压力下的空气

压力下的空气

通过纸条向内合拢，杯子“粘”在气球上，水不从倒置的杯中流出来等现象，来研究空气的压力。

材料：纸；剪刀；气球；纸的、塑料的或泡沫的杯子；玻璃杯；一块纸板或硬纸片（约15厘米×15厘米）；水。

步骤：

1.纸条：剪两个22厘米×3厘米的纸条，每手拿一张纸条，使其相对地放到嘴前，纸条间距约12厘米。向两个纸条间平缓地吹气，会出现什么现象？为什么会这样呢？

2.气球和杯子：把一个气球吹到其最大体积的1／3大。拿两个纸的、塑料的或泡沫的杯子贴到气球上，然后继续把气球吹大，你能往一个气球上贴多少个杯子？

3.颠倒的玻璃杯：把一个水杯的约3／4倒满水。把杯子的边缘润湿，在上面放一块纸板。压住纸板，使其紧贴杯口（注意不要让纸板和杯子之间产生气泡），再把杯子倒过来，轻轻松开压纸板的手，要试几次才能使水不流出来？如果把杯子倾斜，会发生什么情况呢？

话题：空气　飞行

空气的压力对天气变化有很大影响，气压时常发生轻微、暂时的变化。例如：当某一地区的气温下降时，空气分子便会聚集到一块，使当地的气压升高；当气温回升时，空气分子便散开，气压又会降低，这些细微的变化通常不会使天气发生大的改变。由大的低、高气压区的运动而引起的大的气压变化，则会使晴天变成雨天。

在纸条实验中，向两张纸条间吹气会降低它们中间的气压（流动的空气比静止的空气气压低），周围的高气压会使纸片向一起合拢。在气球与杯子的活动中，杯外气压比杯内的气压高，因此杯子被“推到”气球上，并能“粘住”。在颠倒的杯子活动中，水不流出杯子是因为外面空气对纸杯施加的压力比水对纸杯施加的压力大。

教你一招

气压是作用在单位面积上的大气压力，即等于单位面积上向上延伸到大气上界的垂直空气柱的重量。著名的马德堡半球实验证明了它的存在。气压的国际制单位是帕斯卡，简称帕，符号是Pa。

气体压强的定义：在任何表面的单位面积上空气分子运动所产生的压力。公式为：p=F/S。气压以百帕（hPa）为单位，取一位小数。

标准大气压，表示气压的单位，习惯上常用水银柱高度。例如，一个标准大气压等于760毫米高的水银柱的重量，它相当于一平方厘米面积上承受1.0336公斤重的大气压力。由于各国所用的重量和长度单位不同，因而气压单位也不统一，这不便于对全球的气压进行比较分析。因此，国际上统一规定用“百帕”作为气压单位。经过换算：

一个标准大气压=1.013*10^5帕（毫巴）

1毫米水银（汞柱）柱高=4/3百帕（毫巴）

1个标准大气压=760mm水银（汞柱）柱高

从分子动理论可知，气体的压强是大量分子频繁地碰撞容器壁而产生的。单个分子对容器壁的碰撞时间极短，作用是不连续的，但大量分子频繁地碰撞器壁，对器壁的作用力是持续的、均匀的，这个压力与器壁面积的比值就是压强大小。

气压的测量方法

气象上常用的测定仪器有液体（如水银）气压表和固体（如金属空盒）气压表两种。气压记录是由安装在温度少变，光线充足的气压室内的气压表或气压计测量的，有定时气压记录和气压连续记录。人工目测的定时气压记录是采用动槽式或定槽式水银气压表测量的，基本站每日观测4次，基准站每日观测24次。气压连续记录和遥测自动观测的定时气压记录采用的是金属弹性膜盒作为感应器而记录的，可获得任意时刻的气压记录。采用这些仪器测量的是本站气压，根据本站拔海高度和本站气压、气柱温度等参数可以计算出海平面气压。

