溫度、濕度與大氣壓強(qiáng)
濕度越大大氣壓強(qiáng)越大
初中物理告訴我們：“大氣壓的變化跟天氣有密切的關(guān)系．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(duì)這段敘述,就是老師也往往不易說清,筆者認(rèn)為,這個(gè)問題可歸結(jié)為溫度、濕度與大氣壓強(qiáng)的關(guān)系問題．今談?wù)勛约旱某醪秸J(rèn)識(shí)．
我們通常所稱的大氣,就是包圍在地球周圍的整個(gè)空氣層．它除了含有氮?dú)?、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（即濕度?。┑目諝夥Q“干空氣”,而把含水汽較多（即濕度大）的空氣稱“濕空氣”．不要以為“干”的東西一定比“濕”的東西輕．其實(shí),干空氣的分子量是 28.966,而水汽的分子量是18.016,故干空氣分子要比水汽分子重．在相同狀況下,干空氣的密度也比水汽的密度大．水汽的密度僅為干空氣密度的 62％左右．
應(yīng)當(dāng)說,由于大氣處于地球周圍的一個(gè)開放空間,而不存在約束其運(yùn)動(dòng)范圍的具體疆界,這就使它跟處于密閉容器中的氣體不同．對(duì)一個(gè)盛有空氣的密閉容器來說,只要容器中氣體未達(dá)到飽和狀態(tài),那么,當(dāng)我們向容器中輸入水汽的時(shí)候,氣體的壓強(qiáng)必然會(huì)增加．而大氣的情況則不然．當(dāng)因自然因素或人為因素使某區(qū)域中的大氣濕度增大時(shí),則該區(qū)域中的“濕空氣”分子（包括空氣分子和水汽分子）必然要向周圍地區(qū)擴(kuò)散．其結(jié)果將導(dǎo)致該區(qū)域大氣中的“干空氣”含量比周圍地區(qū)小,而水汽含量又比周圍地區(qū)大．這猶如在大豆中摻入棉籽時(shí)其混合體密度要小于大豆密度一樣,所以該區(qū)域的濕空氣密度也就小于其它地區(qū)的干空氣密度．這樣,對(duì)該區(qū)域的一個(gè)單位底面積的氣柱而言,其重量也就小于其它干空氣地區(qū)同樣的氣柱這也就告訴我們,大氣壓隨空氣濕度的增大而減小．就陰天與晴天而言,實(shí)際上也就是陰天的空氣濕度比晴天要大,因而陰天的大氣壓也就比晴天?。?
我們知道,氣體分子的“碰撞”是產(chǎn)生氣體壓強(qiáng)的根本原因．因而對(duì)大氣壓隨空氣濕度而變化的問題,我們也可以由此作出解釋,根據(jù)氣體分子運(yùn)動(dòng)的基本理論,氣體分子的平均速率：
則氣體分子的平均動(dòng)量（僅考慮其大小）
由此可見,平均質(zhì)量大的氣體分子,其平均動(dòng)量也大（有的文獻(xiàn)①中所言：“干空氣的平均速度也大于濕空氣”,是不正確的）．而對(duì)相同狀況下的于空氣與濕空氣來說,由于于空氣中的氣體分子密度及分子的平均質(zhì)量都比濕空氣要大,且干空氣分子的平均動(dòng)量也比濕空氣大,因而濕度小的干空氣壓強(qiáng)也就比濕度大的濕空氣大．
當(dāng)我們給盛有空氣的密閉容器加熱的時(shí)候,則其壓強(qiáng)當(dāng)然也會(huì)增大．而對(duì)大氣來說情況就不同了．當(dāng)某一區(qū)域的大氣溫度因某種因素而升高時(shí),必將引起空氣體積的膨脹,空氣分子勢(shì)必要向周圍地區(qū)擴(kuò)散．溫度高,氣體分子固然會(huì)運(yùn)動(dòng)得快些,這將成為促進(jìn)壓強(qiáng)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(kuò)散,則該區(qū)域內(nèi)的氣體分子數(shù)就要減少,從而形成一個(gè)促使壓強(qiáng)減小的因素．而實(shí)際的情況乃是上述兩種對(duì)立因素共同作用的結(jié)果．至于這兩種因素中哪個(gè)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(shí)際情況．我們說,夏季大陸上氣溫比海洋上高,由于大陸上的空氣向海洋上擴(kuò)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,由于海洋上空氣要向大陸上擴(kuò)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(kuò)散兩個(gè)因素中,擴(kuò)散起著主要的、決定性的作用．應(yīng)當(dāng)指出,這里所說的擴(kuò)散,是指空氣的橫向流動(dòng)．因?yàn)橛煽諝獾目v向流動(dòng)并不能改變豎直氣柱的重量（有的文獻(xiàn)②把因溫度而產(chǎn)生的氣壓變化說成是空氣沉浮的結(jié)果,這是不妥的）,因而也就不能改變大氣的壓強(qiáng)（對(duì)重力加速度g因高度變化而產(chǎn)生的影響完全可以忽略）．
由于地球上的大氣總量是基本上恒定的．當(dāng)一個(gè)地區(qū)的氣溫增加時(shí),往往伴隨著另一個(gè)地區(qū)溫度的降低,這就為高溫處的空氣向低溫處擴(kuò)散帶來了可能．而擴(kuò)散的結(jié)果常常是高溫處的氣壓比低溫處低．當(dāng)我們生活的北半球是接受太陽熱量最多的盛夏時(shí),南半球卻是接受太陽熱量最少的嚴(yán)冬．這時(shí),由于北半球的空氣要向南半球擴(kuò)散而使北半球的氣壓較南半球要低．而由于大氣總量基本不變,則此時(shí)北半球的氣壓就低于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,南半球的氣壓當(dāng)然也就會(huì)高于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓．同樣,空氣的反方向擴(kuò)散又會(huì)使北半球冬季的氣壓高于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓．因而,在北半球,冬季的大氣壓就會(huì)比夏季要高．當(dāng)然,大氣壓的變化是很復(fù)雜的,但對(duì)中學(xué)課本上的說法作上述解釋還是可以的