水银柱的高度来表示。地面上的标准大气压大约等于76厘米高的水银柱产生的压力。由于测区等条件的影响,测得的值有所不同。根据液体压力P=ρgh的公式,水银的密度为13.6×103 kg/m3,那么76 cm高的水银柱产生的压力为P = 13.6×103kg/m3×9.8牛顿/kg× 0.76 m = 65436。
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1.大气压力
大气对浸在其中的物体产生的压力称为大气压力,或简称大气压。
(1)大气压力是指地球上某一位置的空气产生的压力,地球表面的空气受到重力作用,产生大气压力。地球上方空气层的密度是不相等的,靠近地球表面的空气密度较高,而顶部的空气较稀薄,密度较小。由于大气压力是由空气重力产生的,其上方的空气柱高度小,密度小,所以离地面越高,大气压力越小。通常是在2点。
②气体和液体都有流动性,压力相近。大气压力存在于各个方向,同一位置各个方向的大气压力都是相等的。但由于大气密度不均匀,液体压强公式不能应用于大气压强的计算。
(3)密封在容器内的气体的压力是由大量不规则运动的气体分子与容器壁碰撞而产生的。它的大小不是由密封气体的重力决定的。
2.大气压力的原因
地球被厚厚的一层空气包围着,空气主要由氮气、氧气、二氧化碳、水蒸气和氦气、氖气、氩气等气体组成。这层空气通常被称为大气整体。它自上而下分布在地球周围,总厚度为1000公里。所有浸没在大气中的物体都受到大气的压力,就像浸没在水中的物体受到水的压力一样。
大气压力的成因可以从不同的角度来解释。课本上提到的要点是:空气受重力影响,空气是流动的,所以各个方向都有压力。更具体地说,由于地球对空气的吸引力,空气被压在地面上,它依靠地面或地面上的其他物体来支撑。这些物体和支撑大气的地面都受到大气压力的作用。单位面积的大气压力为大气压;二是可以用分子运动的观点来解释(分子运动理论的知识以后三年级会学)。因为气体是由大量不规则运动的分子组成的,而这些分子必然会不断与浸没在空气中的物体发生碰撞。每一次碰撞,空气分子都会给物体表面一个冲击力,大量空气分子不断碰撞的结果会体现在物体表面大气的压力上,从而形成大气压力。如果单位体积内有更多的分子,空气中的分子也会在同样的时间内。
运用分子运动理论的观点,可以解释为什么大气的不均匀分布会造成大气压的高低现象。
3.托里切利实验
用托里切利实验测得大气压的比值。将一根长约1m、一端封闭的玻璃管装满水银,堵住管口,然后将其倒插在水银槽中。当堵住喷嘴的手指松开时,管中的水银柱下降了一点,并停止下降。此时,管内外的水银柱高度差为760毫米。。
管内之所以会出现760mm高的水银柱,是因为大气压力的存在。根据液体压力的特点,水银槽内液体表面的压力应等于玻璃管内760毫米高的水银柱下的压力。水银槽内液体表面的压力为大气压,管内压力只能由760 mm高的水银柱产生,因此,大气压是由760 mm高的水银柱产生的。
通常常用来表示气体压力的单位有帕斯卡、毫米汞柱(毫米汞柱)、厘米汞柱(厘米汞柱)和标准大气压,它们的符号分别是pa、mmhg、cmhg和atm。
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4.气体压力和体积的关系
这里所说的气体压力不是指大气压,而是指一定质量气体的压力。
因为气体的压力本质上是由大量不规则运动的气体分子与容器壁碰撞产生的,在其他条件不变的情况下,气体体积的减小会增加气体分子与容器壁的碰撞次数,使压力增大。
温度不变时,一定质量的气体体积越小,压力越大;体积越大,压力越小。
5.沸点与大气压的关系
实验表明,所有液体的沸点在气压降低时降低,气压升高时升高,同一种液体的沸点并不固定。必须强调的是,标准大气压下水的沸点是100℃。
因为气压随着高度增加,水的沸点随着高度降低。比如水的沸点在海拔1000米的地方大概是105℃,在3公里的地方大概是97℃。在海拔8848米的珠穆朗玛峰山顶,水很难沸腾。所以高山上做饭要用密闭的高压锅。锅里的气压可以高于标准大气压,这样水的沸点就可以高于65438。
6.活塞泵的工作原理
活塞式水泵利用活塞的运动排出空气,造成内外压力差,使水上升,在气压的作用下被抽出。当活塞被压下时,进水阀关闭,排气阀打开。当活塞上升时,排气阀关闭,进水阀打开。在外界大气压力的作用下,水从进水管通过进水阀从上出水口流出。因此,活塞在气缸中上下往复运动,不断将水抽出。
7.离心水泵的工作原理
水泵启动前,泵壳内注满水,排出泵壳内的空气,使泵中心部分的压力小于外界大气压力。启动时,叶轮由电机带动高速旋转,泵壳内的水也随着叶轮高速旋转,同时被甩入出水管。此时叶轮附近的压力降低,大气压力使下部的水推动底阀,沿着进水管泵壳,进来的水被叶轮甩入出水管,如此循环往复。
活塞泵和离心泵都利用大气压力将水抽上来。因为大气压力有一定的限制,所以泵的泵送高度也有一定的限制,不超过10.3m .
8.标准大气压
大气压不仅随高度而变化,而且也不固定在一个地方。通常把1.01325×10 /5(功率)Pa的大气压称为标准大气压。相当于760毫米汞柱产生的压力。
标准大气压的值在一般计算中常取为1.01×10 /5(幂)Pa(101Pa),粗略计算也可取为10 /5(幂)Pa(65438+。
9.大气压力和高度
海拔3000米以内,每上升10米,气压下降100帕,每上升12米,气压下降1毫米汞柱。