大气压的变化

大气压的日变化
对于同一地区，在一天之内的不同时间，地面的大气 压值也会有所不同，这叫大气压的日变化。一天中，地球 表面的大气压有一个最高值和一个最低值。最高值出现在 9～10时。最低值出现在15～16时。 导致大气压日变化的原因主要有三点。一是大气的运 动；二是大气温度的变化；三是大气湿度的变化。 日出以后，地面开始积累热量，同时地面将部分热量 输送给大气，大气也不断地积累热量，其温度升高湿度增 大。当温度升高后，大气逐渐向高空做上升辐散运动，在 下午15～16时，大气上升辐散运动的速度达最大值，同时 大气的湿度也达较大值，由于此二因素的影响，导致一天 中此时的大气压最低。16时以后，大气温度逐渐降低，其 湿度减小，向上的辐散运动减弱，大气压值开始升高；进 入夜晚；大气变冷开始向地面辐合下降，在上午9～10时， 大气辐合下降压缩到最大程度，空气密度最大，此时的大 气压是一天中的最高值。
还有一种解释认为分子引力在起作用。众所周知，流体本身最显著的特点之一就是 它的流动性。之所以流动正是因为构成流体的分子结构松驰，相互引力很小，才使得 整体无固定形状，因此依靠引力来平衡自身的重量是不可能的，更何况杯内水柱上表 面没有受到任何向上的拉力。 在用有机玻璃板作实验时，板面光滑平整，与杯口接触严紧，按紧倒置过程中水一 般不会外流，若封存空气在1／10容积以内，倒置后一般能实现平衡。但仔细观察，玻 璃板与杯口之间总会出现较小的离缝。若用手从下向上顶玻璃板，可感觉到狭缝的存 在，这说明杯内水柱已下移，上部气体密度已减小，由于大气压相当于10米高水柱产 生的压强，而杯水一般不足0.1米高，故上部空气密度只需减小1%就能维持水和托板不 落。 有人会说：既然托板和杯口可以离缝，若杯内空气封存得多，离缝大些不就照样 实现平衡了吗？不行，离缝的大小还受到表面张力的制约。杯口与托板间的离缝呈如 图形态。狭缝过大，水的表面层曲率减小，内向收缩力减小，水就可能破面而出。因 此，只要控制倒置过程水不外流，要实验成功，杯内封存在的空气就不能太多。 用三合板、旧唱片、纸箱板等作实验，由于杯口与板接触不太严紧，加之这些材料与 水的浸润作用良好，在倒置过程中往往有少量水外流，这样就造成杯内气体压强的较 大减小，出现1／3杯水倒置后仍不外流的现象。用上述材料作实验还可以发现，水与 板的浸润性越好，实验越容易成功。尤其是纸箱板，自身的渗水作用就足以使1／3杯 水实现平衡倒置。当然，在这种情况，如果水的外流很少，仍会出现离缝来调整杯内 气体的压强。 用软质薄片作实验，手在按着薄片倒置过程中已使薄片向杯内凸入，倒置后随着杯 口上下压力平衡的需要，它会自动调节凹凸程度实现平衡，它的调整范围远大于硬质 托片，封存气体的能力最大。 上一页 返回
大气压随气候的变化
宿舍里的小实验
• 覆杯实验（薄纸 硬纸板 塑料板）
• 笔管提水
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塑料板
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世界之闻名实验
马德堡半球实验 托里拆利 实验
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马德堡半球实验
