标准大气压

定义

在1954年第十届国际计量大会上，科学家对大气压规定了一个“标准”：在纬度45°的海平面上，当温度为0℃时，760毫米高水银柱(相当于1013.25百帕)产生的压强叫作标准大气压。这一标准被广泛接受并用于比较大气压的大小。

大气压

地球的周围被厚厚的空气包围着，这些空气被称为大气层。空气可以像水那样自由的流动，同时它也受重力作用。因此空气的内部向各个方向都有压强，这个压强被称为大气压。1643年，意大利科学家托里拆利在一根80厘米长的细玻璃管中注满水银倒置在盛有水银的水槽中，发现玻璃管中的水银大约下降了4厘米后就不再下降了。2这4厘米的空间无空气进入，是真空。托里拆利据此推断大气的压强就等于水银柱的长度。根据压强公式科学家们准确地算出了大气压在标准状态下为1.01×105Pa。1654年格里克在德国马德堡作了著名的马德堡半球实验，这让人们对大气压有了深刻的认识。

标准大气压不是固定不变的。既然是“标准”，在根据液体压强公式计算时就要注意各物理量取值的准确性。从有关资料上查得：0℃时水银的密度为13.595×103kg/m³，纬度45°的海平面上的g值为9.80672N/kg。于是可得760毫米高水银柱产生的压强为：

p水银=ρ水银gh=13.595×103kg/m³×9.80672N/kg×0.76m=1.01325×105Pa。

这就是1标准大气压的值。

国家标准GB1920-80 标准大气（30公里以下部分）规定：选取1976年美国标准大气，其30公里以下部分作为我国国家标准，30公里以上部分可参考使用。标准重力加速度g=9.80665 N/kg，海平面绝对温度T=288.150 K，海平面空气密度ρ=1.2250 kg/m3。

在最近的科学工作中，为方便起见，有另外将1标准大气压定义为100kPa的，记为1bar。故提到标准大气压，也可以指100kPa。

大气压换算

1公斤压力约等于0.1Mpa，约等于一标准大气压； 一公斤压力是一公斤力每平方厘米的简称， 一公斤力等于9.8牛顿，所以一公斤力每平方厘米=(9.8/0.0001)Pa=0.098MPa，约等于0.1MPa。而一标准大气压=1.01325X100000Pa，等同于0.1MPa.=105Pa。

因此：1MPa=10公斤压力=10㎏f/c㎡

1MPa=10标准大气压

真空度概念

真空度顾名思义就是真空的程度。是真空泵、微型真空泵、微型气泵、微型抽气泵、微型抽气打气泵等抽真空设备的一个主要参数。若所测设备内的压强低于大气压强，其压力测量需要真空表。从真空表所读得的数值称真空度。真空度数值是表示出系统压强实际数值低于大气压强的数值，即：真空度=大气压强—绝对压强，绝对压强=大气压+表压(-真空度)。

所谓“真空“，是指在给定的空间内，压强低于101325Pa(也即一个标准大气压强约101kPa)的气体状态。

在真空状态下，气体的稀薄程度通常用气体的压力值来表示，显然，该压力值越小则表示气体越稀薄。

测量相关实验

托里拆利实验

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，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”。

目的和要求

理解托里拆利实验的原理，了解实验的作法、操作过程和步骤。

仪器和器材

托里拆利实验器（J2116型），水银，1米以上的长玻璃管（或两根玻璃管中间用橡皮管连接），烧杯，红色水。

实验方法

1．一只手握住玻璃管中部，在管内灌满水银，排除空气，用另一只手的食指紧紧堵住玻璃管开口端，把玻璃管小心地倒插在盛有水银的槽里，待开口端全部浸入水银槽内时放开手指，将管子竖直固定，读出水银柱的竖直高度。

