再驳‘气压是由重力形成的’—中学《地理》和一些大学气象学基础知识类教材中的气压定义要修改

再驳‘气压是由重力形成的’— 中学《地理》和一些大学气象学基础知识类教材中的 气压定义 要修改

谢凤吉

重庆三峡职业学院 重庆 404155

摘要1.34年前大学教材《普通物理》上的气压定义是：气压是气体分子对容器壁在单位面积上的撞击力。

2. 我的气压定义是：气压是气体分子在单位面积上的热运动撞击力。

3. 气体以空隙为主，分子之间的间隔很大，无法依靠分子之间的排斥力来传递重力。

4. 气瓶内的气压按重力算为千帕级，而实际气压是兆帕级,按重力算的气压远小于实际气压。

5. 重力只是约束气体分子不逃离地球，并且由于地球的吸引力在空中上小下大，使气体的密度也上小下大。

关键词 气压定义 气体分子热运动 重力

2020年上半年偶尔听到高中三年级的《地理》课讲到‘气压是重力形成的’，想到我五、六年前发表过的纠正《海洋与气象学》中关于气象学基础知识的几个理论错误的文章，看来是没人关注或论证得不够到位，决定再写本文深度驳斥‘气压是重力形成的’，再不能让这一错误观点误导成千万上亿读书人。

1.34年前许多大学教材《普通物理》上的气压定义是：气压是气体分子对容器壁在单位面积上的撞击力。我34年前于武汉工学院汽车专业学习，关于气体的知识学了《普通物理》《工程热力学》《空气动力学》，《普通物理》上还有关于力学的知识，用来探索气压的定义的基础应该差不多了。所以说‘气压是重力形成的’至少错了几十年了。

2.我的气压定义是：气压是气体分子在单位面积上的热运动撞击力

（1）证明：理想气体状态方程式：P=RρT其中P为气压，R为气体常数（对一定组成和量的气体是一定值），ρ为密度，T为绝对温度。理想气体状态方程式中的绝对温度T反映了气体分子热运动的强弱、密度ρ反映了作热运动的气体分子在单位容积上的数量。二者结合起来考虑，密度ρ不变时气压与绝对温度T成正比，即气压与气体分子热运动的强度成正比，我们就可以得出“气压是气体分子热运动撞击的结果”。又《普通物理》：温度表示物体的冷热程度，是分子平动动能的度量。这里的平动即热动，撞击是平动结果。另外由于气体分子热运动的无规则性，所以某点的气压在任意方向是大小相等。

（2）我曾发表过《关于气象学基础知识的几个新观点》和《浅析气象学基础知识中的几个错误理论》两篇文章，对我大学教材《普通物理》上的气压定义进行了提升，最后把气压产生的原因定格在气体分子的热运动撞击力上。

3. 气压与重力无关

（1）气体以空隙为主，分子之间的间隔很大，无法依靠分子之间的排斥力来传递重力。而大气层越往上密度越小，分子之间的间隔更大，如何来传递重力？

360搜索‘水变成水蒸气体积的变化是’：每一个水分子的间隔就变成原来（成液态时）的1000000000倍，所以水分子之间的间隔很大，以至于整体的体积变大了。

百度‘分子间吸引力与排斥力’：很多物质的分子作用力半径约为分子直径的2～4倍左右，排斥力作用半径比吸引力半径小。从液体、固体很难压缩（例如施加4万大气压才能使水的体积减少为1/3）这一点可说明排斥力随分子质心间距的减少而剧烈地增大。

所以液体、固体可以传递重力，而气体分子之间的间隔远远大于分子直径的2～4倍就不能传递重力。

2. 气瓶内的气压按重力算为千帕级，而实际气压是兆帕级,按重力算的气压远小于实际气压。百度‘常用气体特性表’:氢气气瓶的气压是2600psig=17.914兆帕，氧气瓶的气压是兆帕2600psig，甲烷瓶的气压2400psig=16.536兆帕，二氧化碳瓶的气压是830psig=5.7187兆帕。这就是气体储存热能的能力不同导致R为气体常数不同产生的结果，可见气体种类不同对气压的大小影响很多很大。（百度常用气体特性表：https://wenku.baidu.com/view/062b9158bcd126fff6050b1b.html)

（单位换算：1psig=0.00689Mpa 1帕=11N/㎡Pa 1Mpa=1兆帕 1米=1m=1000mm 1㎡=1平方米 1L=1升）

计算40升氧气按重力算氧气气瓶内的气压

百度‘40L氧气瓶装多少公斤氧气’：常温下压力为12MPa的40升氧气质量约为：40×120÷22.4×32÷1000=6.86Kg

（百度‘40L氧气瓶装多少公斤氧气’https://www.zybang.com/question/c5d067998946541e15aa2ce5933be969.html）

产生的重力=6.86×9.8=67.228 N（9.8为重力加速度，N为牛顿）

百度‘40L氧气瓶内径’：氧气瓶/钢质无缝气瓶 容积:40l(38l、36l);直径:219mm;高度:1450mm;气瓶总重:50kg;工作压力:15Mpa;水压试验压力:22.5Mpa;主体材料:37mn;设计壁厚5.7m。

（百度‘40L氧气瓶内径’https://product.11467.com/info/53442.htm）

计算40L氧气瓶的参数

内径=219-5.7=213.3㎜=0.2133m

横截面积=3.14÷4×0.2133×0.2133=0.03571505865≈0.0357㎡

40升氧气按重力算氧气气瓶内的气压＝67.228÷0.0357=1883.1372549019607 N/㎡≈1883Pa=1.883千帕

计算40升二氧化碳按重力算氧气气瓶内的气压

百度‘40L二氧化碳气瓶装多少公斤二氧化碳’:二氧化碳气瓶容积单位为“升”，国标气罐40L，1升大概等于0.98公斤。但是二氧化碳罐装压力为6mpa至7mpa，灌满压力规定为4.5至5mpa。由于达不到液化压力所以实际满瓶co2的质量小于40L×0.98kg。https://zhidao.baidu.com/question/1449215813395282700.html

用氧气瓶装,按重力算的二氧化碳气瓶内的气压=40×0.98×0.98÷0.0357=1076.078431372549N/㎡≈1.076Pa=1.076千帕

3. 对气瓶加热气压升高而质量没变，压缩机压缩气体气压升高而质量没变，说明气压与重力无关，对学工科的人来说是常识。

证明：理想气体的状态方程式P=RρT其中P为气压，R为气体常数（对一定组成和量的气体是一定值），ρ为密度，T为绝对温度。对气瓶加热气压升高的理解：密度不变时（封闭的气瓶密度为定值），气压与绝对温度成正比；对压缩机压缩气体气压升高的理解：散热充分时，温度不变，密度与气压成正比，压缩密度增大故气压升高。若散热差，温度还升高，气压会升得更高。

4.重力对大气的影响。重力是地球对物体的吸引力重力，属于万有引力，大小与二者质量乘积成正比，与二者距离的平方成反比。重力只是约束气体分子不逃离地球，并且由于地球的吸引力在空中上小下大，使得气体的密度也上小下大。

最后希望我已联系过的几个出版社能尽快地改正气压的定义，不要把皇帝的新衣穿得太久，误导太多的学习者。

参考资料 1.《普通物理》

2.《常用气体特性表》

3.《关于气象学基础知识的几个新观点》 谢凤吉

4.《浅析气象学基础知识中的几个错误理论》谢凤吉