著名的马德堡半球实验生动而有力地证明了大气压强的存在，使人 们认识了大气压的强悍：1654年5月8日，在德国的马德堡市发生了一件 新闻：德国国王和贵族们都赶来观看一个实验，主持这个实验的是这座 城市的市长奥托•格利克，他是一位热心科学实验的科学家。得知托里拆 利实验后，也放下公务，做起了科学实验。 格利克定做了两个直径约37厘米的空心铜半球，这两个半球做得很 精密，把两半对好合起来可以不漏气。格利克在一个半球上装一了一个 活门，从这里可以接上抽气筒，把球里的空气抽出来。把活门关好，外 面的空气不能进入球里，可以保持球里为真空。格利克在每个半球的拉 环上拴了8匹马，叫它们向相反的方向拉两个半球，赶马人用鞭子驱赶着 马，16匹马拉得十分用力，然而两个半球仍旧紧紧地合在一起，没有拉 开。 拉呀，拉呀，突然“啪”一声巨响，好像放炮一样，16匹马终于把 两个半球拉开了。
大ห้องสมุดไป่ตู้压随地势高低的变化
大气压随地理纬度的变化
地球表面大气层里的成份，变化比较大的就是水汽。人 们把含水汽比较多的空气叫“湿空气”，把含水汽较少的 空气叫“干空气”。有些人直觉地认为湿空气比干空气重， 这是不正确的。干空气的平均分子量为28.966，而水气的 分子量只有18.106，所以含有较多水汽的湿空气的密度要 比干空气小。即在相同的物理条件下，干空气的压强比湿 空气的压强大。 在地球表面，由赤道到两极，随地理纬度的增加，一方 面由于地球的自转和极地半径的减小，地球对大气的吸引 力逐渐增大，空气密度增大；另一方面由于两极地区温度 较低，所以空气中的水汽较少，可近似看成干空气，所以 由赤道向两极，随地理纬度增加，大气压总的变化规律是 逐渐增大(因气候等因素影响，局部某处的大气压值变化 可能不遵循这一规律)。
科学与我们零距离
人体与大气压 大气压的五种变化 生活中的大气压
世界之闻名实验
宿舍里的小实验 图纸演示实验 我们的研究
大气压的五种变化



大气压随地势高低的变化 大气压随地理纬度的变化 大气压的日变化 大气压的年变化 大气压随气候的变化
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从微观角度看，决定气体压强大小的因素主要有两点：一是气体的密度 n；二是气体的热力学温度T。在地球表面随地势的升高，地球对大气层气 体分子的引力逐渐减小，空气分子的密度减小；同时大气的温度也降低。 所以在地球表面，随地势高度的增加，大气压的数值是逐渐减小的。如果 把大气层的空气看成理想气体，我们可以推得近似反映大气压随高度而变 化的公式如下： p=p0exp(μ-gh／RT) (μ为空气的平均摩尔质量，P0为地球表面处的大气压值，g为地球表面处 的重力加速度，R为普适气体恒量，T为大气热力学温度，h为气柱高度) 由上式我们可以看出，在不考虑大气温度变化这一次要因素的影响时，大 气压值随地理高度h的增加按 指数规律减小，其函数图象如图所示。在2km 以内，大气压值可近似认为随地理高度的增加而线性减小；在2km以外，大 气压值随地理高度的增加而减小渐缓。所以过去在初中物理教材中有介绍： 在海拔2千米以内，可以近似地认为每升高12米，大气压降低1毫米汞柱。
水杯倒置实验的研究
• 满杯水实验情况
• 半杯本实验情况 • 对“半杯水”倒置托片不落现象的种种解
释
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满杯水实验情况
取一满杯水，分别用不同薄片覆盖杯口，观察水杯倒置后的情况。 用有机玻璃板、塑料板、三合板、旧唱片、纸箱板等硬质薄板， 细心操作，倒置后薄片不掉、水不洒，实验现象正常。 将有机玻璃板用机油均匀擦涂(这样水与有机玻璃板不再浸润)， 重作上述实验，仍能成功。 用厚塑料纸、薄塑料纸、布、厚纸片、薄纸片等软质薄片覆盖杯 口，倒置后薄片不掉，但稍后，薄塑料纸、布、薄纸片被水杯吸入上 方，水沿杯子边缘外流洒落。 上述实验说明，满杯水时，无论选用何种薄片，实验都能作成， 但使用薄塑料纸、布、薄纸片现象不稳定，容易被水杯抽入，这主要 是因为它们本身强度小，倒置后杯口稍有水外流，上部压强减小，纸 片局部略有上移即被吸入杯内，随之水全部洒出。 返回
