气体的定律-气压计(解析)

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1、基礎化學(三)1-2氣體的定律-氣體壓力計一、氣體的壓力01.壓力是物體表面每單位面積所受到的垂直作用力(P=)。02.氣體的壓力可分為兩大類，其一是在密閉系統中，不斷快速運動的氣體粒子撞擊器壁，造成密閉容器內的氣壓，例如：吹氣讓氣球脹大，即是氣體施加在氣球內壁的壓力所造成(右圖)。03.另一類則是在開放系統下的壓力，稱為大氣壓力。04.大氣中的氣體受地球重力影響而拉向地表，使其密度從地表向上漸減，大氣壓力逐漸降低(右圖)。05.大氣在地表所施加的壓力約為1.013×105牛頓/平方公尺。06.若將蓋緊的塑膠空瓶從海

2、拔約3000公尺處，帶往海拔約330公尺處，因塑膠瓶內、外壓力無法達成平衡，所以塑膠瓶受逐漸增加的大氣壓力作用而壓扁變形(右圖右)。07.此外，實驗室常用的抽濾瓶(右圖左)，通常有很厚的瓶壁，才足以抵擋抽氣時外界壓力的強度。08.義大利物理學家托里切利(EvangelistaTorricelli，1608~1647)第10頁共7頁於西元1643年設計水銀氣壓計來測量大氣壓力，他將一端封住的玻璃管，加滿水銀後倒置插入一個灌滿水銀的碟子，此時玻璃管內一部分的水銀流出，造成封口端有一小段真空。如左圖，在海平面測量時，水銀柱

3、高度約為760毫米，主要是因為管內水銀施加在水銀表面a點的壓力與大氣施加在水銀表面b點的壓力相等，所以大氣壓力為760毫米汞柱。09.大氣壓力常以水銀柱的高度來表示，單位為毫米汞柱(mmHg)10.大氣壓力會隨著海拔高度增加而減小，在玉山頂(約4000公尺)測得的大氣壓力只有440毫米汞柱。公式：P=-×8(mmHg)解析：P=-×8(mmHg)=760-×8=44011.大氣壓力會隨著空氣中含水蒸氣的量增加而降低，水蒸氣的量增加可形成低氣壓。12.大氣壓力會隨著緯度而改變。13.SI制的壓力單位為帕(pascal，

4、Pa)，相當於1牛頓(N/m2)的作用力。0℃時，海平面測得的平均大氣壓力為1大氣壓，稱為標大氣壓力。14.下式列出數種常用的大氣壓力單位及之間的數值換算。1大氣壓=76公分汞柱=760毫米汞柱=760托(torr)=1033.6公分水柱=1033.6gw/cm2=1.013×105帕=1013百帕=1.013巴。15.某山頂的大氣壓力為380mmHg，試問此壓力相當於0.5大氣壓=506.5百帕。壓力為1.5公分汞柱高=20.4公分水柱高。解析：P=380mmHg×=0.5atm×=506.5hPa第10頁共7頁P

5、=1.5cmHg×=20.4cmH2O16.下列各量值，各相當於多少大氣壓(atm)？(A)76mmHg=0.1atm(B)1013百帕=1.0atm(C)1.00帕=9.87×10-6atm(D)1.013×105N/m2=1.0atm(E)760托(torr)=1.0atm。解析：(A)P=76mmHg×=0.1atm(B)P=1013百帕×=1.0atm(C)P=1.0帕×=9.87×10-6atm(D)P=1.013×105N/m2×=1.0atm(E)P=760torr×=1.0atm17.西元1654年，

6、馬德堡市長格里克為了證明大氣壓力的存在，製造了兩個直徑51公分的暗紅色銅製半球(右圖)，組合後以自製的真空幫浦將球內的空氣抽掉，此時兩個沉重的銅製半球緊密結合。為了證明其緊密度，他安排兩支各15匹馬的隊伍，以相反方向試圖將該球體拉開，卻無法達成。最後還是藉由解除真空狀態才得以將此兩半球分開。這就是著名的「馬德堡半球實驗」。18.汲水幫浦運作原理：(a)當把手下壓，下方活門開啟，地下水提升至泵缸內；(b)接著把手上舉，水移至活塞上方；第10頁共7頁(c)如此反覆操作，水位逐漸上升至汲水口然後流出。二、氣體壓力的測量19

7、.壓力計是測量容器內氣體壓力的裝置，分為封閉式和開放式兩種。20.封閉式壓力計如右圖(a)，U形管一端封閉(真空)、另一端接圓底瓶，管內則添加水銀。21.當圓底瓶在真空狀態，U形管兩邊水銀柱高度相同(右圖(a))；當圓底瓶內含氣體時，會將U形管左邊的水銀壓往右方，其水銀柱高度差即為圓底瓶內氣體壓力(右圖(b))。22.開放式壓力計則是將U形管封閉端改為開放式，因此U形管右端受到大氣壓力的作用，而左端則是受到圓底瓶內氣體壓力的影響；故U形管左、右兩邊水銀柱的高度差恰等於瓶內氣體壓力與大氣壓力的差值。如下圖(a)中，左、

8、右兩邊水銀柱的高度相同，所以瓶內氣體的壓力等於大氣壓力；下圖(b)中，大氣壓力大於瓶內氣體的壓力，使得水銀壓往U形管的左方；而下圖(c)中，瓶內氣體的壓力大於大氣壓力，使得水銀壓往U形管的右方。23.右圖為開口壓力計，則氣體之壓力為36cmHg。解析：由右圖知：左管較右管高]表示大氣壓力大於氣體壓第10頁共7頁力，故Pg=Pa-h=1atm-(