大氣壓力

3D 有趣實驗:大氣壓力與水沸騰

3D 有趣實驗:大氣壓力與水沸騰
國立臺北教育大學自然科教育系 周金城副教授

前言

在平地一大氣壓下,水的沸點大約是攝氏一百度;但在高山地區,山上氣壓較小,水的沸點因此也較低,水在不到攝氏一百度就可以沸騰了!本實驗將利用抽氣罐模擬山上壓力較低的環境,讓已沸騰的水在沒有持續加熱冷卻的情況下,能夠再次沸騰。

實驗影片

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3D有趣的實驗:大氣壓力的力量

3D有趣的實驗:大氣壓力的力量
國立臺北教育大學自然科教育系 周金城副教授

前言

一莫耳的水18克,體積約18毫升,100℃的水加熱變成100℃的水蒸氣,體積可達30586毫升,體積膨脹1700倍。當我們在奶粉罐裡加入少許的水加熱使其沸騰,此時將鐵罐密封起來,水在沸騰後變成水蒸氣時體積膨脹最高可達1700倍。相反的,當水蒸氣變成水時,體積縮小1700倍。於充滿水蒸氣的鐵罐外澆冷水讓奶粉罐降溫,裡面的水蒸氣因為降溫凝結成水,體積也縮小1700倍,體積瞬間縮小,導致奶粉罐外的大氣壓力的擠壓,使瓶內往內收縮而變形。

實驗影片

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絕對壓力

絕對壓力 (Absolute Pressure)
國立臺灣大學物理學系 曾奕晴

壓力的定義

在物理學上,壓力 (\(\mathrm{P}\), Pressure) 的定義為物體在單位面積上所受的正向力。用數學式表達即為 \(P=\frac{F}{A}\),其中 \(F\) 為作用之正向力,\(A\) 為表面積。

壓力有許多不同的單位表示方法,其中常用的有標準大氣壓 (\(\mathrm{atm}\))、帕斯卡 (\(\mathrm{Pa}\), pascal)、巴 (\(\mathrm{bar}\))、托 (\(\mathrm{torr}\))、公分水銀柱 (\(\mathrm{cm-Hg}\)),以及 \(\mathrm{PSI}\)(磅/平方英吋)。

如何踢出會轉彎的香蕉球?

如何踢出會轉彎的香蕉球?
國立臺灣大學應用物理所碩士生劉伊修/國立臺灣大學物理學系王名儒教授責任編輯

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圖一 2014世界盃足球賽(圖片來源:維基百科)

足球的國際賽事常常掀起足球熱潮,這項運動的迷人之處有很多,其中包含了足球美麗的正五邊形和正六邊形縫線圖案、大曲度的射球(俗稱香蕉球)、很像跳舞的運動姿勢等。早期的足球是用動物的膀胱和動物的皮做成的,而現在是用人造皮,大部份是用十二塊正五邊形和二十塊正六邊形的塑膠皮縫製而成。因為外皮有這些縫線的存在,所以足球和平滑的圓球比起來更容易擾動周圍的空氣,使得大曲度轉彎的球路更容易出現,增加了許多美感。

但是會轉彎的旋球是如何踢出的呢?從技巧方面而言,不論是腳背外側或內側都可以踢出旋球,只要不是剛好踢到球心,若加上扭腰的動作,球基本上都會轉。足球鞋的鞋面上的縫線是為了增加鞋面和球面的摩擦力,不同的縫線和紋路提供了多變的性能。只是如果球轉得不夠快,那麼足球轉彎的曲度就不會太明顯。所以踢旋球的重點是要讓足球旋轉,而不是足球往前的速度。大曲度的香蕉球可以很慢的球速讓足球沿著原本前進方向轉90度,恰好繞過一排對手所組成的人牆。

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。