大气压产生、变化、应用

原因是地球被一层厚厚的空气所包围，空气主要由氮气、氧气、二氧化碳、水蒸气、氦气、氖气、氩气和其他气体组成。这层空气通常被称为大气。它密集分布在地球周围，总厚度为1000公里。所有浸没在大气中的物体都受到大气压力的作用，就像所有浸没在水中的物体都受到水的压力一样。大气压力的原因可以从不同的角度来解释。首先，空气受重力影响，具有流动性，所以它在各个方向都有压力。更详细地说，由于地球对空气的吸引力，地面上的气压取决于地面或地面上的其他物体来支撑它。这些支撑大气的物体和地面受到大气压力的影响。单位面积的大气压力就是大气压力。其次，它可以用分子运动的观点来解释。因为气体是由大量不规则运动的分子组成的，这些分子必须不断地与浸没在空气中的物体碰撞。每次碰撞，空气分子都会对物体表面产生冲击力。大量空气分子连续碰撞的结果反映在物体表面的大气压力上，从而形成大气压力。如果单位体积中包含的分子数量越多，同时空气分子在物体表面单位面积上碰撞的次数越多，产生的压力就越大。分子运动的观点可以用来解释为什么大气的不均匀分布会引起高低压现象。大气压力的变化应该与压力和压力的变化区别开来。大气压力(通常指大气压力和大气压力)是从宏观角度讨论的，而压力和压力是从微观角度讨论的。因此，在理解中要注意区分，不要混淆。一般来说，海拔越高，大气压力越小。温度越高，大气压力越小；空气越干燥，大气压力越大；纬度越高，大气压力越大。温度、湿度和大气压力之间的关系:湿度越高，大气压力越低。老师告诉我们:“大气压力的变化与天气密切相关。一般来说，晴天的气压比阴天高，冬天的气压比夏天高。”即使是老师也很难解释清楚这句话。作者认为这个问题可以归因于温度、湿度和大气压力之间的关系。今天，我想谈谈我的初步理解。我们通常所说的大气层是地球周围的整个空气层。它不仅含有氮、氧、二氧化碳和其他气体，还含有水蒸气和灰尘。我们称含有少量水蒸气(即低湿度)的空气为干空气，而含有较多水蒸气(即高湿度)的空气为湿空气。不要认为“干”的东西一定比“湿”的东西轻。事实上，干燥空气的分子量是28.966，而水蒸气的分子量是18.016，所以干燥空气的分子量比水蒸气的分子量大。在相同的条件下，干燥空气的密度也高于水蒸气的密度。水蒸气的密度只有干燥空气的62%左右。应该说，由于大气是在地球周围的一个开放空间中，没有特定的边界来限制它的运动范围，它不同于封闭容器中的气体。对于装有空气的封闭容器，只要容器中的气体不饱和，那么当我们向容器中输入水蒸气时，气体的压力肯定会增加。大气不是这样。当某一地区的大气湿度因自然或人为因素而增加时，该地区的“湿空气”分子(包括空气分子和水蒸气分子)必须扩散到周围地区。因此，该区域大气中的“干燥空气”含量将小于周围区域的含量，水蒸气含量将大于周围区域的含量。这就像棉籽混入大豆时混合物的密度比大豆低，所以这个地区的湿空气密度比其他地区的干空气密度低。这样，该区域每单位底部面积的空气柱的重量小于其他干燥空气区域中相同空气柱的重量，这告诉我们大气压力随着空气湿度的增加而降低。就阴天和晴天而言，事实上阴天的空气湿度高于晴天，所以阴天的气压低于晴天。我们知道气体分子的“碰撞”是气体压力的根本原因。因此，我们也可以解释大气压力随空气湿度的变化。根据气体分子运动的基本理论，气体分子的平均速度:那么气体分子的平均动量(只考虑其大小)就可以看出，平均质量大的气体分子的平均动量也大(有些文献(1)说:“干燥空气的平均速度也比潮湿空气的平均速度大”，这是不正确的)。对于相同条件下的干空气和湿空气，由于干空气中气体分子的密度和分子的平均质量大于湿空气，并且干空气分子的平均动量也大于湿空气，所以湿度较低的干空气的压力大于湿度较高的湿空气的压力。当我们加热一个装有空气的密闭容器时，它的压力肯定会增加。大气层的情况不同。当某一地区的大气温度由于某些因素而上升时，必然会导致空气体积膨胀，空气分子不可避免地扩散到周围地区。