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天气预报里经常说气压正在升高或降低.气压升高,意味着天气将要放晴;气压降低,预示着暴风雨即将来临.那么,我们该怎样测量气压呢?
马德堡半球实验
我们是如何知道自己生活在有压力的大气中的呢?这还得从一次十分有名的实验说起.故事发生在1654年的德国马德堡市.马德堡市市长叫盖里克,他是一位科学爱好者,这一年,他进行了一项非常壮观的实验——马德堡半球实验.那天,春日融融,绿草如茵.远处山坡下人山人海,近处草地上热闹非凡,人们又是跳起德国传统的舞蹈,又是策马扬鞭举行赛马表演.不一会儿,盖里克市长也来了,他容光焕发地向大家宣布:“诸位,今天,我将为大家表演一个科学游戏!” 说着,他双手将2个铁制的半球高高举起.“等一会儿,我将把这两个半球扣在一起,不用任何东西焊接,然后把里面的空气抽掉,看看谁有能力再把它们分开来.” 接着,盖里克“啪”地一声就把这两个半球合上了,他的助手递上了一个小唧筒,三下两下就将里面的空气抽光了.然后,盖里克将两根又粗又结实的绳子系在半球两边的环上.“现在,一切都准备好了,有谁想试一试自己的力气,把这两个半球拉开?”盖里克大声问道.从人群中走出两个彪形大汉,他们自告奋勇地接过市长手中的绳子,一边一个地拔起了河.只见他俩脸涨得通红,但是那两个半球硬是纹丝不动.他们只好认输,垂头丧气地退下阵来.人群里响起一片啧啧声.盖里克又将两边“拔河”的人数增加到2个、3个,可是,铁球还是纹丝不动.盖里克又牵来两匹马,一边套上1匹,两个骑手挥起鞭子,两匹马仰天一声长嘶,4蹄扣地向两边猛拉,可那球仍是依然如故.盖里克又将两边再各加1匹,一会儿又加1匹,这样一直各加到7匹,还是不见动静.盖里克又命令两边再各加1匹,骑手的马鞭霍霍,马嘶啸啸,尘土飞扬,人群也沸腾了起来,加油声此起彼伏……只听“嘭”的一声,铁球终于裂成了两半,两边的8匹骏马各带着半个铁球一下子冲出好远.这就是闻名于世的马德堡半球实验.
原来,这是大气压捣的鬼.盖里克是如何知道大气压力的呢?据说,有一天,盖里克让手下的工人用唧筒抽酒桶里的水,在抽的时候唧筒脱落了,工人用布条重新绑好,继续抽,或许是由于堵塞过严,使桶口密封了,结果把桶内的空气也抽光了,只听得桶内一片沸腾的噪声.盖里克得知这件事情以后,就以空心铜球代替木桶,让工人也用唧筒抽气.工人越抽越费劲,最后只听到“嘭”的一声,铜球瘪了.从此,盖里克迷上了这种实验,并且开始对它进行了许多研究.马德堡半球实验就是在这个基础上进行的.
托里拆利实验
其实,早在马德堡半球实验之前,就有人对大气压进行研究了.早在1640年前后,有人告诉意大利著名科学家伽利略,说抽水机从深井里抽水最多不会高过10m.当时,伽利略年事已高,而且双目失明,无法亲自进行实验了,于是,他叮嘱自己的学生托里拆利好好研究这个问题.1642年伽利略去世后,托里拆利决心实践自己在老师面前的诺言.托里拆利打算用水银来进行实验——比水的密度大13.6倍的水银究竟可以提到多少高度呢?他让助手维维安尼拿来一根长约1m的玻璃管,一端开口,灌满水银,并用手指封住开口,再倒立在水银槽中.当托里拆利放开手指以后,他们发现管顶的水银面降到距离槽中水银面76cm的高处停住了.接着,他们又用其他形状的玻璃管做实验,结果总是相同的——水银的高度总是76cm不变.托里拆利认为,在玻璃管水银上方的空间内出现了真空,就是说那里几乎没有任何东西,后人便称其为“托里拆利真空”.这根水银柱管就成了最早的气压计.是什么力量使水银柱上升到76cm高度的呢?托里拆利猜想,水银柱是被水银面上的大气压力托起的,并且,他把水银柱高度的微小变动看作是大气压的变化而引起的.
