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氣壓

氣壓是作用在單位面積上的大氣壓力,即等于單位面積上向上延伸到大氣上界的垂直空氣柱的重量。著名的馬德堡半球?qū)嶒?yàn)證明了它的存在。氣壓的國(guó)際制單位是帕斯卡,簡(jiǎn)稱帕,符號(hào)是Pa。

  1定義

  氣壓(atmosphericpressure;airpressure)

  氣體壓強(qiáng)

  在任何表面的單位面積上空氣分子運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的壓力。p=F/S

  氣壓以百帕(hPa)為單位,取一位小數(shù)。

  常用單位

  標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。

  表示氣壓的單位,習(xí)慣上常用水銀柱高度。例如,一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓等于760毫米高的水銀柱的重量,它相當(dāng)于一平方厘米面積上承受1.0336公斤重的大氣壓力。由于各國(guó)所用的重量和長(zhǎng)度單位不同,因而氣壓?jiǎn)挝灰膊唤y(tǒng)一,這不便于對(duì)全球的氣壓進(jìn)行比較分析。因此,國(guó)際上統(tǒng)一規(guī)定用"百帕"作為氣壓?jiǎn)挝?。?jīng)過換算:

  一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=1.013*10^5帕(毫巴)

  1毫米水銀(汞柱)柱高=4/3百帕(毫巴)

  1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=760mm水銀(汞柱)柱高

  2成因

  從分子動(dòng)理論可知,氣體的壓強(qiáng)是大量分子頻繁地碰撞容器壁而產(chǎn)生的。單個(gè)分子對(duì)容器壁的碰撞時(shí)間極短,作用是不連續(xù)的,但大量分子頻繁地碰撞器壁,對(duì)器壁的作用力是持續(xù)的、均勻的,這個(gè)壓力與器壁面積的比值就是壓強(qiáng)大小。

  3測(cè)量方法

  氣象上常用的測(cè)定儀器有液體(如水銀)氣壓表和固體(如金屬空盒)氣壓表兩種。氣壓記錄是由安裝在溫度少變,光線充足的氣壓室內(nèi)的氣壓表或氣壓計(jì)測(cè)量的,有定時(shí)氣壓記錄和氣壓連續(xù)記錄。人工目測(cè)的定時(shí)氣壓記錄是采用動(dòng)槽式或定槽式水銀氣壓表測(cè)量的,基本站每日觀測(cè)4次,基準(zhǔn)站每日觀測(cè)24次。氣壓連續(xù)記錄和遙測(cè)自動(dòng)觀測(cè)的定時(shí)氣壓記錄采用的是金屬?gòu)椥阅ず凶鳛楦袘?yīng)器而記錄的,可獲得任意時(shí)刻的氣壓記錄。采用這些儀器測(cè)量的是本站氣壓,根據(jù)本站拔海高度和本站氣壓、氣柱溫度等參數(shù)可以計(jì)算出海平面氣壓。

  氣壓以百帕為單位,取小數(shù)一位;有的也以毫米水銀柱高度為單位,取小數(shù)兩位。毫米與百帕的換算關(guān)系是

  1百帕=0.750069毫米(水銀柱高度)≈3/4毫米(水銀柱高度)

  1毫米=1.333224百帕≈4/3百帕

  我國(guó)的氣壓觀測(cè)在1953年及以前采用的是以毫米水銀柱高度記錄的,1954年及以后是以百帕記錄的,兩種記錄合并使用時(shí),須換算為同一種單位。

  4計(jì)算方法

  通常有平衡條件法和牛頓運(yùn)動(dòng)定律法

  (公式只是粗略計(jì)算而且有時(shí)測(cè)的值不準(zhǔn),一切都應(yīng)以實(shí)際為準(zhǔn))。

  1.在托里拆利測(cè)出了氣壓后,人們通過公式p=F/S,求出了在單位面積上的空氣有多少的質(zhì)量。再套用空氣的密度,求出體積,再除以質(zhì)量,即可知道地面至大氣圈頂部的距離。

  2.已知:氣體體積、物質(zhì)的量、絕對(duì)溫度時(shí),可用公式PV=nRT求出氣體壓強(qiáng)(其中R是常數(shù),R=8.314帕·米3/摩爾·K或R=0.0814大氣壓·升/摩爾·K)。這個(gè)公式還有變形公式pV=mRT/M、p=ρRT/M。

  3.p=p水銀gh【水銀密度*9.8*水銀柱高=標(biāo)準(zhǔn)大氣壓】

  5單位換算

  1MPa(兆帕)=1000kPa(千帕)=1000000Pa(帕斯卡)

  1bar(巴)=0.1MPa

  1atm(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)=0.1013MPa=1.013bar=760mmHg=10.33mH2O