大气压的年变化
同一地区，在一年之中的不同时间其大气压的值也有所 不同。这叫大气压的年变化。大气压的年变化，具体又分为三种 类型，即大陆型、海洋型和高山型。其中海洋型大气压的年变化 刚好与大陆型的相反。通常所说的“冬天的大气压比夏天高”， 指的就是大陆型大气压的年变化规律。下面对此略做分析(另外 两种情况不做讨论)。 由于大气处于地球周围一个开放没有具体疆界的空间之内， 这就使它与密闭容器中的气体有着很多区别。夏天，大陆中的气 温比海洋上高，大气的湿度也比较大(相对冬天而言)，这样大陆 上的空气不断向海洋上扩散，导致其压强减小。到了冬天，大陆 上气温比海洋上低，大陆上的空气湿度也较夏天小，这样海洋上 的空气就向大陆上扩散，使大陆上的气压升高。这就是大陆上冬 天的大气压比夏天高的原因(大气温度也是影响大气压的一个因 素，但在这里决定大气压变化的因素不是气温，而是大气的流动 及大气的密度)。
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对“半杯水”倒置托片不落现象的种种解释
一种解释认为，托板受到上下两方面的压力，托板下部由该处大气压强 提供，上部除了气体产生的压强之外，另有水柱产生的压强，因此，上面的 压强大于下面的压强。托板不落是因为托板还受到水向上的粘滞力的作用及 四周表面张力的作用。 关于粘滞力的作用，它只能通过与器壁接触层才能起作用，设水杯呈圆 柱形．高约0.12m，内径约0.06m。就1／2杯水来分析，器壁与接触层相互间 的粘滞力为： f=η s＝η · Dh π =(1.14×10-2)×(3.14×0.06×0.12／2) ≈1.9×10-4(牛) 这个力仅相当于0.0l9g水的重量，而半杯水大约有160g。显然粘滞力的 影响微不足道。至于表面张力，它的作用只能通过杯口才能发挥，暂且不谈 水与杯口吸附力的制约。单就表面张力而言，它能提供的向上的最大合力为： F=al=aπ D =(73×10-3)×3.14×0.06 ≈1.4×10-2(牛) 这个力连托片自身也难以维持。可见，把托板不落归结为粘滞力和表面 张力是站不住脚的。其实，这个问题我们完全可以不去计算而直接推理判断 它的正误。设想如果维持半杯水不落的原因是粘滞力和表面张力的作用，那 么，水杯倒置后拿开托片，水也不会从杯内骤然洒落，这显然与事实不符。 返回 下一页
由此思考……
由马德堡半球想到：
格利克把两个半球仍旧合上，并抽出球里的空气。换一个实验 方法：把活门打开？让外面的空气进入球里。这时，只要用两只 手就能很容易地把两个半球拉开，不费什么力气。 这就是说，当钢球内成为真空的时候，每个半球上受到的大 气压力相当于8匹马的拉力那么大。马德堡半球实验生动而有力 地证明了大气压强的存在，显示了大气压强是很大的。 用这个实验还可以解释为什么人没有被大气压力压扁的问题。 从实验可以看出，当球里面成为真空的时候，巨大的大气压力才 表现出来；而当把活门打开，球内外相通，球里充满空气时，里 面气体的压强和外边的大气压强相同，它们就相互抵消了。人体 内部同样是充满空气的，人体内部的压强跟外部的大气压强相等， 互相平衡，所以人不觉得受到巨大的大气压力。 马德堡半球实验展现了大气压的强悍，按照托里拆利的计算， 大气对物体的压力，1平方厘米大约1千克的重力。一般人的身体 表面积约2平方米，因此我们每时每刻承受着大气2万千克的压力。 2万千克？那我们岂不是被压成了肉饼！不要担心，我们与马德 堡半球还是有区别的，它的内部是真空的，而我们的身体里含有 空气。“不识庐山真面目，只缘身在此山中”，感觉不到大气的 沉重，是因为我们的身体被大气所包含、所渗透。 返回