2009年10月7日 星期三

單元5 大氣壓力與高、低氣壓

上課內容:http://etfamily.tp.edu.tw/miaoni/volunteer?n=docvew&i=1109

上課講義:http://etfamily.tp.edu.tw/miaoni/volunteer?n=docvew&i=1110


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一、馬德堡半球實驗

  三百多年前,德國的一個小城市──馬德堡,當時的市長正是鼎鼎有名的物理學家葛利克葛利克為了證明大氣壓力的強大威力,就訂做了兩個可以完全密合的空心銅半球,直徑約三十七公分。其中的一個半球裝有抽氣用的活門。葛利克把兩個銅半球密合起來,接上抽氣 筒,使勁的把裡面的空氣抽光。然後叫人在兩個半球的扣環,各栓上一匹高頭的大馬。但是任憑怎麼用力,始終拉不開兩個半球!葛利克在兩個半球上把馬的數目,逐漸的增為兩匹、三匹……,但是都拉不動。直到兩邊各栓上八匹駿馬,只聽到砲聲一響,十六匹馬上的騎士用力的鞭打著馬兒,馬兒拼命的往外衝,往外拉。突然「轟」的一聲巨響,兩個半球終於被拉開了。
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  奇怪的是,葛利克又把兩個半球密合起來,但不抽走裡面的空氣。結果,葛利克居然不費吹灰之力,兩手就輕易地把兩個半球拉開了。 為什麼抽光空氣的半球,要十六匹馬才拉得開?沒空氣的半球,卻可以輕易拉開呢?這就是大氣壓的威力了。 前面說過,地表每一平方公分的面積上,大約要承受一公斤的大氣。銅半球抽光空氣時,只有外側被大氣壓著,每個半球受到的大氣壓力居然大到三千公斤以上,難怪各要八匹馬才拉得開了。如果銅半球內部的空氣沒被抽走,則銅半球的內外兩側都有大氣壓著,兩股力量互相抵消,當然很容易拉開了。

二、大氣壓力

  聚集在地球四周的空氣叫做大氣。大氣受地心引力吸引,不會遠離地球,大氣的重量所形成的壓力稱為大氣壓力。 地球海平面的大氣壓力,相當於每平方公分受到一點零三公斤的力;離開地球表面愈遠,空氣愈少,壓力也相對地降低。在距離海平面五千五百公尺的高山上。氣壓只有海平面的一半。一般的大氣壓力,都是以海平面的大氣壓力為標準,稱為一般大氣壓力。

三、大氣壓力對於日常生活有何影響?

  大氣壓力對人日常生活是有相當影響的,這可從兩方面來探討:在平地正常情況下,台灣地區大氣壓力大多在1000hPa±10~30hPa,冬天較高,夏季較低,有強烈颱風侵襲情況下氣壓會更低一點。
  1. 大氣壓力高低對人本身感受的影響:在一般情況下,人體(流體)內亦帶有一個大氣壓力,人體對外及大氣對人體所施的壓力大致維持平衡相仿,差一點不會感覺到有任何影響,但氣壓係隨高度而減小,3000公尺的大氣壓力大概只有700hPa(約為地面大氣壓力的7/10),4000公尺(玉山氣象站的海拔3858公尺左右)的大氣壓力大約只有620hPa左右,如人剛到玉山,他肚內的壓力大約仍維持1000hPa左右,即體內對外的壓力大於大氣施於人的壓力,對人的影響就會很顯著,年長者可能無法承受這種壓力的不平衡而發生毛病,即所謂的高山病,嚴重者還會發生血管病變甚或腦血管破壞造成中風等等。
  2. 自由大氣壓力(氣壓)的高低會造成天氣好壞的不同:一般而言,氣壓愈高天氣愈好,氣壓愈低,會多雲雨,形成天氣不好或惡劣天氣,高氣壓相伴有好天氣,低氣壓相伴為壞天氣,就是氣壓高低造成之天氣好壞不同的實例。這種天氣的好壞,當然會影響人的生活,在狂風暴雨的颱風中,在大風雪或冰天雪地中生活極度艱難的。
  3. 晴雨表主要係根據氣壓高代表好天氣,氣壓低代表壞天氣的原理做成的。

四、氣壓是什麼?

