大气压力

物理学名词

大气压力（atmospheric pressure）是地球表面覆盖有一层厚厚的由空气组成的大气层，在大气层中的物体，都要受到空气分子撞击产生的压力。

发现历程

亚里士多德的自然不存在真空原理数世纪以来一直被用来说明这样一个事实：要想放空一桶酒，就必须同时在顶部和底部开口。因为自然不允许在桶中产生真空，除非空气从顶部进入酒桶，否则酒就不会从底部流出。长期以来，人们一直认为这一原理在包括真空的所有场合中都成立。但在16世纪，人们发现这样一个事实，如果将用来从矿井中抽水的真空泵放在高于水平面30英尺的位置，泵就不能工作，这导致人们开始思考对酒桶成立的自然没有真空这一原理对泵是否有某些限制。

1630年，热那亚的乔瓦尼·巴利阿尼在虹吸管上发现了一个相似的局限性。当他试图从一个超过60英尺高的蓄水池中吸水的时候，发现虹吸管无法工作。当虹吸管完全充满水后，从两端取掉塞子，似乎在吸管的顶部产生了真空。

1641年左右，罗马的加斯帕罗·伯提在得知了这些发现后，试图以更科学的方法确定是否可以创造真空。为此，他设计了一个装置，该装置由附有大约40英尺长管子的球形玻璃容器构成。伯提将装置垂直贴附于塔边，在关闭位于较低位置的管子末端阀门后，便将水从位于较高位置的玻璃容器顶端开口大量注入。当管子和玻璃容器被完全注满后，将容器的顶端开口密封，并开启末端的阀门，水立即从管子底部喷涌而出，从而在玻璃容器中形成了真空。这个试验使多年的问题变得明确：如果大自然不存在真空，怎么会容许在玻璃容器中制造一个真空呢？而且，当重复做这个试验的时候，为什么水总会下降到管子中同样的位置？

正在做伽利略助手的埃万杰利斯塔·托里拆利，在佛罗伦萨得知了伯提的试验结果。伽利略认为真空的力量支撑了管子中的水，在1642年伽利略逝世之后，托里拆利提出了自己的假说，即大气压力支撑了管子中的水。他是这样推理的：我们居住在大气海洋的底部，空气压力支撑推动管子底部的水达到某一特定的高度。他认为：当管子中剩余水的重量等于上部空气向下推的重量时，达到平衡点。从这个假说出发，托里拆利得出几个推论：一个是大气压力在一个密封顶部的管中可以支撑起大约29英寸高的水银柱。这一结论的得出源于大气压可以支撑33英尺高的水柱，而水银的密度又是水的密度的13.6倍。这样，33/13.6×12英寸=29英寸。第二个推论是这样一个注满水银的管可以用来测量大气压的变化。正是这个推论最终使托里拆利获得了提出气压计理论的荣誉。最后，托里拆利推断：如果将这样的装置放在诸如山顶等空气稀薄的地方，水银柱的高度会下降。

1647年，法国哲学家布莱兹·帕斯卡承担了托里拆利第三个推论的验证工作。在得知托里拆利的气压计试验的消息后，帕斯卡自己制造了一个气压计，他坚信托里拆利假说的正确性。为了证明该理论的正确性，即与真空原理相悖，他请求他的姐夫帕瑞将一个气压计运送到法国奥弗涅（地区）最高山之一的多姆山顶部。一年后，帕瑞答应了这一请求，他在山脚下的隐修院里装配了两个气压计开始试验。当观察到两个水银柱上升到了相同的高度后，帕瑞拆卸下一个气压计，并吩咐一个修士全天监测另一个气压计的水银高度。然后，帕瑞带着卸下来的气压计，和一组见证人一起动身向山上进发。一登上山顶，他就装配了这台气压计。大家惊奇地发现，此时的水银面比山脚下的要低3英寸多。第二次测试时，他卸下了气压计并分别重新安装到山顶五个不同点，每一次的结果都完全相同。

下山的路走到一半时，帕瑞再一次装配了气压计。他发现水银面大约处于在山顶和山底时的水银面之间。最后，他一回到隐修院，就询问了修士气压计观察情况。修士的汇报结果是自从那天早晨他们离开后，水银面一直没有任何变化。于是，帕斯卡向全世界的知识界宣布了这一试验结果，从而成功推翻了自然不存在真空原理。

简介

由于地心引力作用，距地球表面近的地方，地球吸引力大，空气分子的密集程度高，撞击到物体表面的频率高，由此产生的大气压力就大。距地球表面远的地方，地球吸引力小，空气分子的密集程度低，撞击到物体表面的频率也低，由此产生的大气压力就小。因此在地球上不同高度的大气压力是不同的，位置越高大气压力越小。此外，空气的温度和湿度对大气压力也有影响。

在物理学中，把纬度为45度海平面（即海拔高度为零）上的常年平均大气压力规定为1标准大气压（atm）。此标准大气压为一定值。其值为1标准大气压=760毫米汞柱=1.0133工程大气压 =1.0133×105Pa=0.10133MPa

产生原因

大气压力的产生是地球引力作用的结果，由于地球引力，大气被“吸”向地球，因而产生了压力，靠近地面处大气压力最大。气象科学上的气压，是指单位面积上所受大气柱的重量（大气压强），也就是大气柱在单位面积上所施加的压力。

气压的单位有毫米和毫巴两种：以水银柱高度来表示气压高低的单位，用毫米（mm）。例如气压为760毫米，就是表示当时的大气压强与760毫米高度水银柱所产生的压强相等。另一种是天气预报广播中经常听见的毫巴（mb）。它是用单位面积上所受大气柱压力大小来表示气压高低的单位。1毫巴=1000达因/平方厘米（1巴=1000毫巴）。因此，1毫巴就表示在1平方厘米面积上受到1000达因的力。气压为760毫米汞柱时相当于1013.25毫巴，这个气压值称为一个标准大气压。

变化规律

大气压力与高度有密切关系，即大气压力随高度增加而递减。在近海平面1000hPa附近，高度每上升约10m，气压降1hPa；在500hPa（5500m）附近，高度每上升约20m，气压降1hPa；在200hPa（12000m）附近，高度每上升约30m，气压降1hPa；它应用于航空上，用来决定飞机飞行的高度。飞机上的高度表，就是以空盒气压计的气压高度换算出高度，作为高度表的标尺。国际民航组织（ICAO）假设在干空气、平均海平面的气压和气温分别为1013.25hPa和15℃、对流层顶以下约11km之温度随高度递减率每千米下降6.5℃等标准大气条件下，作为高度表的参考基准，在这种状态下的大气称为国际民航组织标准大气（ICAO Standard Atmosphere）。

气压是随大气高度而变化的。海拔愈高，大气压力愈小；两地的海拔相差愈悬殊，其气压差也愈大。

大气柱的重量还受到密度变化的影响，空气的密度愈大，也就是单位体积内空气的质量愈多，其所产生的大气压力也愈大。

由于大气的质量愈近地面愈密集，愈向高空愈稀薄，所以气压随高度的变化值也是愈靠近地面愈大。例如在低层，每上升100米，气压便降低约10毫巴；在5～6公里的高空，每上升100米，气压降低约7毫巴；而到9～10公里的高空，每上升100米，气压便只降低约5毫巴了。

气压无时无刻不在变化。在通常情况下，每天早晨气压上升，到下午气压下降；每年冬季气压最高，每年夏季气压最低。但有时候，如在一次寒潮影响时，气压会很快升高，但冷空气一过气压又慢慢降低。

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