形形色色的气压计
德国马德堡市市长盖里克除了那次惊心动魄的马德堡半球实验以外,还制造过一种水气压计呢!当时,盖里克住在一幢四层楼的公寓里,上面用的水全靠下面提上去.有人为了图方便,设计制造了一个装置,打算通过一个抽成真空的容器,利用空吸作用,将水从底层“吸”到楼上去,这个装置有点类似我们今天使用的眼药水滴管,也有点类似自来水笔的笔胆.然而,怪事发生了!这个装置只能将水吸到盖里克所住公寓的第三层,第四层是无论如何也吸不上去了.盖里克知道,这又是大气压在作祟.为了精确地知道水究竟能升到什么高度,盖里克设计制造了一套设备,它由4根黄铜管首尾相连组成一个垂直的长管,上端为一个玻璃容器,下端为一个旋塞,旋塞浸在一个盛水的容器中.开始时,旋塞紧闭,管子全部充满水,玻璃容器也充满水,然后打开旋塞,管子中的水便下沉到一定的高度,这个高度可以从玻璃容器的边上观测,由浮在水面上的一个木头小人伸出手臂指点一个带刻度的标尺而作出指示.这就是盖里克发明的水气压计.
托里拆利的气压计是最原始的,带有水银槽,很不方便.如何才能使气压计小巧玲珑,便于携带,而且测量也更精确呢?
开始,有人将托里拆利气压计改成虹吸气压计,它省去了水银槽,管子的开端弯过2个直角,利用封闭管和开口管中水银的液面高低之差来测量大气压.1665年,阿蒙顿发明了一种气压计,它朝着封闭一端的方向狭窄下去,适合于海上使用;后来,到了1688年,阿蒙顿又发明了另一种复式气压计,气压由几个水银柱来平衡,这样可以缩短气压计的高度.还有人将气压计的管子制成倾斜上升或者螺旋上升,使得大气压的微小变化在管子内引起较大的水银柱位移.最著名的要数胡克轮式气压计了.它由一个泡、一根管子、一根U形虹吸管以及一个带刻度的圆环组成,上面有一根指针,有点像钟表上的盘一样.利用这种奇特的装置,放在U形虹吸管内的水银面高度如果有任何微小的变化,那么,就会由小指针的旋转运动明显表示出来.后来,胡克又想了一个方法,用更加简便的结构制造了轮式气压计.为了更精确地读出水银面的高度,有人甚至将显微镜和测微计都用到了气压计上.
今天,随着科学技术的日益发展,气压计的精度越来越高,外观也越来越漂亮,但是,其原理还是与原始气压计相同,一种为“水银气压计”,另一种为“空盒气压计”.
水银气压计是利用托里拆利管来测定大气压的一种装置.玻璃管底部的水银槽是用一个皮囊所代替,并附有可以调准的象牙针使其指示水银面,叫做“福廷式水银气压计”,在玻璃管外面加上一个金属护套,套管上刻有量度水银柱高度的刻度尺.在水银槽顶上另装一根象牙针,针尖正好位于管外刻度尺的零点,另用皮囊作为水银槽底.使用时,轻转皮囊下的螺旋,使槽内水银面恰好跟象牙针尖接触(即与刻度尺的零点在一水平线上),然后由管上刻度尺读出水银柱的高度.此高度示数即为当时当地大气压的大小.另外还有不需调准象牙针的观测站用气压计,以及对船的摇动不敏感的航海用气压计.
空盒气压计由扁平的金属膜片空盒组构成,盒内的气压较低.利用弹性应力与大气压力相平衡的原理,以它形变的位移测定气压.其优点是便于携带和安装.但由于金属膜片的弹性系数随温度变化,须采取温度补偿措施;空盒形变存在弹性滞后,在一定的气压范围内,升压和降压的形变曲线不重合.上述两个因素使空盒气压计的测量精度低于水银气压计.空盒气压计是一种能自动记录的气压表.无液气压计是气压计的一种.它的主要部分是一种波纹状表面的真空金属盒.为了不使金属盒被大气压所压扁,用弹性钢片向外拉着它.大气压增加,盒盖凹进去一些;大气压减小,弹性钢片就把盒盖拉起来一些.盒盖的变化通过传动机构传给指针,使指针偏转.从指针下面刻度盘上的读数,可知道当时大气压的值.它使用方便,便于携带,但测量结果不够准确.如果在无液气压计的刻度盘上标的不是大气压的值,而是高度,就成了航空及登山用的高度计.
现在随着科技的进步,精密电子气压计也越来越多地出现了.电子气压计将替代原有的指针式气压计,采用进口的气压传感器和低功耗的电子芯片以及高精密电子器件组成的电子气压计外形美观、设计精巧、操作简便.
