标准大气压

物理术语

标准大气压(standard atmospheric pressure)，简称“大气压”。压强的单位之一。当温度为0℃（273.15 K）时，在重力加速度为980.655 cm/s2处（即在地球纬度为45°的海平面上），使用水银的密度为13.5951 g/cm3，则760 mm高的水银柱所产生的压强为1标准大气压。

定义

当温度为0℃（273.15K）时，在重力加速度为980.655cm/s2处（即在地球纬度为45°的海平面上），使用水银的密度为13.5951g/cm3，则760mm高的水银柱所产生的压强为1标准大气压。

大气压强

大气压强的定义

由于空气具有流动性和重力，空气内部向各个方向都有压强，这种压强称为大气压强，简称大气压或气压。

大气压强的存在

实验一：马德堡半球实验

1654年，在德国马德堡市的广场上，曾经做过一个著名的马德堡半球实验，人们把两个铜制空心半球合在一起，抽去里面的空气，用两只马队向相反的方向拉两个半球，当两侧的马匹达到16匹时，才将半球拉开，并发出巨大的响声。

实验二：覆杯实验

在一个透明杯子中装满水，并在杯口覆盖一张纸片确保纸片紧贴杯口，然后快速将水杯旋转一定的角度，发现纸片并没有掉下来。

对纸片进行受力分析：纸片受竖直向下的重力作用，受水向下的压力作用，却没有下落，那么必须受向上的力的作用。这个向上的力的施力物体只能是空气，因此空气也有压强。若将杯子倾斜不同位置，纸片同样不会掉下来，水不会流出来，这说明空气朝各个方向都有压强。

实验三：瓶“吞”鸡蛋

将一个剥壳了的熟鸡蛋放在一个广口瓶的杯口（杯口略小于鸡蛋），鸡蛋不会掉入杯中，再将一小块点燃的酒精棉放入广口瓶中，并将鸡蛋放在瓶口，静置一段时间发现鸡蛋被逐渐吸入瓶中。

这样的现象是因为酒精棉的燃烧消耗了瓶中的部分氧气，并且燃烧放热导致空气膨胀流出瓶子，瓶子被鸡蛋封闭后，火焰熄灭，内部空气冷却收缩，导致气压减小，内部的气压小于外界的大气压强，从而使鸡蛋被大气压压入瓶中。

大气压强的变化

大气压强随海拔的变化：

由于气体也会受到重力的作用，故地表附近的气体密度会比高空的气体密度更大，海拔越高，气体越稀薄，大气压强会随着海拔的增高而减小。帕斯卡曾测量了不同海拔处大气压强的值，得出了这一结论。不过，由于跟大气层受到的重力有关的空气密度随高度变化不均匀，因此大气压随高度减小也是不均匀的。但在海拔3000 m之内，大气压值可近似认为随地理高度的增加而线性减小，每上升10 m大气压强约减小100 Pa。

大气压随纬度的变化：

地球表面大气层里的成份，变化比较大的就是水汽。人们把含水汽比较多的空气叫“湿空气”，把含水汽较少的空气叫“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。干空气的平均分子量为28.966，而水气的分子量只有18.106，所以含有较多水汽的湿空气的密度要比干空气小。即在相同的物理条件下，干空气的压强比湿空气的压强大。在地球表面，由赤道到两极，随地理纬度的增加，一方面由于地球的自转和极地半径的减小，地球对大气的吸引力逐渐增大，空气密度增大；另一方面由于两极地区温度较低，所以空气中的水汽较少，可近似看成干空气，所以由赤道向两极，随地理纬度增加，大气压总的变化规律是逐渐增大（因气候等因素影响，局部某处的大气压值变化可能不遵循这一规律）。

日变化：

对于同一地区，在一天之内的不同时间，地面的大气压值也会有所不同，这叫大气压的日变化。一天中，地球表面的大气压有一个最高值和一个最低值。最高值出现于9～10时。最低值出现于15～16时。

导致大气压日变化的原因主要有三点。一是大气的运动；二是大气温度的变化；三是大气湿度的变化。日出以后，地面开始积累热量，同时地面将部分热量输送给大气，大气也不断地积累热量，其温度升高湿度增大。当温度升高后，大气逐渐向高空做上升辐散运动，在下午15～16时，大气上升辐散运动的速度达最大值，同时大气的湿度也达较大值，由于此二因素的影响，导致一天中此时的大气压最低。16时以后，大气温度逐渐降低，其湿度减小，向上的辐散运动减弱，大气压值开始升高；进入夜晚；大气变冷开始向地面辐合下降，在上午9～10时，大气辐合下降压缩到最大程度，空气密度最大，此时的大气压是一天中的最高值。

大气压强与气象的关系：

空气通常都是高气压地区向低气压地区流动。地球表面的空气从高压区向低压区水平流动形成了地面风。

地球表面的地形、地貌不同，即使地表各处的太阳能相同，但各处的温度也存在很大的差异。如果某地区的地表温度高，地表附近的暖空气上升，则会在地表附近形成低气压，周围地区的空气就在水平方向上向该地区流入，使该地区地表附近包含水蒸气的空气上升，凝结成云形成阴雨天气。如果某地区的地表温度低，冷空气聚集，在地表附近形成高气压，该地区的空气就在水平方向上向周围地区流出，使该地区上方的空气下降并扩散，带走大量的水分，形成晴燥天气。晴燥天气的气压比阴雨天气的气压高。

