溫度、溼度與大氣壓強

溼度越大大氣壓強越大

初中物理告訴我們：“大氣壓的變化跟天氣有密切的關係．一般地說，晴天的大氣壓比陰天高，冬天的大氣壓比夏天高．”對這段敘述，就是老師也往往不易說清，筆者認為，這個問題可歸結為溫度、溼度與大氣壓強的關係問題．今談談自己的初步認識．

我們通常所稱的大氣，就是包圍在地球周圍的整個空氣層．它除了含有氮氣、氧氣及二氧化碳等多種氣體外，還含有水汽和塵埃．我們把含水汽很少（即溼度小）的空氣稱“幹空氣”，而把含水汽較多（即溼度大）的空氣稱“溼空氣”．不要以為“幹”的東西一定比“溼”的東西輕．其實，幹空氣的分子量是28.966，而水汽的分子量是18.016，故幹空氣分子要比水汽分子重．在相同狀況下，幹空氣的密度也比水汽的密度大．水汽的密度僅為幹空氣密度的62％左右．

應當說，由於大氣處於地球周圍的一個開放空間，而不存在約束其運動範圍的具體疆界，這就使它跟處於密閉容器中的氣體不同．對一個盛有空氣的密閉容器來說，只要容器中氣體未達到飽和狀態，那麼，當我們向容器中輸入水汽的時候，氣體的壓強必然會增加．而大氣的情況則不然．當因自然因素或人為因素使某區域中的大氣溼度增大時，則該區域中的“溼空氣”分子（包括空氣分子和水汽分子）必然要向周圍地區擴散．其結果將導致該區域大氣中的“幹空氣”含量比周圍地區小，而水汽含量又比周圍地區大．這猶如在大豆中摻入棉籽時其混合體密度要小於大豆密度一樣，所以該區域的溼空氣密度也就小於其它地區的幹空氣密度．這樣，對該區域的一個單位底面積的氣柱而言，其重量也就小於其它幹空氣地區同樣的氣柱這也就告訴我們，大氣壓隨空氣溼度的增大而減小．就陰天與晴天而言，實際上也就是陰天的空氣溼度比晴天要大，因而陰天的大氣壓也就比晴天小．

我們知道，氣體分子的“碰撞”是產生氣體壓強的根本原因．因而對大氣壓隨空氣溼度而變化的問題，我們也可以由此作出解釋，根據氣體分子運動的基本理論，氣體分子的平均速率：

則氣體分子的平均動量（僅考慮其大小）

由此可見，平均質量大的氣體分子，其平均動量也大（有的文獻①中所言：“幹空氣的平均速度也大於溼空氣”，是不正確的）．而對相同狀況下的於空氣與溼空氣來說，由於於空氣中的氣體分子密度及分子的平均質量都比溼空氣要大，且幹空氣分子的平均動量也比溼空氣大，因而溼度小的幹空氣壓強也就比溼度大的溼空氣大．

當我們給盛有空氣的密閉容器加熱的時候，則其壓強當然也會增大．而對大氣來說情況就不同了．當某一區域的大氣溫度因某種因素而升高時，必將引起空氣體積的膨脹，空氣分子勢必要向周圍地區擴散．溫度高，氣體分子固然會運動得快些，這將成為促進壓強增大的因素．但另一方面，隨著溫度的升高，氣體分子便向周圍擴散，則該區域內的氣體分子數就要減少，從而形成一個促使壓強減小的因素．而實際的情況乃是上述兩種對立因素共同作用的結果．至於這兩種因素中哪個起主要作用，我們不妨來看一看大陸及海洋上氣壓隨氣溫變化的實際情況．我們說，夏季大陸上氣溫比海洋上高，由於大陸上的空氣向海洋上擴散，而使大陸上的氣壓比海洋上低；冬季大陸氣溫比海洋上低，由於海洋上空氣要向大陸上擴散，又使大陸上氣壓比海洋上高．而由此可見，在溫度變化和分子擴散兩個因素中，擴散起著主要的、決定性的作用．應當指出，這裡所說的擴散，是指空氣的橫向流動．因為由空氣的縱向流動並不能改變豎直氣柱的重量（有的文獻②把因溫度而產生的氣壓變化說成是空氣沉浮的結果，這是不妥的），因而也就不能改變大氣的壓強（對重力加速度g因高度變化而產生的影響完全可以忽略）．

由於地球上的大氣總量是基本上恆定的．當一個地區的氣溫增加時，往往伴隨著另一個地區溫度的降低，這就為高溫處的空氣向低溫處擴散帶來了可能．而擴散的結果常常是高溫處的氣壓比低溫處低．當我們生活的北半球是接受太陽熱量最多的盛夏時，南半球卻是接受太陽熱量最少的嚴冬．這時，由於北半球的空氣要向南半球擴散而使北半球的氣壓較南半球要低．而由於大氣總量基本不變，則此時北半球的氣壓就低於標準大氣壓，南半球的氣壓當然也就會高於標準大氣壓．同樣，空氣的反方向擴散又會使北半球冬季的氣壓高於標準大氣壓．因而，在北半球，冬季的大氣壓就會比夏季要高．當然，大氣壓的變化是很複雜的，但對中學課本上的說法作上述解釋還是可以的。

