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气压计 与真空是怎样发明与发现的?

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气压计 与真空是怎样发明与发现的?

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    2016-06-21 09:43:40
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    伊万格列斯塔•托里切利(1608〜1647年),是意大利著名物理学家、数学家。1641年,托 里切利以助手的身份协助年迈的伽利略(1564〜1642年)进行科学研究,而后者则一直认为真 空不可能存在。1645年,在其助手温琴佐•维维安尼(1622〜1703年)的协助下,托里切利将一 根2米高的玻璃管末端封闭,并用水银灌满该玻璃管。
      之后,使用拇指压紧开口端,使其也处于 密闭状态,继而将该玻璃管倒置入装满水银的玻璃盘中,最后移开栂指。此时,一些水银从玻璃 管中流入水银盘中,水银柱的高度最终降至76厘米,但是又是什么原因导致这些水银无法全部 流出呢? 托里切利推导出:作用在玻璃盘水银面上的大气压与玻璃管中剩余水银的重量相等,因此 管中水银柱的高度可作为大气压的测量标准。
      这一设计即为气压计。同时,托里切利也注意 到,玻璃管中水银柱的高度随每日天气的变化而稍微变化,由此推断,大气压必然每时每刻都处 于变化之中。1647年,法国数学家莱恩•笛卡儿(1596〜1650年)在托里切利发明的气压计管 壁上添加垂直刻度,用其记录气象观测值。
      时至今日,在气象预报中,大气压仍是极为重要的参 考因素之一,并且常常使用毫米汞柱为单位来表示,标准大气压为760毫米汞柱。 大气压随着海拔的变化而变化,山顶的大气压比山脚低很多,而高空飞行的喷气式飞机所 处高度的大气压接近零。1771年(距托里切利去世相隔了约1个世纪),瑞士地质学家简•德 吕克(1727〜1817年)开始使用灵敏气压计测量山脉高度。
      现代的飞机上使用的高度测量计也 是由气压计改进而来的,不过已不是水银类气压计了。 托里切利所设计的气压计不利于携带,而简•德吕克带上山的气压计也不轻便。1797年, 法国科学家尼古拉斯•福廷(1750〜1831年)发明了轻便水银气压计。该气压计使用皮制口袋 作为水银储蓄池,使用时,旋动一个螺旋钮,口袋会被稍稍挤压,使得水银面与一个指针所指的 水平线恰好在同一位置上。
      待一切平稳后,再转动大气压力计上部的调节游标螺旋,使其升高 至比水银面稍高后慢慢落下,直到游标底部同游标后部金属片的底部同时与水银柱凸面顶端相 切后,即可从游标上读出刻度,精确测量大气压力。 再次回到托里切利的实验,试管中水银液面以上的空间中到底存在着什么?答案是:什么 都没有。
      事实上,这一空间即为真空。科学家们随后开始研究真空的性质及其效应,不过,首先 需要一种能够在实验室中制造出真空的方法。1654年,德国马德堡市市长、物理学家奥托• 冯•古埃瑞克发明了抽气泵,之所以这样称呼,是因为它是被用来从容器中抽去空气的,时至今 日,我们又称之为真空泵。
      当时,古埃瑞克便用真空泵将一对紧闭的铜质半球中的空气抽光,使 其处于真空状态。由于大气压,这两个铜质半球紧紧地连在一起,以至于16匹马也无法将它们 分开。这一实验即为著名的“马德堡半球实验”。 随着时间的推移,更多的高效真空泵被一一发明,而科学家们也逐渐开始利用真空泵做相 关的实验。
      格利克真空泵发明后不久,罗伯特•玻意耳(1627〜1691年)便开始在其实验中利 用真空泵研究空气与其他气体的性质。1703年,英国物理学家弗朗西斯•豪克斯比(约1666〜 1713年)发明改良真空泵。1855年,德国物理学家海因里希•盖斯勒(1815〜1906年)使用自 己发明的真空泵研究低压状态下的放电现象。
      10年后,英籍德裔科学家赫尔曼•施普伦格 (1834〜1906年)在盖斯勒真空泵的基础上再次进行改进,使其成为自动真空泵,并且能够产生 更高气压的真空状态(因为一般的真空泵不能将空间中气体完完全全地抽走,总会留下少许气 体分子)。今日,施普伦格真空泵仍较为常用,这是一种汞汽泵,又称“扩散泵”,其工作原理为, 汞气体能够“捕获”空气分子,并将其带离所在空间,由此产生真空。
      该仪器在科学研究中发挥 了极大的作用,之后,科学家们利用施普伦格真空泵做出了一系列重大发现,例如发现电子,发 现大气中的“稀有气体”,以及发明电灯泡等。

    借***

    2016-06-21 09:43:40

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