大氣壓力

(2003/10/22  AM10:00~10:30 播出)

來賓/田園老師(中華少年成長學苑資深教師) 主持人/賴素燕(小燕子)

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每個人都是生活在大氣壓力之下,但為什麼大家都不會感覺到呢?!其實,這是一個「平衡」的現象,在「不平衡」的狀況之下,我們才會感覺到大氣壓力的存在;舉例來說,一般我們所乘坐的載客用的客機,是具有「艙壓」的,但是,如果我們登上的是沒有艙壓的運輸機,在壓力突然降低的時候,是會很不舒服的,這和登山時,突然上到某個高度,會有「耳朵突然塞住」的感覺一樣,都是耳膜內外的壓力不平衡所造成的。所以,攀登像喜馬拉雅山或四、五千公尺的高山時,並不能直接攻頂的,可能會有生命的危險;登山家們多會在中途的高原上先住上一小段時間,讓身體做一個生理上的適應與調整-也就是讓血液中的紅血球細胞自然增生,以適應高山上較稀薄的空氣;這也就是為什麼高山或高原上的居民,下到平地來進行血液檢驗時,紅血球的數量大多高於平地人。挑戰喜馬拉雅山的登山隊中,通常並非所有的隊員都能成功攻頂,有許多隊員的任務是在協助揹負重物、通訊或分擔其他的工作,以使得其中幾位特定的隊員能節省體力,為最後的攻頂做準備,而當攻上山頂的隊員通常也不會久留,一來山頂上的天氣瞬息萬變,二來也是空氣太過稀薄了。

由於地心引力的關係,地球周圍的大氣被吸引住,離地表愈近的地方,空氣分子就愈多,造成的重量也愈重,大氣壓力自然也愈大了,這也就是為什麼我們說高山上愈高的地方,空氣愈稀薄,大氣壓力也愈小。

在高山上煮開水,和平地不一樣。在平地,水的沸點大約是攝氏一百度;但在高山地區,水煮到七、八十度就可能沸騰了!為什麼在高山上,水的沸點會降低呢?這也和山上氣壓的降低有關;當水被加熱,水份子與水份子之間的位能會慢慢增加,表面的水份子要離開時,會受到外界空氣壓力的壓制,在大氣壓力較大的地方,水份子需被加溫到較高的溫度,才能突破外界的壓力而離開水面,因此沸點較高;相反地,在山上氣壓較小,壓制水分子的力量較小,沸點因此也較低;那在山上煮到「沸騰」的水,溫度不足以殺菌,不就不能喝了嗎?我們可以使用壓力鍋,增加壓力,使得沸點升高;我們平時在家中使用壓力鍋,除了可以使食物快速地熟爛,也可以藉由其沸點升高的特點,殺死需在一百度以上的溫度下才能被殺死的害菌。

我們生活中,有很多的用具都是運用到大氣壓力的原理。我們使用吸管,就是一個例子。當我們用吸管喝飲料時,需要先用嘴將吸管內部的空氣抽走,然後液面承受的大氣壓力藉由水分子的傳導,把液柱壓入吸管中,我們才能順利地喝到飲料。另外,家中常用來掛東西的「吸盤」(如右圖),也是運用大氣壓力的原理;將吸盤塗一點水,壓上光滑的壁面,把內部的空氣擠壓出來後,內部的壓力小於外界的大氣壓力,大氣壓力就會把它牢牢壓住,而我們沾水的目的,在於利用水的表面張力,將吸盤邊緣的細縫填滿,不使內外空氣流通。

一般平地的大氣壓力,大約是一大氣壓-約是每平方公分承受一公斤的力。所以,小小的面積十平方公分大的吸盤,大約就可承受十公斤的重量!這都是大氣壓力的功勞!有些玻璃帷幕在施工時,又厚又重的玻璃因為沒有施力點,很不容易徒手搬運,工人們就會用有如人臉般大小的吸盤先行吸住,很輕易的幾個人就可以成功地搬動它了。電影中,在玻璃帷幕上爬行的蜘蛛大盜,其實也是運用類似的原理。動物界中,許多動物都具有「吸盤」,可以在光滑的表面上攀爬、行走,都是自然界中極佳的例子。

有一個有趣的科學遊戲,就是先將一個杯子盛裝熱水,倒掉後迅速的貼上汽球的表面,杯子就會牢牢的吸在汽球上,這和我們中國的民俗療法-「拔罐」-原理是一樣的;杯子內的空氣被加熱後,空氣分子與分子之間的距離會較大,也就是說,空氣的體積膨脹了,其實也就是空氣的密度變小了,氣壓自然也小於杯外自然的大氣壓力,外大內小的結果,大氣壓力就會把汽球(或皮膚)推擠入杯中,緊緊地被吸住!

當我們帶一包蝦味仙上山,發現比平地時變大了,這也和大氣壓力的變化有關。一般來說,零食是在平地的工廠內包裝的,因此包裝內的氣壓應該和平地的氣壓相同;當它被帶上高處時,由於高山上的空氣比較稀薄,氣壓也較平地小,因此包裝內的氣壓(等於平地的氣壓)大於山上的氣壓,因此就會有稍微膨膨的現象囉!飛上高空的氣球,常常愈飛愈高,突然就「砰!」破掉了,大家現在可以想一想,這是為什麼了嗎?

關於著名的馬德堡半球實驗,請看這裡

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