atmosphere

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

3D 有趣實驗:神奇的大氣壓力,上傳Youtube網站,

開啟YouTube影片後,若設備允許,可以開啟最高解析度。右下角可以選擇2D或開啟3D。若開啟3D,選項有並排或紅藍等3D效果選項,請依您的設備選取適當格式。

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)。

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。

大氣現象大哉問!

大氣現象大哉問!(Questions about the atmosphere)
國立臺灣師範大學科學教育研究所李亭誼研究生/國立臺灣師範大學科學教育研究所許瑛玿教授責任編輯

偶爾仰望天空,看得見天空之美,但心中不免浮起一些疑問,例如天為何藍?又雲為何白呢?這些有趣的問題,就讓我們今天一一來說個分明吧!

1.為什麼白天時天空是藍色的,黃昏時偏橘紅色呢?

在晴朗無雲的時候望向天空,映入眼簾盡是一望無際的蔚藍。然而我們心中不免有些疑問,為什麼天空是藍色的呢?但又不是整天都是藍色的,接近傍晚日落時天空卻呈現橘紅色,這是為什麼呢?在此我們就來解答吧!

作者 Hsiung/d6478coke @ flickr

關於大氣的故事

關於大氣的故事 (Story of atmosphere)
臺北市立建國高級中學地球科學科 江豪章老師/國立臺灣師範大學地球科學系 陳正達教授責任編輯


今日我們把呼吸當作是理所當然的一件事,若回到地球剛形成之初,呼吸這件事就會變成不可能的任務了;想想宇宙中的元素,氫氣 (Hydrogen) 和氦氣 (Helium) 佔最高比例,直覺上來說,地球的大氣應該也要以氫氣和氦氣為主才是啊,但又為何現今的地球大氣是以氮氣 (Nitrogen) 和氧氣 (Oxygen) 為主呢?

全球的大氣排放和空氣污染發展趨勢

全球的大氣排放 (atmospheric emissions) 和空氣污染發展趨勢 (air pollution trends)
美國Stony Brook University王瑜君物理學博士/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題:

1. 發展中國家的許多大城市目前遇到那些空氣汙染的問題?

2. 那些空氣汙染問題過去得到改善? 那些問題繼續惡化?

二氧化硫(SO2),氮氧化物(NOX)和可吸入顆粒物(PM10

空氣污染的趨勢因為區域的不同而有變異。以二氧化硫和氮氧化物排放為例,歐洲和北美洲比較富裕國家的全國排放總量自1987 年以來一直呈下降趨勢。最近,歐洲除了關注有法規管制的陸源硫污染物排放,也注意到國際航運帶來的不受法規約束的硫化物排放的問題。而亞洲工業化國家在過去20年間,污染物排放量已經持續增加,有時增長幅度非常大。例如,2000 — 2005 年,中國的二氧化硫排放量大約增長了28%,而其氮氧化物的排放量在1996—2003年增長了50%。這種變化引起的後果就是,與1990年相比,全球二氧化硫和氮氧化物的排放量呈現持續增長的趨勢。其他工業不是特別密集的地區(非洲、拉丁美洲和加勒比地區)則有小幅度增長。

圖一:全球特定城市市區污染物的年均濃度變化趨勢 (圖片來源:GEO-4 p.52)

空氣污染物的特性和對人類健康的影響

空氣污染物 (air pollutants) 的特性和對人類健康的影響
美國Stony Brook University王瑜君物理學博士/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題:

1. 主要的空氣污染物的特性為何?

2. 空氣污染的主要成因為何?

3. 開發中國家的城市住民要承擔哪些健康的風險?

空氣污染是人類生存和環境保護必須面對的挑戰。這個挑戰也不只是一個特定區域的現象,而是會引發全球關注的公眾健康議題。除了對於人體健康產生的影響,空氣污染還會對農作物產量、森林生長、生態系統的結構和功能、材料以及空氣能見度等產生負面影響。空氣污染物一旦釋放到大氣中,就可以借助風力與其他污染物混和,發生化學變化,並最終沉降在各種物質的表面。