2．逐渐倾斜玻璃管，管内水银柱的竖直高度不变。

3．继续倾斜玻璃管，当倾斜到一定程度，管内充满水银，说明管内确实没有空气。

4．用内径不同的玻璃管和长短不同的玻璃管重做这个实验（或同时做，把它们并列在一起对比），可以发现水银柱的竖直高度不变。说明大气压强与玻璃管的粗细、长短无关。

5．将长玻璃管一端用橡皮塞塞紧封闭，往管中注满红色水，用手指堵住另一端，把玻璃管倒插在水中，松开手指。观察现象并提问学生：“如把顶端橡皮塞拔去，在外部大气压强作用下，水柱会不会从管顶喷出？”然后演示验证，从而消除一些片面认识，加深理解。

注意事项

1．说明托里拆利真空的存在，是实验的关键，只有这一点成立，才能得出“水银柱的压强等于大气压强”。

2．水银有剧毒，对人体非常有害，要特别注意安全操作。玻璃管要选管壁较厚、内径较小的。操作时要避免碰撞和晃动，严防管子折断。切不可将水银散失在教室里。灌水银时最好用注射针筒或用细颈尖口的漏斗，下面用大塑料盒（搪瓷盆）垫上，以防水银溅落在地。右手食指如有伤口，绝对不能带伤口操作，可用胶皮手指套保护食指。如水银万一溅落在地，要设法收集，无法收集时，可撒硫磺粉使之硫化，然后收集埋掉，并打开窗户通风。

3．要减少实验误差，必须注意：①玻璃管、水银槽必须清洁、干燥，不能有灰尘、杂质和水分。②水银必须清洁，如混入尘埃杂质，或溶有其他金属生成汞齐而附在玻璃管内表面，会使读数不精确，影响效果。③灌水银时和灌后倒置水银槽中都不能混入空气。可用一根纱包线或漆包线一直通到玻璃管底部，灌水银时，不时地上下拉动纱包线，使气泡跟着排出。

4．托里拆利实验是定量测量大气压强值的重要实验，教师要认真准备，操作要规范，给学生作出表率。要教会学生读数和观察的方法：如米尺的起点线与槽内水银面凸面要处于同一水平线上；读数时，视线应与水银面、刻度线在同一水平线上等。

马德堡半球实验

马德堡半球实验（德语：Magdeburger Halbkugeln），亦作马格德堡半球实验，是1654年时，当时的马德堡市长奥托·冯·格里克于罗马帝国的雷根斯堡（今德国雷根斯堡）进行的一项科学实验，目的是为了证明真空的存在。而此实验也因格里克的职衔而被称为“马德堡半球”实验。当年进行实验的两个半球仍保存在慕尼黑的德意志博物馆中。现时也有供教学用途的仿制品，用作示范气压的原理，它们的体积也比当年的半球小得多，把半球的空间抽真空，不需再用十多匹就可拉开。

有一天，格里克和助手做成两个半球，直径14英寸，即30多厘米，并请来一大队人马，在市郊做起“大型实验”。这年5月8日的这一天，美丽的马德堡市风和日丽，晴空万里，十分爽朗，一大批人围在实验场上，熙熙攘攘十分热闹。有的说这样，有的说那样；有的支持格里克，希望实验成功；有的断言实验会失败；人们在议论着，在争论着；在预言着；还有的人一边在大街小巷里往实验场跑，一边高声大叫：“市长演马戏了！市长演马戏了……”

格里克和助手当众把这个黄铜的半球壳中间垫上橡皮圈，再把两个半球壳灌满水后合在一起，然后把水全部抽出，使球内形成真空。最后，把气嘴上的龙头拧紧封闭，这时，周围的大气把两个半球紧紧地压在一起。

格里克一挥手，四个马夫牵来十六匹高头大马，在球的两边各拴四匹，格里克一声令下，四个马夫扬鞭催马、背道而拉！好像在“拔河”似的。“加油！加油！”实验场上黑压压的人群一边整齐地喊着，一边打着拍子。4个马夫，16匹大马，都搞得浑身是汗．但是，铜球仍是原封不动，格里克只好摇摇手暂停一下。