溫度、溼度與大氣壓強

溼度越大大氣壓強越大

初中物理告訴我們：“大氣壓的變化跟天氣有密切的關係．一般地說，晴天的大氣壓比陰天高，冬天的大氣壓比夏天高．”對這段敘述，就是老師也往往不易說清，筆者認為，這個問題可歸結為溫度、溼度與大氣壓強的關係問題．今談談自己的初步認識．

我們通常所稱的大氣，就是包圍在地球周圍的整個空氣層．它除了含有氮氣、氧氣及二氧化碳等多種氣體外，還含有水汽和塵埃．我們把含水汽很少（即溼度小）的空氣稱“幹空氣”，而把含水汽較多（即溼度大）的空氣稱“溼空氣”．不要以為“幹”的東西一定比“溼”的東西輕．其實，幹空氣的分子量是28.966，而水汽的分子量是18.016，故幹空氣分子要比水汽分子重．在相同狀況下，幹空氣的密度也比水汽的密度大．水汽的密度僅為幹空氣密度的62％左右．

應當說，由於大氣處於地球周圍的一個開放空間，而不存在約束其運動範圍的具體疆界，這就使它跟處於密閉容器中的氣體不同．對一個盛有空氣的密閉容器來說，只要容器中氣體未達到飽和狀態，那麼，當我們向容器中輸入水汽的時候，氣體的壓強必然會增加．而大氣的情況則不然．當因自然因素或人為因素使某區域中的大氣溼度增大時，則該區域中的“溼空氣”分子（包括空氣分子和水汽分子）必然要向周圍地區擴散．其結果將導致該區域大氣中的“幹空氣”含量比周圍地區小，而水汽含量又比周圍地區大．這猶如在大豆中摻入棉籽時其混合體密度要小於大豆密度一樣，所以該區域的溼空氣密度也就小於其它地區的幹空氣密度．這樣，對該區域的一個單位底面積的氣柱而言，其重量也就小於其它幹空氣地區同樣的氣柱這也就告訴我們，大氣壓隨空氣溼度的增大而減小．就陰天與晴天而言，實際上也就是陰天的空氣溼度比晴天要大，因而陰天的大氣壓也就比晴天小．

我們知道，氣體分子的“碰撞”是產生氣體壓強的根本原因．因而對大氣壓隨空氣溼度而變化的問題，我們也可以由此作出解釋，根據氣體分子運動的基本理論，氣體分子的平均速率：

則氣體分子的平均動量（僅考慮其大小）

由此可見，平均質量大的氣體分子，其平均動量也大（有的文獻①中所言：“幹空氣的平均速度也大於溼空氣”，是不正確的）．而對相同狀況下的於空氣與溼空氣來說，由於於空氣中的氣體分子密度及分子的平均質量都比溼空氣要大，且幹空氣分子的平均動量也比溼空氣大，因而溼度小的幹空氣壓強也就比溼度大的溼空氣大．

當我們給盛有空氣的密閉容器加熱的時候，則其壓強當然也會增大．而對大氣來說情況就不同了．當某一區域的大氣溫度因某種因素而升高時，必將引起空氣體積的膨脹，空氣分子勢必要向周圍地區擴散．溫度高，氣體分子固然會運動得快些，這將成為促進壓強增大的因素．但另一方面，隨著溫度的升高，氣體分子便向周圍擴散，則該區域內的氣體分子數就要減少，從而形成一個促使壓強減小的因素．而實際的情況乃是上述兩種對立因素共同作用的結果．至於這兩種因素中哪個起主要作用，我們不妨來看一看大陸及海洋上氣壓隨氣溫變化的實際情況．我們說，夏季大陸上氣溫比海洋上高，由於大陸上的空氣向海洋上擴散，而使大陸上的氣壓比海洋上低；冬季大陸氣溫比海洋上低，由於海洋上空氣要向大陸上擴散，又使大陸上氣壓比海洋上高．而由此可見，在溫度變化和分子擴散兩個因素中，擴散起著主要的、決定性的作用．應當指出，這裡所說的擴散，是指空氣的橫向流動．因為由空氣的縱向流動並不能改變豎直氣柱的重量（有的文獻②把因溫度而產生的氣壓變化說成是空氣沉浮的結果，這是不妥的），因而也就不能改變大氣的壓強（對重力加速度g因高度變化而產生的影響完全可以忽略）．

由於地球上的大氣總量是基本上恆定的．當一個地區的氣溫增加時，往往伴隨著另一個地區溫度的降低，這就為高溫處的空氣向低溫處擴散帶來了可能．而擴散的結果常常是高溫處的氣壓比低溫處低．當我們生活的北半球是接受太陽熱量最多的盛夏時，南半球卻是接受太陽熱量最少的嚴冬．這時，由於北半球的空氣要向南半球擴散而使北半球的氣壓較南半球要低．而由於大氣總量基本不變，則此時北半球的氣壓就低於標準大氣壓，南半球的氣壓當然也就會高於標準大氣壓．同樣，空氣的反方向擴散又會使北半球冬季的氣壓高於標準大氣壓．因而，在北半球，冬季的大氣壓就會比夏季要高．當然，大氣壓的變化是很複雜的，但對中學課本上的說法作上述解釋還是可以的。