在高温下，气体分子肯定会移动得更快，这将成为推动压力增加的一个因素。然而，另一方面，随着温度的升高，气体分子将扩散到周围环境中，并且该区域中气体分子的数量将减少，从而形成促进压力降低的因素。实际情况是上述两个对立因素共同作用的结果。至于这两个因素中哪一个起主要作用，我们不妨看看大陆和海洋的大气压力随温度的实际变化。我们说夏天大陆的温度比海洋高，大陆的气压比海洋低，因为大陆的空气扩散到海洋。冬天，大陆的温度低于海洋的温度。随着海洋上的空气扩散到大陆，大陆上的气压高于海洋上的气压。因此，扩散在温度变化和分子扩散这两个因素中起着主要的决定性作用。应该指出，这里的扩散指的是空气的横向流动。因为空气的纵向流动不能改变垂直空气柱的重量(一些文献(2)描述了由于空气起伏引起的温度引起的气压变化，这是不合适的)，因此气压不能改变(由于高度变化引起的重力加速度G的影响可以完全忽略)。因为地球上的大气总量基本上是不变的。当一个区域的温度升高时，另一个区域的温度通常会随之降低，这使得高温空气有可能扩散到低温。扩散的结果通常是高温时的气压低于低温时的气压。当我们居住的北半球在夏天接收到最多的太阳热量时，南半球在冬天接收到最少的太阳热量。此时，北半球的气压低于南半球，因为北半球的空气会扩散到南半球。但是，由于大气总量基本不变，北半球的大气压力将低于标准大气压力，南半球的大气压力肯定会高于标准大气压力。同样，空气向相反方向扩散会使北半球的冬季气压高于标准气压。因此，在北半球，冬季的大气压力高于夏季。当然，大气压力的变化是非常复杂的，但仍有可能详细解释中学教科书中所说的内容。大气压一般表示为:1.01×10*5。家用压力锅的压力一般为1.7×10*5(114C)，或1.5×10*5(110C)和1.3×10*5(106C)。在不同的季节，不同的气候条件和地理位置，地球上的大气压力是不同的。本文选取了大气压力的五个主要变化进行分析和讨论，以供参考。从微观角度来看，决定气体压力的主要因素有两个:第一，气体的密度n；第二是气体的热力学温度t。在地球表面，随着地势的升高，地球对大气中气体分子的吸引力逐渐降低，空气分子的密度也随之降低。与此同时，大气的温度也降低了。因此，在地球表面，大气压力随着地形高度的增加而逐渐降低。如果大气中的空气被视为理想气体，我们可以推导出近似反映大气压力随高度变化的公式:μ=p0gh/RT (μ是空气的平均摩尔质量，P0是地球表面的大气压力值，g是地球表面的重力加速度，r是通用气体常数，t是大气热力学温度，h是气柱的高度)。从上述公式中，我们可以看出，在不考虑大气温度变化主要因素的影响下，大气压力值随地理高度h的增加呈指数下降，其函数图像如图所示。在2公里范围内，大气压力值可以近似认为随着地理高度的增加而线性减小。超过2公里，气压随着地理高度的增加而逐渐降低。因此，在过去的初中物理教科书中引入了这一概念:在海平面以上2公里以内，可以近似地认为每增加12米，大气压力就会降低1毫米汞柱。水蒸气的变化包含在地球表面大气的成分中，变化较大的是水蒸气。人们把水蒸气较多的空气称为“湿空气”，水蒸气较少的空气称为“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。干燥空气的平均分子量为28.966，而水蒸气的分子量仅为18.106，因此含有较多水蒸气的湿空气的密度低于干燥空气。也就是说，在相同的物理条件下，干燥空气的压力比潮湿空气的压力大。从赤道到两极，地球表面的地理纬度发生了变化。随着地理纬度的增加，一方面，由于地球自转和极半径的减小，地球对大气的吸引力逐渐增加，空气密度增加。另一方面，由于极地地区的温度较低，空气中的水蒸气较少，可以近似认为是干燥空气。因此，从赤道到极地地区的大气压力的一般变化规律随着地理纬度的增加而逐渐增加(由于气候等因素的影响，某些地方的大气压力值的变化可能不遵循这一规律)。同一地区气压的日变化，在一天的不同时间，地面上的气压值也会不同，这叫做气压的日变化。