大气压力的真正成因.PDF

大氣壓力的真正成因 一 、 研 究 動 機 早 在 大 氣 壓 力 的 原 理 被 證 實 之 前 ， 人 類 便 已 經 發 現 這 個 現 象 ， 甚 至 能 經 由 工 作 經 驗得 知 ： 運 用 串 聯 多 具 抽 水 機 ， 可 以 把 水 抽 到 只 用 一 具 抽 水 機 所 不 能 到 達 的 高 度 。1643 年 托 里 切 利 以 水 銀 的 玻 璃 管 試 驗證 實 了 大 氣 壓 力 的 存 在 ， 大 氣 壓 力 的 原 理 便 普 遍 地 被 應 用 在 科 學 及 工 程 領 域 。 托 里 切 利提 出 地 球 周 圍 環 繞 著 空 氣 的 假 定 ， 將 地 球 看 成 被 一 個 空 氣 的 海 洋 所 圍 繞 ， 空 氣 的 重 量 造 成 一 種 氣 壓 ， 正 如 水 面 下 之 水 壓 一 樣 。 這 種 說 法 在 巨 觀 世 界 中 ， 的 確 可 以 完 美 地 解 釋 自 然 現 象 。 因 此 也 從 未 有 人 質 疑 形 成 大 氣 壓 力 的 真 正 原 因 。 但 在 學 習 過 密 閉 容 器 內 的 壓 力 是 由 氣 體 分 子 碰 撞 器 壁 所 造 成 ， 就 不 禁 教 人 將 大 氣 壓 力 與 氣 體 分 子 碰 撞 理 論 聯 想 在 一 起 。 二 、 研 究 目 的 對 大 氣 壓 力 的 成 因 ， 提 出 另 類 的 思 考 方 向 ； 並 經 由 實 驗的 觀 察 ， 說 明 大 氣 壓 力 與 氣 體 分 子 碰 撞 理 論 間 之 關 聯 。 三 、 研 究 設 備 器 材 酒 精 溫 度 計 －40 ~ 50 ℃ 水 銀 壁 掛 式 大 氣 壓 力 計 轉 動 螺 距 支 架 及 夾 具 水 槽 燒 杯 100ml × 1 、500ml × 1 量 筒 100ml × 1 、500ml × 1 1 四 、 研 究 過 程 或 方 法 我 們 先 進 行 一 個 實 ，對 大 氣 壓 力 是 空 氣 柱 的 重 量 提 出 質 疑。 實實 驗驗 一一 ：：有有限限高高度度的的空空氣氣柱柱 實實 驗驗 一一 ：：有有 限限 高高 度度 的的 空空 氣氣 柱柱 當 燒 杯 倒 立 但 未 接 觸 到 水 面 時 ， 燒 杯 內 的 壓 力 與 外 面 的 大 氣 壓 力 是 一 樣 的 。 我 們 讓 燒 杯 非 常 非 常 緩 慢 地 下 降 ， 以 避 免 壓 縮 到 燒 杯 內 之 空 氣 ， 直 至 燒 杯 剛 好 接 觸 到 水 面 時 停 止 ， 如 圖 一 所 示 。 此 時 燒 杯 內 的 空 氣 柱 高 度 恰 為 燒 杯 之 高 度 ， 而 燒 杯 內 的 壓 力 與 燒 杯 外 的 大 氣 壓 力 是 相 等 的 。 這 種 有 限 的 空 氣 柱 重 量 與 大 氣 壓 力 是 由 大 氣 層 空 氣 柱 的 重 量 所 造 成 的 解 釋 有 所 矛 盾 。 圖 一 ： 燒 杯 恰 好 接 觸 水 面 時 ， 將 形 成 有 限 高 度 的 空 氣 柱 這 個 實 驗的 主 要 目 的 在 於 提 出 質 疑 ， 而 不 是 實 驗的 結 果 。 因 為 要 精 確 地 進 行 這 個 實 ， 將 產 生 以 下 二 個 問 題 ： （ 一 ） 空 氣 柱 的 高 度 雖 為 燒 杯 的 高 度 ， 但 燒 杯 內 的 空 氣 是 否 已 被 壓 縮 難 以 精 確 地 測 量 。 （ 二 ） 杯 內 的 空 氣 即 使 未 被 壓 縮 ， 但 由 於 水 的 表 面 張 力 的 關 係 ， 燒 杯 內 的 體 積 是 否 改 變 亦 不 易 觀 察 。 僅 管 這 二 個 問 題 在 測 量 上 都 是 相 當 困 難 的 。 但 這 個 實 驗的 確 說 明 了 空 氣 柱 的 重 量 造 成 大 氣 壓 力 的 說 法 ， 是