标准大气压是多少毫米汞柱(大气压与毫米汞柱换算规则)

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我们地球上的每个人都生活在大气层中,每个人也都知道大气压的存在,在地面附近,约为一个标准大气压。它的大小1.01×105帕斯卡,也可以用76cm汞柱来表示。那么这个数值是怎么得出来的呢?又是由谁得出来的呢?就让科普君带你进入意大利物理学家托里拆利的世界吧。

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埃万杰利斯塔·托里拆利

万杰利斯塔·托里拆利于1608年出生在意大利的法恩扎,那是意大利北部的一个小镇,以盛产瓷器而闻名。托里拆利的父亲是一个纺织工人,家里极其贫穷。为了托里拆利能够得到应有的教育,在他很小的时候就被送到了他的当僧侣的叔叔那里去了,在那里,至少能保证这个孩子受到良好的教育。1624年,托里拆利进入了法恩扎的一个耶稣会学院,在那里,他学习了两年数学和哲学。然后,由于他的父亲的去世,他的叔叔将他送到了罗马,在那里跟随萨皮扎大学的数学教授卡斯特利先生学习科学,卡斯特利教授是伽利略的学生。不过托里拆利并不是作为萨皮扎大学的学生,而只是作为卡斯特利教授的助手跟随他学习的。在罗马,托里拆利也成了数学家卡瓦列里的学生。

法恩扎

从1626年开始,托里拆利就系统地研究了伽利略的《两种新科学的对话》这本书,并从书中获得了有关力学原理的发展的很多启发。1641年,托里拆利出版了《论重物的运动》一书,企图对伽利略的动力学定律作出新的自己的结论。卡斯特利在一次拜访伽利略时,将托里拆利的论著给伽利略看了,还热情推荐了托里拆利。伽利略看完托里拆利论著之后,表示非常欣赏他的卓越见解,便邀请他前来充当助手。托里拆利来到佛罗伦萨,会见了伽利略,此时伽利略已双目失明,终日卧在病床上。在他生命的最后三个月中,托里拆利和他的学生担任了伽利略口述的笔记者,成了伽利略的最后的学生。1642年伽利略逝世后,托里拆利接替伽利略任佛罗伦萨科学院的物理学和数学教授,并被任命为宫廷首席数学家。从此他有钱可以做一些实验研究,不再像以往那样只能从事理论探索。后来,托里拆利大大充实了伽利略的《两门新科学的对话》"第五、六两天"的内容。托里拆利在佛罗伦萨生活了5年,直到1647年他去世,享年39岁。

伽利略

在托里拆利和他之前的时代,学术界对空气是否有重量和真空是否可能存在的问题存在着争议,这主要是受亚里士多德思想的影响。亚里士多德认为"世间万物之中除了火和空气以外均有各自的重量。"并坚持自然界"害怕真空"的说法。伽利略曾经对此说法表示过怀疑,他说:"我们不能相信亚里士多德所说的那样,仅仅认为某物是轻的,某物是重的,而应当认识到所有的物体都有其各自的重量,只不过各有重量大小不同和质地疏密之分而已。""如果人们凭感觉和理解都还不能认识到真空的存在,那么凭感觉和理解又如何能否认真空的存在呢?"伽利略曾发现,抽水机在工作时,不能把水抽到10米以上的高度,他把这一现象归结为水柱受不了它本身重量之故,然而他也再找不到合理满意的解释了。托里拆利坚决赞同伽利略的关于空气有重量和真空存在的说法。在总结前人理论和实验的基础上,托里拆利进行了大量的实验,实现了真空,验证了空气有重量的事实,否定了亚里士多德的关于真空力的说法。

亚里士多德

在1641年左右的时候,有一个数学家贝尔提曾经用一根长达10米的铅管做成了真空试验。托里拆利受他的实验的启发,选用了水银作为实验的材料,取得了非常好的实验效果。他将一根长度为1米的玻璃管灌满水银,然后用手指顶住管口,将其倒插进装有水银的水银槽里,放开手指后,可见管内部顶上的水银已下落,留出空间来了,而下面的部分则仍充满水银。为了进一步证明管中水银面上部确实是真空,托里拆利又改进了实验。他在水银槽中将其水银面以上直到缸口注满清水,然后把玻璃管缓缓地向上提起,当玻璃管管口提高到水银和水的界面以上时,管中的水银便很快地泻出来了,同时水猛然向上窜管中,直至管顶。由此可见,原先管内水银柱以上部分确实是空无所有的空间。原来的水银柱和如今的水柱都不是被什么真空力所吸引住的,而是被管外水银面上的空气重量所产生的压力托住的。托里拆利的实验是对亚里士多德的力学的最后致命打击,于是有些人便妄图否定托里拆利的研究成果,提出玻璃管上端内充有"纯净的空气",并非真空。大家各抒已见,众说纷坛,引起了一场激烈的争论。争论一直持续到帕斯卡的实验成功证实托里拆利的理论后才逐渐统一起来 。

托里拆利实验

托里拆利在实验中还发现不管玻璃管长度如何,也不管玻璃管倾斜程度如何,水银柱的竖直高度总保持在同一个高度(760mm),他还于1644年同维维安尼合作,制成了世界上第一具水银气压计。由于托里拆利在大气压研究上的卓越贡献,人们将1mm汞柱的单位定义为托(Torr),即1 Torr=1mm Hg=133.3Pa。

托里拆利还发现了托里拆利定律,这是一个有关流体从开口流出的流速的定律,即水箱底部小孔液体射出的速度等于重力加速度与液体高度乘积的两倍的平方根。这后来被证明是伯努利定律的一种特殊情况。

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