气压计 - 定义、工作原理、如何制作气压计

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引言

气压计可以定义为用于测量大气压的装置。我们都知道大气压随海平面以上和以下的高度而变化。在17世纪意大利进行的调查中，人们知道水银气压计被用来寻找为什么不可能设计一种吸水泵来将水提升到高于10米的高度。Evangelista Torricelli于1644年设计了第一个装置，这通常被认为是第一个气压计。到1648年，气压计被用于三个目的：物理定律追踪设备、计算高度的工具和天气监测器。

气压计

气压计是一种帮助确定大气压力的仪器，因此有助于天气预报和高度测定。包裹在地球周围的空气层被称为大气层。由于地球的重力，这空气有重量并对它接触的一切施加压力。气压计用于测量这种压力。由于大气压力的变化，天气也会受到影响。气象学家使用气压计进行天气预报。

气压计是如何工作的？

托里拆利式和空盒式是传统的气压计。如今，气压计是电子式的，完全有一个显示压力读数的液晶显示屏。最简单的一种气压计有一个高而封闭的管子，倒立在水银浴中。水银的密度大于水，因此大气压力会提升水银的体积。如果我们用水代替水银，那么我们需要一个很高的管子，这对我们来说是不合适的。

一个玻璃管装满水银，一端密封。这是它的发明，开放的一端放在一小滴水银上。液位总是稳定在大约30英寸的高度。结论是，水银柱是由作用在水银开放表面上的空气压力维持的。

气压计的类型

气压计主要有两种类型。

• 水银气压计

• 空盒气压计

水银气压计（工作原理）

水银气压计是最流行、简单、基本的气压计，它使用水银。在室温下，液态水银的密度较高。在这种类型的气压计中使用它是因为与水相比它更方便使用。水的密度较低，因此如果我们想用水，则需要一个较高的管子，因为与水银相比，大气压力会将水在管中向上提升更高的体积。

水银气压计有一个长玻璃柱或管，其中含有水银，并在其上标有英寸刻度。管的一端（顶端）是密封的，另一端（底端）在水银槽中是开放的。在此过程中，请注意不要让空气进入管子。在水银柱上方会产生真空。

工作原理

• 当水银在管中上升时，表明大气压力很高。

• 当水银在管中下降时，表示压力较低。

因此，水银的这种升降提供了大气压力的估计。

Hannes Grobe 19:02, 2006年9月3日 (UTC)，水银气压计水银柱，CC BY-SA 2.5

空盒气压计

水银气压计更精确，但由于水银有毒，因此现在大多数人使用空盒气压计。空盒气压计由一个密封的、不透气的金属盒组成，随着大气压力的升降，这个盒子的内部会压缩或外部会膨胀。一个弹簧与盒子相连，弹簧又连接到表盘上的指示器。这个表盘经过微调，我们可以立即看到气压。这个盒子是由铍铜合金制成的。

如何制作气压计？

制作简单的水银气压计所需的器材

• 气压计管

• 水银瓶

• 夹具

• 米尺

步骤

• 气压计管应装满水银，直到几乎充满，然后用你的手指盖住开口。

• 用手指按住顶部，将管子倒置到装满水银的槽中。取下手指。水银的高度会下降。夹紧气压计并测量水银柱的高度。

• 根据公式计算压力

$$\mathrm{大气压\:=\:pgh}$$

这里：

ρ=水银的密度

g=重力加速度

h=水银柱的高度

结论

气压计是一种用于测量大气压力和高度的装置。有各种类型的气压计，即水银气压计、空盒气压计、Fortin气压计和数字气压计。空盒气压计也称为非液体气压计，因此它被广泛用于不同的仪器和高度计中。如今，数字气压计最常用。在这些气压计中，Fortin气压计最为精确。

常见问题

Q1. 写下简单气压计的局限性？

答：一些列出的气压计缺点如下：

• 气压计中使用的玻璃管没有保护。

• 由于容器只有一侧开口，因此可能混入杂质。

• 将气压计从一个地方移动到另一个地方很不方便。

Q2. 写下最影响气压计的主要因素？

答：主要有三个因素会影响气压计的读数。

• 海拔高度

• 湿度

• 空气温度

Q3. 谁发明了测量压力装置气压计？

答：Evangelista Torricelli 以研究气压计而闻名。他也是一位意大利物理学家和数学家。

Q4. 写下气压计的五个应用？

答：气压计有很多应用，下面列出了一些：

• 它用于流体力学

• 测量大气压力

• 天气预报和天气分析

• 借助它，我们还可以找到一个地方的海拔高度。

• 在飞机上，气压计用于确定压力。

Q5. 1 atm 的定义是什么？

答：大气将水银向下推，使其在海平面的管中上升到大约30英寸或760毫米的高度，则此空气压力称为一个大气压或 1 atm。

Q6. 写下压力的 SI 单位。

答：压力 = 单位面积上的力

$$\mathrm{压力的单位\:=\:Nm^{-2}\:=\:帕斯卡}$$

Q7. 气压计和压力计有什么区别？

答：借助气压计，我们只能测量大气压力，但借助压力计，我们可以测量小于大气压力的压力。