氣壓計 - 定義、工作原理、如何製作氣壓計

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引言

氣壓計可以定義為用於測量大氣壓的裝置。我們都知道大氣壓隨海平面以上和以下的高度而變化。在17世紀義大利進行的調查中，人們知道水銀氣壓計被用來尋找為什麼不可能設計一種吸水泵來將水提升到高於10米的高度。Evangelista Torricelli於1644年設計了第一個裝置，這通常被認為是第一個氣壓計。到1648年，氣壓計被用於三個目的：物理定律追蹤裝置、計算高度的工具和天氣監測器。

氣壓計

氣壓計是一種幫助確定大氣壓力的儀器，因此有助於天氣預報和高度測定。包裹在地球周圍的空氣層被稱為大氣層。由於地球的重力，這空氣有重量並對它接觸的一切施加壓力。氣壓計用於測量這種壓力。由於大氣壓力的變化，天氣也會受到影響。氣象學家使用氣壓計進行天氣預報。

氣壓計是如何工作的？

托里拆利式和空盒式是傳統的氣壓計。如今，氣壓計是電子式的，完全有一個顯示壓力讀數的液晶顯示屏。最簡單的一種氣壓計有一個高而封閉的管子，倒立在水銀浴中。水銀的密度大於水，因此大氣壓力會提升水銀的體積。如果我們用水代替水銀，那麼我們需要一個很高的管子，這對我們來說是不合適的。

一個玻璃管裝滿水銀，一端密封。這是它的發明，開放的一端放在一小滴水銀上。液位總是穩定在大約30英寸的高度。結論是，水銀柱是由作用在水銀開放表面上的空氣壓力維持的。

氣壓計的型別

氣壓計主要有兩種型別。

• 水銀氣壓計

• 空盒氣壓計

水銀氣壓計（工作原理）

水銀氣壓計是最流行、簡單、基本的氣壓計，它使用水銀。在室溫下，液態水銀的密度較高。在這種型別的氣壓計中使用它是因為與水相比它更方便使用。水的密度較低，因此如果我們想用水，則需要一個較高的管子，因為與水銀相比，大氣壓力會將水在管中向上提升更高的體積。

水銀氣壓計有一個長玻璃柱或管，其中含有水銀，並在其上標有英寸刻度。管的一端（頂端）是密封的，另一端（底端）在水銀槽中是開放的。在此過程中，請注意不要讓空氣進入管子。在水銀柱上方會產生真空。

工作原理

• 當水銀在管中上升時，表明大氣壓力很高。

• 當水銀在管中下降時，表示壓力較低。

因此，水銀的這種升降提供了大氣壓力的估計。

Hannes Grobe 19:02, 2006年9月3日 (UTC)，水銀氣壓計水銀柱，CC BY-SA 2.5

空盒氣壓計

水銀氣壓計更精確，但由於水銀有毒，因此現在大多數人使用空盒氣壓計。空盒氣壓計由一個密封的、不透氣的金屬盒組成，隨著大氣壓力的升降，這個盒子的內部會壓縮或外部會膨脹。一個彈簧與盒子相連，彈簧又連線到錶盤上的指示器。這個錶盤經過微調，我們可以立即看到氣壓。這個盒子是由鈹銅合金製成的。

如何製作氣壓計？

製作簡單的水銀氣壓計所需的器材

• 氣壓計管

• 水銀瓶

• 夾具

• 米尺

步驟

• 氣壓計管應裝滿水銀，直到幾乎充滿，然後用你的手指蓋住開口。

• 用手指按住頂部，將管子倒置到裝滿水銀的槽中。取下手指。水銀的高度會下降。夾緊氣壓計並測量水銀柱的高度。

• 根據公式計算壓力

$$\mathrm{大氣壓\:=\:pgh}$$

這裡：

ρ=水銀的密度

g=重力加速度

h=水銀柱的高度

結論

氣壓計是一種用於測量大氣壓力和高度的裝置。有各種型別的氣壓計，即水銀氣壓計、空盒氣壓計、Fortin氣壓計和數字氣壓計。空盒氣壓計也稱為非液體氣壓計，因此它被廣泛用於不同的儀器和高度計中。如今，數字氣壓計最常用。在這些氣壓計中，Fortin氣壓計最為精確。

常見問題

Q1. 寫下簡單氣壓計的侷限性？

答：一些列出的氣壓計缺點如下：

• 氣壓計中使用的玻璃管沒有保護。

• 由於容器只有一側開口，因此可能混入雜質。

• 將氣壓計從一個地方移動到另一個地方很不方便。

Q2. 寫下最影響氣壓計的主要因素？

答：主要有三個因素會影響氣壓計的讀數。

• 海拔高度

• 溼度

• 空氣溫度

Q3. 誰發明了測量壓力裝置氣壓計？

答：Evangelista Torricelli 以研究氣壓計而聞名。他也是一位義大利物理學家和數學家。

Q4. 寫下氣壓計的五個應用？

答：氣壓計有很多應用，下面列出了一些：

• 它用於流體力學

• 測量大氣壓力

• 天氣預報和天氣分析

• 藉助它，我們還可以找到一個地方的海拔高度。

• 在飛機上，氣壓計用於確定壓力。

Q5. 1 atm 的定義是什麼？

答：大氣將水銀向下推，使其在海平面的管中上升到大約30英寸或760毫米的高度，則此空氣壓力稱為一個大氣壓或 1 atm。

Q6. 寫下壓力的 SI 單位。

答：壓力 = 單位面積上的力

$$\mathrm{壓力的單位\:=\:Nm^{-2}\:=\:帕斯卡}$$

Q7. 氣壓計和壓力計有什麼區別？

答：藉助氣壓計，我們只能測量大氣壓力，但藉助壓力計，我們可以測量小於大氣壓力的壓力。