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大气压

时间:2019-09-28    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

大气压


  

有句成语这样说:“重如泰山,轻如鸿毛”。泰山之重是显而易见的,

有比鸿毛还轻的东西吗?有!那就是空气。现在知道,水的密度是 1,做羽

绒衣的羽绒的密度大约是 0.23,而空气的密度却只有 0.0128 左右。空气实

在太轻了,在许多场合下它的存在都被人们忽略不计了。

最早注意到空气有重量的是意大利的物理学家伽利略。他将一个空瓶(当

然里面有正常气压的空气)密封起来,放在天平上与一堆砂子平衡。然后,

他设法用打气筒向那个瓶子打进更多的空气,并再次密封。当伽利略把这只

瓶子再放回到天平上时,这时的瓶子比那堆砂要重一点,只有再往砂堆里加

添一两颗小砂子,天平才会平衡。伽利略推断,瓶子重量增加是由于里面的

空气增多了的缘故,因此,空气是有重量的。虽然伽利略科学地测定空气是

有重量的,但他却无法解释“大自然讨厌真空”这个老问题。

罗马时代以来,人们就注意到一个现象:用来输送水的水管,当它们跨

越高度在 10 米以上的山坡时,水就输不上去了。在超过 10 米深的井里,抽

水泵便不起作用了。人们早就知道只要把水管里的空气抽掉,造成一个真空,

那么水就会沿着水管往上流。他们无法解释水为什么会往上流,而不是通常

那样“水往低处流”,就借用古希腊学者亚里士多德的名言“大自然讨厌真

空”来解释。粗一想也对,大自然是不让真空存在的,一旦真空出现就让水

来填补,于是水就被抽上来了。真空出现到哪里,水就跟到哪里。可是,为

什么水到了 10 米高的地方就再也上不去了呢?尽管 11 米、12 米处也存在真

空。对此,伽利略只能解释说是大自然的那种“厌恶”是有限度的,到了 10

米以上的真空,它就不厌恶了,因而水就再也抽不上去了。“智者千虑必有

一失”,伽利略对抽水问题的解释过于牵强附会,使他没有触及到问题的实

质。

伽利略的学生托里拆利把老师的思想推进了一大步。他认为,既然空气

有重量就会产生压力,就像水有重量会产生压力和浮力一样。正是空气的压

力把水从管子里往上压,压到 10 米的高度时,水柱的重量正好等于空气的压

力,水再也压不上去了。为了证实这一点,托里拆利设计了一个实验并让自

己的助手维维安尼帮助去做。

要用 10 米高的水管做实验是很不方便的,因为它有三四层楼那么高,怎

样观测呢?托里拆利聪明地利用比水重 13.6 倍的水银来作试验。他叫人制作

了一根 1 米长的玻璃管,一端封闭,一端开口。维维安尼将水银灌满管子,

然后用手指堵住开口的一端,将管子颠倒过来使开口的一端朝下,再放进一

个盛满水银的陶瓷槽里。当他松开按住管子的手指时,管里的水银很快下降,

当水银降到距槽里的水银面 76 厘米高度时,就不再降低了。换算一下就可以

得到,76 厘米高的水银柱产生的压强,正好等于 10 米水柱产生的压强。这

个实验形象地显示出,水银槽里水银表面所受到的大气压强,刚好等于 76

厘米高的水银柱所产生的压强。托里拆利设计的这个实验装置,成了世界上

第一个测量大气压强的气压计。后来,气象报告中的气压单位也曾沿用多少

厘米(或毫米)水银柱高来表示。

大气有压力这是肯定的,这压力究竟有多大?这方面最为生动的例子发

生在德国。1645 年的一天,德国东南部的雷根斯城轰动了:皇帝大驾光临,

百姓倾城出动,为的是观看一个名叫盖利克的人表演。

广场上站立着 16 匹雄壮的骏马,分成左右两队,每队各 8 匹马。它们彼


此背向排列,用铁链和绳索牵引着一个直径为 25 厘米的青铜真空球。这只球

是盖利克事先在当地铁匠铺定做的,它由两个半球合拢而成,两个半球的边

缘做得十分平整,因此能紧密地合在一起而不会漏气。表演一开始,盖利克

先用抽气机将铜球内的空气抽光,然后他下命令给两边的马夫。只听“啪”

“啪”两声鞭响,左右两边的马夫拼命往前赶马,谁知这些骏马虽然使足了

力气往前拉,就是拉不开那由两个半球合在一起的青铜球。

皇帝和百姓们都看呆了。盖利克向大家解释说“这里面没有什么魔力,

主要是铜球表面所受到的大气压力把它们紧紧压在一起。不信的话,把空气

再放回到铜球里面去,使两边的压力相等,就很容易把钢球打开了。”说着,

他用双手左右一拉,铜球确实轻易地打开了。

多么神奇的大气压!

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