  1kgf/cm2(工程公斤力)=0.981bar=0.0981Mpa

  1psi(Lb/in2)=0.07031kgf/cm2=0.06893bar=6.893kpa

  1MPa=145psi

  Psi(lb/in2)磅/平方英寸,常用在歐美等英語(yǔ)區(qū)國(guó)家的產(chǎn)品參數(shù)上

  通常在行業(yè)說的“公斤”是指“bar”

  6影響因素

  氣壓的大小與海拔高度、大氣溫度、大氣密度等有關(guān),一般隨高度升高按指數(shù)律遞減。氣壓有日變化和年變化。一年之中,冬季比夏季氣壓高。一天中,氣壓有一個(gè)最高值、一個(gè)最低值,分別出現(xiàn)在9~10時(shí)和15~16時(shí),還有一個(gè)次高值和一個(gè)次低值,分別出現(xiàn)在21~22時(shí)和3~4時(shí)。氣壓日變化幅度較小,一般為0.1~0.4千帕,并隨緯度增高而減小。氣壓變化與風(fēng)、天氣的好壞等關(guān)系密切,因而是重要?dú)庀笠蜃?。通常所用的氣壓?jiǎn)挝挥信?Pa)、毫米水銀柱高(mm·Hg)、毫巴(mb)。它們之間的換算關(guān)系為:100帕=1毫巴≈3/4毫米水銀柱高。氣象觀測(cè)中常用的測(cè)量氣壓的儀器有水銀氣壓表、空盒氣壓表、氣壓計(jì)。溫度為0℃時(shí)760毫米垂直水銀柱高的壓力,標(biāo)準(zhǔn)大氣壓最先由意大利科學(xué)家托里拆利測(cè)出.

  7氣壓表:

  測(cè)量氣壓的儀器,最常見的有水銀氣壓表和空盒氣壓表兩種。也是比較準(zhǔn)確的幾種儀器...

  在三個(gè)世紀(jì)以前,德國(guó)的馬德堡市曾公開做了一個(gè)實(shí)驗(yàn),市長(zhǎng),發(fā)明抽氣機(jī)的奧托.格里克將兩個(gè)直徑為37厘米的空心銅半球合起來,使之密不漏氣,然后用抽氣機(jī)把銅球里的空氣抽掉。在每個(gè)半球的環(huán)上各拴上四匹壯馬同時(shí)向相反方向拉,兩個(gè)半球無法分開。最后,用了20匹大馬,隨著一聲巨響銅球才一分為二。

  這就是著名的馬德堡半球?qū)嶒?yàn)。該實(shí)驗(yàn)說明,空氣不僅是有壓力的,而且這個(gè)壓力還很大。一個(gè)成年人的身體表面積平均為2平方米,他全身所受的大氣壓力為20萬牛頓。

  氣壓即大氣壓強(qiáng)。空氣是有重量的,氣壓是指大氣施加于單位面積上的力。所謂某地的氣壓,就是指該地單位面積垂直向上延伸到大氣層頂?shù)目諝庵目傊亓俊?/p>

  氣象上常用百帕做為氣壓的度量單位。具體是這樣規(guī)定的:把溫度為0℃、緯度為45度的海平面作為標(biāo)準(zhǔn)情況時(shí)的氣壓,稱為1個(gè)大氣壓,其值為760毫米水銀柱高,或相當(dāng)于1013.25百帕。

  8發(fā)現(xiàn)意義

  大氣具有重量,并且向我們施加壓力,這是一件非常簡(jiǎn)單并且似乎顯而易見的現(xiàn)象。然而,人們卻感覺不到。氣壓已經(jīng)成為你生活中的一部分,所以你意識(shí)不到它。早期的科學(xué)家也是這樣,他們從來都沒有考慮到空氣和大氣層有重量。

  托里拆利的發(fā)現(xiàn)是正式研究天氣和大氣的開端,讓我們開始了解大氣層,為牛頓和其他科學(xué)家研究重力奠定了基礎(chǔ)。

  這一新發(fā)現(xiàn)同時(shí)使托里拆利創(chuàng)立了真空的概念,發(fā)明了氣象研究的基本儀器——氣壓計(jì)。

  9發(fā)現(xiàn)歷程

  1640年10月的一天,萬里無云,在離佛羅倫薩集市廣場(chǎng)不遠(yuǎn)的一口井旁,意大利著名科學(xué)家伽利略在進(jìn)行抽水泵實(shí)驗(yàn)。他把軟管的一端放到井水中,然后把軟管掛在離井壁三米高的木頭橫梁上,另一端則連接到手動(dòng)的抽水泵上。抽水泵由伽利略的兩個(gè)助手拿著,一個(gè)是富商的兒子——32歲,志向遠(yuǎn)大的科學(xué)家托里拆利,另一個(gè)是意大利物理學(xué)家巴利安尼(GiovanniBaliani)。