年变化：

同一地区，在一年之中的不同时间其大气压的值也有所不同。这叫大气压的年变化。大气压的年变化，具体又分为三种类型，即大陆型、海洋型和高山型。其中海洋型大气压的年变化刚好与大陆型的相反。通常所说的“冬天的大气压比夏天高”，指的就是大陆型大气压的年变化规律。下面对此略做分析（另外两种情况不做讨论）。

由于大气处于地球周围一个开放没有具体疆界的空间之内，这就使它与密闭容器中的气体有着很多区别。夏天，大陆中的气温比海洋上高，大气的湿度也比较大（相对冬天而言），这样大陆上的空气不断向海洋上扩散，导致其压强减小。到了冬天，大陆上气温比海洋上低，大陆上的空气湿度也较夏天小，这样海洋上的空气就向大陆上扩散，使大陆上的气压升高。这就是大陆上冬天的大气压比夏天高的原因（大气温度也是影响大气压的一个因素，但在这里决定大气压变化的因素不是气温，而是大气的流动及大气的密度）。

相关历史

旧时，学术界对空气是否有重量和真空是否可能存在的问题还认识不清，主要是受亚里士多德思想的遗留影响，认为“世间万物之中除了火和空气以外均有各自的重量”。并坚持自然界“害怕真空”的说法。伽利略对此说法表示怀疑，他说：“我们不能相信亚里士多德所说的那样，仅仅认为某物是轻的，某物是重的，而应当认识到所有的物体都有其各自的重量，只不过各有重量大小不同和质地疏密之分而已”。“如果人们凭感觉和理解都还不能认识到真空的存在，那么凭感觉和理解又如何能否认真空的存在呢？”伽利略曾发现，抽水机在工作时，不能把水抽到10米以上的高度，他把这一现象归结为水柱受不了它本身重量之故，再找不到合理满意的解释。

托里拆利坚决赞同伽利略的关于空气有重量和真空存在的说法。在总结前人理论和实验的基础上，托里拆利进行了大量的实验，实现了真空，验证了空气有重量的事实，否定了亚里士多德的关于真空力的说法。

大约在1641年，一位著名的数学家、天文学家贝尔提曾用一根10米多长的铅管做成了真空实验。托里拆利受到了这个实验的启发，想到用较大密度的海水、蜂蜜、水银等做实验。他选用的水银实验，取得了最成功的结果。他将一根长度为1米的玻璃管灌满水银，然后用手指顶住管口，将其倒插进装有水银的水银槽里，放开手指后，可见管内部顶上的水银已下落，留出空间来了，而下面的部分则仍充满水银。为了进一步证明管中水银面上部确实是真空，托里拆利又改进了实验。他在水银槽中将其水银面以上直到缸口注满清水，然后把玻璃管缓缓地向上提起，当玻璃管管口提高到水银和水的界面以上时，管中的水银便很快地泻出来了，同时水猛然向上窜入管中，直至管顶。由此可见，原先管内水银柱以上部分确实是空无所有的空间。原来的水银柱和如今的水柱都不是被什么真空力所吸引住的，而是被管外水银面上的空气重量所产生的压力托住的。托里拆利的实验是对亚里士多德的力学的最后致命打击，于是有些人便妄图否定托里拆利的研究成果，提出玻璃管上端内充有“纯净的空气”，并非真空。大家各抒已见，众说纷纭，引起了一场激烈的争论。争论一直持续到帕斯卡的实验成功证实托里拆利的理论后才逐渐统一起来。

托里拆利在实验中还发现，不管玻璃管长度如何，也不管玻璃管倾斜程度如何，水银柱的竖直高度总保持在同一个高度（760mm），他还于1644年同维维安尼合作，制成了世界上第一具水银气压计。

实验介绍

1643年，意大利科学家托里拆利与伽利略的另一个更年轻的学生维维安尼一起在意大利的佛罗伦萨做了著名的“托里拆利实验”，利用“大气压强与液体压强相平衡”的方法，测出了大气压强的数值。

在长约1 m，一端封闭的玻璃管里灌满水银，用手指将管口堵住，然后倒插在水银槽中。放开手指，管内水银面下降到一定高度时就不再下降，这时管内外水银面高度差约760mm，把玻璃管倾斜，竖直高度差不发生变化。

实验中玻璃管内水银面的上方是真空，管外水银面的上方是空气，因此，是大气压支持管内的水银柱不会落下，大气压的数值等于这段水银柱产生的压强。托里拆利测得管内外水银面的高度差为760 mm，通常把这样大小的大气压叫做标准大气压p0。

在粗略计算中，标准大气压可以近似取为1×105 Pa。

数值及单位

当温度为0℃（273.15K）时，在重力加速度为980.655cm/s2处（即在地球纬度为45°的海平面上），使用水银的密度为13.5951g/cm3，则760mm高的水银柱所产生的压强为1标准大气。利用（1）式可得1标准大气压（atm）=101325帕（Pa）=1013250达因/厘米2。

帕，即牛顿/米2，是国际单位制中的压力单位。气象台、站的日常工作中，一般采用的单位是毫巴（mb）。1毫巴（mb）=103达因/厘米2=100帕（Pa）。

因此，760毫米汞柱（mmHg）=1013.25毫巴（mb）=101325帕（Pa）。

1毫米汞柱（mmHg）= 毫巴（mb）

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