氣壓公式總動員
- 觀念物理
- 撰文者：張慧貞 （國立彰化師範大學 物理學系物理教育組 教授）
- 發文日期：2019-08-01
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談到氣體壓力(P)，你想到哪些定律呢? 除了PV=nRT之外，還有甚麼其它公式呢? 這些與氣壓相關的公式，彼此有何關係呢? 透過氦氣球升空，讓我們好好地統整與氣體壓力相關的定律及概念。
圖一：高空熱氣球
小試身手
1. 偵測氣象所使用的氦氣球(如圖1，假設氣球保持鬆弛無張力)，從地面升到高空的過程(長距離，考慮大氣壓力及溫度變化，忽略重力加速度變化)。已知高空大氣的密度較平地稀薄。則氣球的體積如何變化?
(A)增加 (B)減小 (C)不變 (D)無法判斷
2. 承上題，氦氣球上升過程所受的浮力，應如何變化?
(A)增加 (B)減小 (C)不變 (D)無法判斷
3. 上一題的答案，需由哪些公式推得?
(A)只需PV=nRT，不需PM=ρRT (B)只需PM=ρRT，不需PV=nRT (C)兩者皆需要 (D)兩者皆不需要
4. 承上題，考量高空的氣溫較低，則氣球所受的浮力，應如何變化?
(A)浮力越大 (B)浮力越小 (C)氣溫不影響浮力
5. 承上題，考量高空的氣壓較低，則氣球所受的浮力，應如何變化?
(A)浮力越大 (B)浮力越小 (C)氣壓不影響浮力
6. 高山上的氣壓較平地低，是受到高山的哪一(些)變因影響?
(i)溫度低 (ii)高度高 (iii)空氣密度低
(A)只有i (B)只有i, ii (C)只有i, iii (D) i, ii, iii皆有
7. 上一題的解答，是根據何種理論模型，來探討大氣壓力?
(A)只有碰撞模型 (B)只有重力模型 (C)兩種皆有 (D)兩種皆無
8. 承上題，若承認高山因高度較平地高，所以氣壓較低，則影響氣壓的變因，還需考慮哪些?
(A)只有溫度 (B)只有空氣密度 (C)兩者皆需考慮 (D)兩者皆不需考慮
9. 若考慮派對用的氦氣球(如圖2)，短距離的上升過程(忽略大氣壓力變化，及重力加速度變化)，氣球的[重力位能+動能]，是否守恆?
(A)守恆 (B)不守恆
圖二：派對氦氣球
10. 承上題，氣球所受浮力，是否為保守力?
(A)是 (B)不是