然后，左右两队，人马倍增。马夫们喝了些水，擦擦额头上的汗水，又在准备着第二次表现。格里克再一挥手，实验场上更是热闹非常。32匹大马，死劲抗拉，八个马夫在大声吆喊，挥鞭催马……实验场的上的人群，更是伸长脖子，一个劲儿地看着，不时地发出“哗！哗！”的响声。 突然，“啪！”的一声巨响，铜球分开成原来的两半，格里克举起这两个重重的半球自豪地向大家高声宣告：“先生们！女士们！市民们！你们该相信了吧！大气压是有的，大气压力是大得这样厉害！这么惊人！……”

原理

实验结束后，仍有些人不理解这两个半球为什么拉不开，七嘴八舌地问他，他又耐心地作着详尽地解释：“平时，我们将两个半球紧密合拢，无须用力，就会分开。这是因为球内球外都有大气压力的作用，相互抵消平衡了，好像没有大气作用似的。但是我把它抽成真空后，球内没有向外的大气压力了，只有球外大气紧紧地压住这两个半球……”通过这次“大型实验”，人们都终于相信有真空，有大气，大气有压力，大气压很惊人。

社会评价

在当今社会，人们终于可以在慕尼黑的德意志博物馆看到这个实验的原始“设备”，也就是那两个半球。世纪之交时，马德堡市在当时的德国园林博览会场地内建起了一座“千年塔”，里面也放了两个半球，以纪念格里克，不过是复制品了。

为了纪念这位老市长，马德堡人在老市政厅旁的小广场上竖起了他的雕像，还用他来为年轻的马德堡大学命名。

结论

马德堡半球实验证明：大气压力是非常强大的。实验中，将两个半球内的空气抽掉，使球内的空气粒子的数量减少， 下降。球外的大气便把两个半球紧压在一起，因此就不容易分开了。抽掉越多，压力越大。

大气压影响因素

大气压的大小与海拔高度、温度、湿度、大气环流和地理位置等因素有关。

1. 海拔高度：大气压是由大气层受到重力作用而产生的，离地面越高的地方，大气层就越薄，那里的大气压就应该越小。随着海拔的增加，大气的压强逐渐降低。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。因此，在相同时间、同一地点，海拔越高的地方气压越低。

2. 温度：在相同的高度下，温度越高，气压越低。这是因为高温下气体分子的速度增加，碰撞后的反弹力减小，空气的压强也就减小。但在密闭环境下（体积不变），温度越高气压越高。

3. 湿度：在相同的高度下，湿度越大，气压越低。这是因为水蒸气的分子量比空气分子的分子量小，会占据一部分空间，从而使气体分子的平均自由程变大，空气的压强也就减小。

4. 大气环流：大气环流是指地球不同地区之间的气压差异，它会引起气体的运动和流动。例如，赤道上空的热带低气压带会引起空气向两极方向流动，造成高纬度地区的高压带，从而影响气压的大小。

5. 地理位置：气压的大小还受到地球上不同地理位置的影响。例如，赤道附近的低气压带和两极附近的高气压带会影响全球的大气环流，从而影响气压的大小。

综上所述，大气压的大小受到多种因素的影响，这些因素相互作用、相互影响，共同构成了一个复杂的大气环境。在不同的季节，不同的气候条件和地理位置等条件下，地球上方大气压的值有所不同。下面择取大气压的五种主要变化，做一些分析讨论，供参考。

地势变化

从微观角度看，决定气体压强大小的因素主要有两点：一是气体的密度n；二是气体的热力学温度T。在地球表面随地势的升高，地球对大气层气体分子的引力逐渐减小，空气分子的密度减小；同时大气的温度也降低。所以在地球表面，随地势高度的增加，大气压的数值是逐渐减小的。如果把大气层的空气看成理想气体，可以推得近似反映大气压随高度而变化的公式如下：

μ=p0gh/RT

μ为空气的平均摩尔质量，p0为地球表面处的大气压值，g为地球表面处的重力加速度，R为普适气体恒量，T为大气热力学温度，h为气柱高度。由上式可以看出，在不考虑大气温度变化这一次要因素的影响时，大气压值随地理高度h的增加按指数规律减小。在2km以内，大气压值可近似认为随地理高度的增加而线性减小；在2km以外，大气压值随地理高度的增加而减小渐缓。所以过去在初中物理教材中有介绍：在海拔2km以内，可以近似地认为每升高12m，大气压降低1毫米汞柱。