马德堡半球实验
我们是如何知道自己生活在有压力的大气中的呢?这还得从一次十分有名的实验说起.故事发生在1654年的德国马德堡市.马德堡市市长叫盖里克,他是一位科学爱好者,这一年,他进行了一项非常壮观的实验——马德堡半球实验.那天,春日融融,绿草如茵.远处山坡下人山人海,近处草地上热闹非凡,人们又是跳起德国传统的舞蹈,又是策马扬鞭举行赛马表演.不一会儿,盖里克市长也来了,他容光焕发地向大家宣布:“诸位,今天,我将为大家表演一个科学游戏!” 说着,他双手将2个铁制的半球高高举起.“等一会儿,我将把这两个半球扣在一起,不用任何东西焊接,然后把里面的空气抽掉,看看谁有能力再把它们分开来.” 接着,盖里克“啪”地一声就把这两个半球合上了,他的助手递上了一个小唧筒,三下两下就将里面的空气抽光了.然后,盖里克将两根又粗又结实的绳子系在半球两边的环上.“现在,一切都准备好了,有谁想试一试自己的力气,把这两个半球拉开?”盖里克大声问道.从人群中走出两个彪形大汉,他们自告奋勇地接过市长手中的绳子,一边一个地拔起了河.只见他俩脸涨得通红,但是那两个半球硬是纹丝不动.他们只好认输,垂头丧气地退下阵来.人群里响起一片啧啧声.盖里克又将两边“拔河”的人数增加到2个、3个,可是,铁球还是纹丝不动.盖里克又牵来两匹马,一边套上1匹,两个骑手挥起鞭子,两匹马仰天一声长嘶,4蹄扣地向两边猛拉,可那球仍是依然如故.盖里克又将两边再各加1匹,一会儿又加1匹,这样一直各加到7匹,还是不见动静.盖里克又命令两边再各加1匹,骑手的马鞭霍霍,马嘶啸啸,尘土飞扬,人群也沸腾了起来,加油声此起彼伏……只听“嘭”的一声,铁球终于裂成了两半,两边的8匹骏马各带着半个铁球一下子冲出好远.这就是闻名于世的马德堡半球实验.
原来,这是大气压捣的鬼.盖里克是如何知道大气压力的呢?据说,有一天,盖里克让手下的工人用唧筒抽酒桶里的水,在抽的时候唧筒脱落了,工人用布条重新绑好,继续抽,或许是由于堵塞过严,使桶口密封了,结果把桶内的空气也抽光了,只听得桶内一片沸腾的噪声.盖里克得知这件事情以后,就以空心铜球代替木桶,让工人也用唧筒抽气.工人越抽越费劲,最后只听到“嘭”的一声,铜球瘪了.从此,盖里克迷上了这种实验,并且开始对它进行了许多研究.马德堡半球实验就是在这个基础上进行的.
托里拆利实验
其实,早在马德堡半球实验之前,就有人对大气压进行研究了.早在1640年前后,有人告诉意大利著名科学家伽利略,说抽水机从深井里抽水最多不会高过10m.当时,伽利略年事已高,而且双目失明,无法亲自进行实验了,于是,他叮嘱自己的学生托里拆利好好研究这个问题.1642年伽利略去世后,托里拆利决心实践自己在老师面前的诺言.托里拆利打算用水银来进行实验——比水的密度大13.6倍的水银究竟可以提到多少高度呢?他让助手维维安尼拿来一根长约1m的玻璃管,一端开口,灌满水银,并用手指封住开口,再倒立在水银槽中.当托里拆利放开手指以后,他们发现管顶的水银面降到距离槽中水银面76cm的高处停住了.接着,他们又用其他形状的玻璃管做实验,结果总是相同的——水银的高度总是76cm不变.托里拆利认为,在玻璃管水银上方的空间内出现了真空,就是说那里几乎没有任何东西,后人便称其为“托里拆利真空”.这根水银柱管就成了最早的气压计.是什么力量使水银柱上升到76cm高度的呢?托里拆利猜想,水银柱是被水银面上的大气压力托起的,并且,他把水银柱高度的微小变动看作是大气压的变化而引起的.