一天之内，地球表面的气压有最大值和最小值。最高值出现在9 ~ 10点。最低值出现在15到16小时之间。大气压力每天变化有三个主要原因。一是大气的运动；第二是大气温度的变化。第三是大气湿度的变化。日出后，地面开始积聚热量。与此同时，地面将部分热量传递给大气，大气也不断积累热量。它的温度升高，湿度增加。当温度上升时，大气逐渐向上移动并发散。在下午15 ~ 16时，大气向上和发散运动的速度达到最大，大气湿度也达到最大。由于这两个因素的影响，一天中这个时候的气压是最低的。1600小时后，大气温度逐渐降低，湿度降低，向上辐散运动减弱，大气压力开始上升。进入黑夜；随着大气变冷，它开始汇聚并向地面降落。从上午9点到10点，大气的辐合和降落将被压缩到最大程度，空气密度将达到最大。这时，大气压力是一天中的最高值。同一地区的大气压力每年都不同，一年中的不同时间大气压力也不同。这被称为大气压力的年度变化。大气压力的年变化可分为三种类型:大陆型、海洋型和高山型。其中，海洋型大气压力的年变化与大陆型大气压力的年变化正好相反。一般来说，“冬季大气压力高于夏季”是指大陆大气压力的年变化。下面是一个简要的分析(其他两个案例将不讨论)。因为大气在地球周围的开放空间中，没有特定的边界，它不同于封闭容器中的气体。夏天，大陆的温度比海洋高，大气的湿度也比冬天高。结果，大陆上的空气不断扩散到海洋，导致其压力下降。冬季，大陆的气温低于海洋，大陆的空气湿度也低于夏季，因此海洋空气向大陆扩散，增加了大陆的气压。这就是为什么大陆冬季的大气压力比夏季高的原因(大气温度也是影响大气压力的一个因素，但这里决定大气压力变化的因素不是空气温度，而是大气流量和大气密度)。大气压力随气候而变化，但最典型的是晴天和阴天的大气压力变化。有一句谚语叫做“晴天气压比阴天高”，它反映了气压的这种变化规律。在正常情况下，地面不断向大气辐射长波有效辐射，而大气也不断向地面辐射回来。在晴天，地面的热量可以通过对流空气层的有效辐射和向上发散运动更顺利地输送到外面。阴天，云减少对流层大气的向外发散。云对表面和液体层热量保存的影响被称为“温室效应”。这样，多云地区的大气膨胀更加严重，导致多云地区的大气横向向外扩散，从而降低了空气的密度。同时，多云地区的大气湿度相对较高，这也降低了大气密度。由于这两个因素的影响，阴天的气压低于晴天。应用1。真空吸盘(它可以压在墙上，并根据外部大气压力挂东西)2。拔火罐头疗法(中医有一种玻璃罐，加热时会迅速压在人体的某个部位。罐子里的空气冷却后，会被外部大气压力压在皮肤上。这时，用力拉出玻璃罐会吸入人体内有害的有毒血液，有利于恢复健康)。什么测试证明大气压力存在？实验1:模拟马德堡半球实验。两个皮碗被挤到嘴里，然后用双手拉出。人们发现将它们分开需要很大的力量。马德堡半球实验和模拟实验的共同点是，金属球和杯子中的空气被抽出或挤出，以降低金属球和杯子中的空气压力，而外部大气压力将它们紧紧地压在一起，需要很大的力才能将它们拉开，这有力地证明了大气压力的存在。实验二:“把鸡蛋吞进瓶子里”实验。用带壳的煮鸡蛋堵住广口瓶。实验前，用手轻敲，不要将鸡蛋完全压入罐子。然后把点燃的棉球扔进一个装满细沙的瓶子里(防止瓶底开裂)，迅速将煮好的鸡蛋塞到瓶口，当火熄灭后，观察鸡蛋“砰”的一声落入瓶中。在上面的实验中，瓶内的空气压力由于棉花燃烧而增加，并且空气压力由于骤冷而迅速降低。当瓶内压力小于瓶外大气压时，鸡蛋在大气压的作用下被压入瓶中。实验3:“杯盖实验”杯子里装满了水。用硬纸盖住玻璃嘴，用手按住它，把它翻过来。放手后，整杯水被纸支撑着，纸不会掉下来。实验玻璃充满了水和排出的空气。玻璃中的水对纸张的向下压力小于大气对纸张的向上压力，因此纸张不会脱落。分析以上三个实验，不难理解大气压的问题。更深入的研究:“把鸡蛋吞在瓶子里”表明大气有垂直向下的压力，“盖杯实验”表明大气有向上的压力。因此，它显示了大气压力的特征:大气在各个方向都有压力。