气压以百帕为单位，取小数一位；有的也以毫米水银柱高度为单位，取小数两位。毫米与百帕的换算关系是：

1百帕=0.750069毫米（水银柱高度）≈3/4毫米（水银柱高度）

1毫米=1.333224百帕≈4/3百帕

我国的气压观测在1953年及以前采用的是以毫米水银柱高度记录的，1954年及以后是以百帕记录的，两种记录合并使用时，须换算为同一种单位。

气压的计算方法

通常有平衡条件法和牛顿运动定律法

（公式只是粗略计算而且有时测的值不准，一切都应以实际为准）。

1.在托里拆利测出了气压后，人们通过公式p=F/S，求出了在单位面积上的空气有多少的质量。再套用空气的密度，求出体积，再除以质量，即可知道地面至大气圈顶部的距离。

2.已知：气体体积、物质的量、绝对温度时，可用公式PV=nRT求出气体压强（其中R是常数，R=8.314帕·米3/摩尔·K或R=0.0814大气压·升/摩尔·K）。这个公式还有变形公式：

pV=mRT/M

p=R T/M。

3.p=p水银gh【水银密度*9.8*水银柱高=标准大气压】

单位换算：

1M Pa（兆帕）=1000kPa（千帕）

　　　　　　 =1000000Pa（帕斯卡）

1bar（巴）=0.1M Pa

1atm（标准大气压）=0.1013M Pa

　　　　　　　　　=1.013bar

　　　　　　　　　=760mmHg

　　　　　　　　　=10.33mH2O

1kgf/cm2（工程公斤力）=0.981bar=0.0981M pa

1psi（Lb/in2）=0.07031kgf/cm2

　　　　　　　=0.06893 bar

　　　　　　　=6.893kpa

1M Pa=145psi

Psi（lb/in2）磅/平方英寸，常用在欧美等英语区国家的产品参数上，通常在行业说的“公斤”是指“bar”。

影响压强的因素

气压的大小与海拔高度、大气温度、大气密度等有关，一般随高度升高按指数律递减。气压有日变化和年变化。一年之中，冬季比夏季气压高。一天中，气压有一个最高值、一个最低值，分别出现在9—10时和15—16时，还有一个次高值和一个次低值，分别出现在21—22时和3—4时。气压日变化幅度较小，一般为0.1—0.4千帕，并随纬度增高而减小。气压变化与风、天气的好坏等关系密切，因而是重要气象因子。通常所用的气压单位有帕（Pa）、毫米水银柱高（mm·Hg）、毫巴（mb）。它们之间的换算关系为：100帕=1毫巴≈3/ 4毫米水银柱高。气象观测中常用的测量气压的仪器有水银气压表、空盒气压表、气压计。温度为0℃时760毫米垂直水银柱高的压力，标准大气压最先由意大利科学家托里拆利测出。

1640年10月的一天，万里无云，在离佛罗伦萨集市广场不远的一口井旁，意大利著名科学家伽利略在进行抽水泵实验。他把软管的一端放到井水中，然后把软管挂在离井壁三米高的木头横梁上，另一端则连接到手动的抽水泵上。抽水泵由伽利略的两个助手拿着，一个是富商的儿子——32岁，志向远大的科学家托里拆利，另一个是意大利物理学家巴利安尼（GiovanniBaliani）。

托里拆利和巴利安尼摇动抽水泵的木质把手，软管内的空气慢慢被抽出，水在软管内慢慢上升。抽水泵把软管吸得像扁平的饮料吸管，这是不论他们怎样用力摇动把手，水离井中水面的高度都不会超过9.7米。每次实验都是这样。

伽利略提出：水柱的重量以某种方式使水回到那个高度。

1643年，托里拆利又开始研究抽水机的奥妙。根据伽利略的理论，重的液体也能达到同样的临界重量，高度要低得多。水银的密度是水的13.5倍，因此，水银柱的高度不会超过水柱高度的1/13.5，即大约30英寸。

托里拆利把6英尺长的玻璃管装上水银，用软木塞塞住开口段。他把玻璃管颠倒过来，把带有木塞的一端放进装有水银的盆子中。正如他所预料的一样，拔掉木塞后，水银从玻璃管流进盆子中，但并不是全部水银都流出来。