形形色色的气压计
德国马德堡市市长盖里克除了那次惊心动魄的马德堡半球实验以外,还制造过一种水气压计呢!当时,盖里克住在一幢四层楼的公寓里,上面用的水全靠下面提上去.有人为了图方便,设计制造了一个装置,打算通过一个抽成真空的容器,利用空吸作用,将水从底层“吸”到楼上去,这个装置有点类似我们今天使用的眼药水滴管,也有点类似自来水笔的笔胆.然而,怪事发生了!这个装置只能将水吸到盖里克所住公寓的第三层,第四层是无论如何也吸不上去了.盖里克知道,这又是大气压在作祟.为了精确地知道水究竟能升到什么高度,盖里克设计制造了一套设备,它由4根黄铜管首尾相连组成一个垂直的长管,上端为一个玻璃容器,下端为一个旋塞,旋塞浸在一个盛水的容器中.开始时,旋塞紧闭,管子全部充满水,玻璃容器也充满水,然后打开旋塞,管子中的水便下沉到一定的高度,这个高度可以从玻璃容器的边上观测,由浮在水面上的一个木头小人伸出手臂指点一个带刻度的标尺而作出指示.这就是盖里克发明的水气压计.
托里拆利的气压计是最原始的,带有水银槽,很不方便.如何才能使气压计小巧玲珑,便于携带,而且测量也更精确呢?
开始,有人将托里拆利气压计改成虹吸气压计,它省去了水银槽,管子的开端弯过2个直角,利用封闭管和开口管中水银的液面高低之差来测量大气压.1665年,阿蒙顿发明了一种气压计,它朝着封闭一端的方向狭窄下去,适合于海上使用;后来,到了1688年,阿蒙顿又发明了另一种复式气压计,气压由几个水银柱来平衡,这样可以缩短气压计的高度.还有人将气压计的管子制成倾斜上升或者螺旋上升,使得大气压的微小变化在管子内引起较大的水银柱位移.最著名的要数胡克轮式气压计了.它由一个泡、一根管子、一根U形虹吸管以及一个带刻度的圆环组成,上面有一根指针,有点像钟表上的盘一样.利用这种奇特的装置,放在U形虹吸管内的水银面高度如果有任何微小的变化,那么,就会由小指针的旋转运动明显表示出来.后来,胡克又想了一个方法,用更加简便的结构制造了轮式气压计.为了更精确地读出水银面的高度,有人甚至将显微镜和测微计都用到了气压计上.
今天,随着科学技术的日益发展,气压计的精度越来越高,外观也越来越漂亮,但是,其原理还是与原始气压计相同,一种为“水银气压计”,另一种为“空盒气压计”.
水银气压计是利用托里拆利管来测定大气压的一种装置.玻璃管底部的水银槽是用一个皮囊所代替,并附有可以调准的象牙针使其指示水银面,叫做“福廷式水银气压计”,在玻璃管外面加上一个金属护套,套管上刻有量度水银柱高度的刻度尺.在水银槽顶上另装一根象牙针,针尖正好位于管外刻度尺的零点,另用皮囊作为水银槽底.使用时,轻转皮囊下的螺旋,使槽内水银面恰好跟象牙针尖接触(即与刻度尺的零点在一水平线上),然后由管上刻度尺读出水银柱的高度.此高度示数即为当时当地大气压的大小.另外还有不需调准象牙针的观测站用气压计,以及对船的摇动不敏感的航海用气压计.
空盒气压计由扁平的金属膜片空盒组构成,盒内的气压较低.利用弹性应力与大气压力相平衡的原理,以它形变的位移测定气压.其优点是便于携带和安装.但由于金属膜片的弹性系数随温度变化,须采取温度补偿措施;空盒形变存在弹性滞后,在一定的气压范围内,升压和降压的形变曲线不重合.上述两个因素使空盒气压计的测量精度低于水银气压计.空盒气压计是一种能自动记录的气压表.无液气压计是气压计的一种.它的主要部分是一种波纹状表面的真空金属盒.为了不使金属盒被大气压所压扁,用弹性钢片向外拉着它.大气压增加,盒盖凹进去一些;大气压减小,弹性钢片就把盒盖拉起来一些.盒盖的变化通过传动机构传给指针,使指针偏转.从指针下面刻度盘上的读数,可知道当时大气压的值.它使用方便,便于携带,但测量结果不够准确.如果在无液气压计的刻度盘上标的不是大气压的值,而是高度,就成了航空及登山用的高度计.
现在随着科技的进步,精密电子气压计也越来越多地出现了.电子气压计将替代原有的指针式气压计,采用进口的气压传感器和低功耗的电子芯片以及高精密电子器件组成的电子气压计外形美观、设计精巧、操作简便.