  由大氣重量所產生的壓力,稱為「氣壓」。測量氣壓大小的儀器,稱為「氣壓計」。測量的單位是「毫巴」,標準的海平面氣壓是一零一三毫巴。氣壓的高低沒有一定數值,而是互相比較的,如某地區氣壓低於周圍的氣壓,便是「低氣壓」,高於周圍便是「高氣壓」。 氣壓的大小主要與空氣密度有關,空氣的密度愈小,氣壓愈低,反之氣壓就愈高。氣壓亦隨氣溫而變化,氣溫升高,空氣體積膨脹,密度變小,氣壓降低,空氣體積縮小,密度變大,氣壓升高。

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五、什麼是低氣壓?高氣壓?

  一處地方,大氣壓力比周圍地方的大氣壓力高,就叫做「高氣壓」,在天氣圖上用H表示;反之,就是「低氣壓」,在天氣圖上用L表示。高壓地區,空氣下沈,是晴天;低壓地區,空氣上升,空氣中的水氣到了高空遇冷會凝結成雲或造成降雨。

氣旋或低氣壓 lowc
  當地區的大氣壓力比其外圍低時,這個系統便稱為低氣壓或氣旋。在北(南)半球,低氣壓附近的空氣循逆時針(順時針)方向運行(從上面往下望)。接近地球表面,摩擦力使空氣稍微向內越過等壓線。進入低壓區的空氣只能往上升,因此低氣壓地區的天氣通常比較不穩定(如有雲、雨或驟雨等)
反氣旋或高氣壓 highc
  當地區的大氣壓力比其外圍高時,便稱之為反氣旋或高氣壓。在北(南)半球,反氣旋附近的氣流是順時針(逆時針)方向運行的。接近地球表面,摩擦力使空氣稍微向外越過等壓線。一般來說,高氣壓地區內的天氣比較穩定及晴朗。



六、為何高氣壓時天氣較好?低氣壓時天氣都較差?

  當某一地區的大氣壓力比 周圍高時,稱為高氣壓區。在高氣壓區,高空中的冷空氣向下沉,下沉的空氣使雲受熱後變成水蒸汽飄逸在空 中,所以天氣一般都比較好。當某一地區的大氣壓力比周圍低時,稱為低氣壓區,在低氣壓區,由於周圍空氣 的流入而迫使它向上升,此時空氣中所含的水汽會遇冷而凝結成雲致雨,故通常在低氣壓區內之天氣都較差。


資料來源:
1.為何高氣壓時天氣較好?低氣壓時天氣都較差?http://www.smg.gov.mo/www/dm/learnmet/c_wxarea.htm
2. 財團法人氣象應用推廣基金會<請教大氣壓力對於日常生活有何影響?>http://www.metapp.org.tw/index.php?option=com_content&view=article&id=161:2009-01-23-06-06-50&catid=43:live&Itemid=30
3.香港天文台-天氣術語http://www.hko.gov.hk/wxinfo/currwx/flw_description/flw_c.htm; 氣壓有什麼基本系統?http://www.weather.gov.hk/education/edu01met/wxobs/adv_pressure2c.htm
4.大氣壓力http://web.pajh.tp.edu.tw/gwzb/SCIE92/A02%E5%A4%A7%E6%B0%A3%E5%A3%93%E5%8A%9B.doc
5.科學小芽子 科學Q&A http://www.bud.org.tw/answer/9908/990874.htm
6.氣壓<維基百科,自由的百科全書>http://zh.wikipedia.org/zh-hk/%E5%A4%A7%E6%B0%A3%E5%A3%93%E5%8A%9B#.E7.9B.B8.E9.97.9C.E6.A2.9D.E7.9B.AE

片來源:
1.馬德堡半球<維基百科,自由的百科全書>馬德堡半球實驗想像圖- 加斯帕·史考特Gaspar Schott)繪製http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%A6%AC%E5%BE%B7%E5%A0%A1%E5%8D%8A%E7%90%83
2.中央氣象局-天氣預報-預測圖-地面天氣圖,最新天氣圖 http://www.cwb.gov.tw/

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