  托里拆利和巴利安尼搖動(dòng)抽水泵的木質(zhì)把手,軟管內(nèi)的空氣慢慢被抽出,水在軟管內(nèi)慢慢上升。抽水泵把軟管吸得像扁平的飲料吸管,這時(shí)不論他們?cè)鯓佑昧u動(dòng)把手,水離井中水面的高度都不會(huì)超過9.7米。每次實(shí)驗(yàn)都是這樣。

  伽利略提出:水柱的重量以某種方式使水回到那個(gè)高度。

  1643年,托里拆利又開始研究抽水機(jī)的奧妙。根據(jù)伽利略的理論,重的液體也能達(dá)到同樣的臨界重量,高度要低得多。水銀的密度是水的13.5倍,因此,水銀柱的高度不會(huì)超過水柱高度的1/13.5,即大約30英寸。

  托里拆利把6英尺長(zhǎng)的玻璃管裝上水銀,用軟木塞塞住開口段。他把玻璃管顛倒過來,把帶有木塞的一端放進(jìn)裝有水銀的盆子中。正如他所預(yù)料的一樣,拔掉木塞后,水銀從玻璃管流進(jìn)盆子中,但并不是全部水銀都流出來。

  托里拆利測(cè)量了玻璃管中水銀柱的高度,與他料想的一樣,水銀柱的高度是30英寸。然而,他仍在懷疑這一奧秘的原因與水銀柱上面的真空有關(guān)。

  第二天,風(fēng)雨交加,雨點(diǎn)敲打著窗子,為了研究水銀上面的真空,托里拆利一遍遍地做實(shí)驗(yàn)??墒牵@一天水銀柱只上升到29英寸的高度。

  托里拆利困惑不解,他希望水銀柱上升到昨天實(shí)驗(yàn)時(shí)的高度。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)有什么不同之處呢?雨點(diǎn)不停地敲打著玻璃,他陷入沉思之中。

  一個(gè)革命性的新想法在托里拆利的腦海中閃現(xiàn)。兩次實(shí)驗(yàn)是在不同的天氣狀況下進(jìn)行的,空氣也是有重量的。抽水泵奧秘的真相不在于液體重量和它上面的真空,而在于周圍大氣的重量。

  托里拆利意識(shí)到:大氣中空氣的重量對(duì)盆子中的水銀施加壓力,這種力量把水銀壓進(jìn)了玻璃管中。玻璃管中水銀的重量與大氣向盆子中水銀施加的重量應(yīng)該是完全相等的。

  大氣重量改變時(shí),它向盆子中施加的壓力就會(huì)增大或減少,這樣就會(huì)導(dǎo)致玻璃管中水銀柱升高或下降。天氣變化必然引起大氣重量的變化。

  托里拆利發(fā)現(xiàn)了大氣壓力,找到了測(cè)量和研究大氣壓力的方法。

  10影響健康

  氣壓對(duì)人體健康的影響,根據(jù)《中國(guó)液壓、氣壓動(dòng)力機(jī)械及元件制造行業(yè)產(chǎn)銷需求與投資預(yù)測(cè)分析報(bào)告前瞻》分析,概括起來分為生理的和心理的兩個(gè)方面。

  氣壓對(duì)人體生理的影響主要是影響人體內(nèi)氧氣的供應(yīng)。人每天需要大約750毫克的氧氣,其中20%為大腦耗用,因腦需氧量最多。當(dāng)自然界氣壓下降時(shí),大氣中氧分壓、肺泡的氧分壓和動(dòng)脈血氧飽和度都隨之下降,導(dǎo)致人體發(fā)生一系列生理反應(yīng)。以從低地登到高山為例,因?yàn)闅鈮合陆?,機(jī)體為補(bǔ)償缺氧就加快呼吸及血循環(huán),出現(xiàn)呼吸急促,心率加快的現(xiàn)象。由于人體(特別是腦)缺氧,還出現(xiàn)頭暈、頭痛、惡心、嘔吐和無力等癥狀,甚至?xí)l(fā)生肺水腫和昏迷,這叫高山反應(yīng)。

  同時(shí),氣壓還會(huì)影響人體的心理變化,主要是使人產(chǎn)生壓抑情緒。例如,低氣壓下的陰雨和下雪天氣、夏季雷雨前的高溫濕悶天氣,常使人抑郁不適。而當(dāng)人感到壓抑時(shí),自律神經(jīng)(植物神經(jīng))趨向緊張,釋放腎上腺素,引起血壓上升、心跳加快、呼吸急促等。同時(shí),皮質(zhì)醇被分解出來,引起胃酸分泌增多、血管易發(fā)生梗塞、血糖值急升等。

  另外,月氣壓最低值與人口死亡高峰出現(xiàn)有密切關(guān)系。有學(xué)者研究了72個(gè)月的當(dāng)月氣壓最低值,發(fā)現(xiàn)48小時(shí)內(nèi)共出現(xiàn)死亡高峰64次,出現(xiàn)幾率高達(dá)88.9%。[1]


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