托里拆利测量了玻璃管中水银柱的高度，与他料想的一样，水银柱的高度是30英寸。然而，他仍在怀疑这一奥秘的原因与水银柱上面的真空有关。

第二天，风雨交加，雨点敲打着窗子，为了研究水银上面的真空，托里拆利一遍遍地做实验。可是，这一天水银柱只上升到29英寸的高度。

托里拆利困惑不解，他希望水银柱上升到昨天实验时的高度。两个实验有什么不同之处呢？雨点不停地敲打着玻璃，他陷入沉思之中。

一个革命性的新想法在托里拆利的脑海中闪现。两次实验是在不同的天气状况下进行的，空气也是有重量的。抽水泵奥秘的真相不在于液体重量和它上面的真空，而在于周围大气的重量。

托里拆利意识到：大气中空气的重量对盆子中的水银施加压力，这种力量把水银压进了玻璃管中。玻璃管中水银的重量与大气向盆子中水银施加的重量应该是完全相等的。

大气重量改变时，它向盆子中施加的压力就会增大或减少，这样就会导致玻璃管中水银柱升高或下降。天气变化必然引起大气重量的变化。

托里拆利发现了大气压力，找到了测量和研究大气压力的方法。

测量气压的仪器，最常见的有水银气压表和空盒气压表两种。也是比较准确的几种仪器。

在三个世纪以前，德国的马德堡市曾公开做了一个实验，市长，发明抽气机的奥托·格里克将两个直径为37厘米的空心铜半球合起来，使之密不漏气，然后用抽气机把铜球里的空气抽掉。在每个半球的环上各拴上四匹壮马同时向相反方向拉，两个半球无法分开。最后，用了20匹大马，随着一声巨响铜球才一分为二。

这就是著名的马德堡半球实验。该实验说明，空气不仅是有压力的，而且这个压力还很大。一个成年人的身体表面积平均为2平方米，他全身所受的大气压力为20万牛顿。

气压即大气压强。空气是有重量的，气压是指大气施加于单位面积上的力。所谓某地的气压，就是指该地单位面积垂直向上延伸到大气层顶的空气柱的总重量。

气象上常用百帕做为气压的度量单位。具体是这样规定的：把温度为0℃、纬度为45度的海平面作为标准情况时的气压，称为1个大气压，其值为760毫米水银柱高，或相当于1013.25百帕。

大气具有重量，并且向我们施加压力，这是一件非常简单并且似乎显而易见的现象。然而，人们却感觉不到。气压已经成为你生活中的一部分，所以你意识不到它。早期的科学家也是这样，他们从来都没有考虑到空气和大气层有重量。

托里拆利的发现是正式研究天气和大气的开端，让我们开始了解大气层，为牛顿和其他科学家研究重力奠定了基础。

这一新发现同时使托里拆利创立了真空的概念，发明了气象研究的基本仪器——气压计。

气压对健康的影响

气压对人体健康的影响，概括起来分为生理的和心理的两个方面。

气压对人体生理的影响主要是影响人体内氧气的供应。人每天需要大约750毫克的氧气，其中20%为大脑耗用，因脑需氧量最多。当自然界气压下降时，大气中氧分压、肺泡的氧分压和动脉血氧饱和度都随之下降，导致人体发生一系列生理反应。以从低地登到高山为例，因为气压下降，机体为补偿缺氧就加快呼吸及血循环，出现呼吸急促，心率加快的现象。由于人体（特别是脑）缺氧，还出现头晕、头痛、恶心、呕吐和无力等症状，甚至会发生肺水肿和昏迷，这叫高山反应。

同时，气压还会影响人体的心理变化，主要是使人产生压抑情绪。例如，低气压下的阴雨和下雪天气、夏季雷雨前的高温湿闷天气，常使人抑郁不适。而当人感到压抑时，自律神经（植物神经）趋向紧张，释放肾上腺素，引起血压上升、心跳加快、呼吸急促等。同时，皮质醇被分解出来，引起胃酸分泌增多、血管易发生梗塞、血糖值急升等。

另外，月气压最低值与人口死亡高峰出现有密切关系。有学者研究了72个月的当月气压最低值，发现48小时内共出现死亡高峰64次，出现几率高达88.9%。