纬度变化

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。

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）。

气候变化

大气压随气候变化的情况比较多，但最为典型的就是晴天与阴天大气压的变化。有句谚语叫“晴天的大气压比阴天高”，反映的就是大气压的这一变化规律。 通常情况下，地面不断地向大气中进行长波有效辐射，同时大气也在不断地向地面进行逆辐射。晴天，地面的热量可以较为通畅地通过有效辐射和对流气层的向上辐散运动向外输运。阴天时，云层减少了对流层大气向外的辐散运动。云层这种保存地表和对液层热量的作用称为“温室效应”。这样，阴天地区的大气膨胀就比较厉害，从而导致阴天地区的大气横向向外扩散，使空气的密度减小，同时阴天地区大气的湿度比较大，也使大气的密度减小。因这两个因素的影响，从而导致阴天的大气压比晴天的大气压低。

生活应用

1.高压锅

高压锅中封闭了空气，给高压锅内空气加热时，锅内气体压强增大，使锅内的水沸腾时温度更高，更容易煮熟食物。家用高压锅压力一般在1.7×105(114C),或兼带1.5×105(110C)、1.3×105(106C)。

2.真空吸盘

可以依靠外界大气压将其压在墙上，可以挂东西。

3.拔罐疗法

中医中有一种玻璃罐，将其加热时迅速按在人体某部位，等罐内空气冷却后，会被外界气压按在皮肤上，此时用力拔下玻璃罐，会吸出人体内有害的毒血，有利于康复。

4.飞机飞行

飞机机翼上方呈流线型，当空气流过机翼时，一部分空气从飞机机翼上方流过，一部分空气从机翼下方流过，因为机翼上方为流线型，所以空气要在相同的时间内流过不同的距离则速度不相同，机翼上方空气流速较大，大气压较小；下方很平，空气流速较小，大气压较大，于是。飞机在高速行驶时，机翼下方的大气压大，而机翼上方的大气压小，机翼上下的压力差使飞机获得了升力。

生活实验证明大气压存在

实验一：模拟马德堡半球实验

两个皮碗口对口挤压，然后两手用力往外拉，发现要用较大的力才能拉开。

马德堡半球实验和模拟实验的共同点是：将金属球内和皮碗内的空气抽出或挤出，使金属球内和皮碗内空气的压强减小，而外界的大气压强就把它们紧紧地压在一起，要用较大的力才能拉开，这就有力证明了大气压强的存在。

实验二：“瓶吞蛋”实验

用剥了壳的熟鸡蛋堵住广口瓶口，实验前用手轻轻用力，不能将鸡蛋完整地压入瓶内。再将点燃的棉球扔入装有细沙（防止烧裂瓶底）的瓶中，迅速将该熟鸡蛋塞住瓶口，待火熄灭后，观察到鸡蛋“嘣”的一声掉入瓶内。 上述实验，由于棉花燃烧使瓶内气压升高，而骤冷又会使气压迅速降低，当瓶内压强小于瓶外大气压强时，鸡蛋在大气压强的作用下，被压入瓶内。

实验三：“覆杯”实验

玻璃杯内装满水，用硬纸片盖住玻璃杯口，用手按住，并倒置过来，放手后，整杯水被纸片托住，纸片不掉下来。 该实验玻璃杯内装满水，排出了空气，杯内的水对纸片向下的压强小于大气对纸片向上的压强，因而纸片不掉下来。

分析上述三个实验，不难理解大气压强存在问题。更深入研究：“瓶吞蛋”表明大气竖直向下有压强，“覆杯实验”表明大气向上有压强。因而显示出大气压强的特点：大气向各个方向都有压强。

修订

据《新大学化学》（科学出版社，ISBN 978-7-03-033380-3）第8页注释："p原国际标定为101.325kPa，国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）及1993年新国际标定为100.000kPa 。"但国内的中学课本，包括初中物理新课标八下和高中物理新课标选修模块三，都未见数值改动。