大氣壓力 (Atmospheric pressure) 與大氣壓 (Atmosphere, atm)

大氣壓力 (Atmospheric pressure) 與大氣壓 (Atmosphere, atm)

國立臺灣大學化學工程系碩士生吳宗澤/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

大氣壓力 (Atmospheric pressure) 來自於大氣層中空氣所產生的重力，大氣壓 (Atmosphere)，為描述大氣壓力大小的單位之一，通常以縮寫「atm」表示。

在較低海拔時，由於其上的氣體量比高海拔處多，故具有較大的大氣壓力；反之，高空的空氣較稀薄，大氣壓力也就隨著海拔高度而逐漸下降，其關係可以由以下的關係式來說明：

P：壓力，P₀：海平面上的平均壓力，z：高度，H：尺度高 (Scale height)。

尺度高不是常數，會受到溫度影響。空氣熱脹冷縮，當溫度升高時，空氣密度變低，相同面積的土地其上方的空氣也就較輕，所以高溫地帶的大氣壓力較低。同理，溫度越高尺度高越大；對於相同的P₀以及z來說，H越大，則會造成P越小。

由於不同地方的海拔高度不同，也因此我們需要一個標準大氣壓值為參考標準，國際參考壓力值定義地球海平面上的平均壓力為101325 Pa，也就是1 atm。下表為其他大氣壓力單位和大氣壓的轉換關係。

表一（註：1 pa = 1 N/m^2）

化學上常用的標準狀態 (Standard temperature and pressure, STP) 為：0℃ (273.15 K)，1 atm (101.325 kPa)。然而要注意的是，1982年國際純化學暨應用化學聯合會 (IUPAC) 為了突出某些物質的物理性質，建議標準壓力應該定義為100 kPa (1 bar)。

歷史上科學家們首次發現到大氣壓力的概念則要追溯到年的馬德堡半球實驗 (Magdeburger Halbkugeln)，這是在1654年由當時德國的馬德堡市長奧圖.凡.格里克 (Otto von Guericke, 1602-1686) 所進行的，格力克製造了兩個直徑在51公分的紅色銅製半球，在半球的中間布置了一層近滿了油的皮革以便使兩個半球能完全密合，然後使 用了真空幫浦將球內抽成真空。接著他安排了座右兩邊各15匹馬向外拉，然而結果卻讓當時所有人大吃一驚，30匹馬居然無法拉開這兩顆半球，因此這個實驗從 此一夕成名，被稱之為馬德堡半球。

而確切的定義了一大氣壓與國際上常用單位的轉換則是由義大利的科學家托里切利 (Evangelista Torricelli) 的實驗進行。托里切利在1643年製造了一隻大約在一公尺長的玻璃管柱，封住其中一端，然後用水銀裝滿管子，接著將管子垂直插入一 個裝滿水銀的盆子。他發現水銀柱從原來的一公尺降到大約76公分，而且不論是何種尺寸的管子，也不管是否是垂直插入盆中，或是斜斜的插入盆中，水銀柱與地 表的垂直高度依然是76公分左右，就這樣他確定了一大氣壓約是76公分水銀柱高，而水銀柱高也被日用後來當作是測量壓力的一種單位。

參考資料：
1. WIKIPEDIA– Atmosphere_(unit)  http://en.wikipedia.org/wiki/Atmosphere_(unit)
2. 維基百科|氣壓  http://zh.wikipedia.org/wiki/氣壓
3. WIKIPEDIA– Scale_height  http://en.wikipedia.org/wiki/Scale_height