我们通过空气受热膨胀这一现象，完全可以推论出热空气比冷空气轻这一 结论，刚才的试验结果也完全为我们证实了这一点。在平常气压下，1升空气 在0摄氏度的重量为1.293克，但在100摄氏度时，其重量变得只有0.946克。因 此一定体积的冷空气相对同样体积的热空气更重，自然也会比热空气施加给地 球表面的气压更大。
由于空气的分子可以自由移动，我们因此可以猜想，一股冷空气形成后会 逐渐下沉，遇到固体表面后会散布开来，并最终停留在较轻的空气层下面。就 像一股水流，在撤掉支撑物后会倾泻而下，并最终将支撑物表面空气排开而占 据其位置。
将水倾倒入油液中也会看到类似的现象，水会下沉到油的底部，把原来在 底部的油排挤到上面来。类似地，如果空气在一个地方受热，必将产生一股上 升的热空气气流，然后一股较冷的空气会随之而来，占据热空气先前的位置。 地球上的风，就是由于空气的这个特性而形成的。也正是由于空气受热后会上 升这一原理，暖气炉才能发挥作用，让房间可以升温而且保暖。山谷一般都比 周围的山坡要寒冷一些，因此精细作物在山坡上都长势良好，而在山谷中则可 能被霜冻戕害。
55.气压
实验62：取一个对流装置，如果办不到，取一只粉笔盒，在顶部钻出两个 圆孔，圆孔不要超过普通玻璃灯管横截面大小，放一只点燃的小蜡烛在一个圆 孔的中心，然后取两支玻璃灯管，紧紧地卡进这两个圆孔中。现在拿一张冒烟 的纸，放在没有蜡烛的灯管上方（如果有一张玻璃片嵌在盒子的一面上的话，观察效果会更好）。会发生什么现象？把蜡烛取出来，用本生灯小心地加热灯 管，产生的现象跟刚才一样吗？为什么会有火花从火焰上飘升起来？这个暖炉 模型实验说明了什么？为什么让房间通风最好的办法是开天窗和落地窗？
实验63：取一个盖子上有螺丝旋钮的罐子，在里面放少量的水，将其煮 沸，保持螺丝旋钮是打开的，让水蒸气可以自由冒出。当水在强烈沸腾的时 候，突然将热量排开旋紧螺帽，注意不要在散热之前就锁死了旋钮。将罐子放 到桌上仔细观察，水蒸气凝结时会发生什么现象？为什么？
实验64：通过抽气泵将一对马德堡半球中的空气抽空，现在用力向外拉两 个半球，会发现远不如刚才里面有空气时容易拉开，为什么会这样？
实验65：给一只平底玻璃杯装满水，然后在上面平放一张信纸，让信纸与 杯沿刚好紧密贴合。现在握住杯子的底部，小心地将杯子连同纸片翻转倒置在 一个平底锅里面。水会流出来吗？如果不会的话，这是为什么呢？这时再拿一 支铅笔，将笔尖伸进杯沿和纸片之间，会发生什么？
一切有重量的物体都会对其支撑面施加压力，既然我们已经知道空气也有 重量，那它也必将对地球表面施加压力。由于空气是一种气体，其特点是，组 成空气的分子可以相互间自由移动，因此它所施加的压力在各个方向上都会显 得非常均衡。似乎没有人感觉到空气压力的存在，其实这是因为空气除了在我 们周围，同时也在我们身体内部，两者刚好抵消了。据测量，在海平面，气压 的大小为15磅/平方英寸。假设有两个鸡蛋壳，里面是中空的，一个在壳上钻 一个小孔，一个完全密封，现在让这两个鸡蛋壳都沉入水下，哪个会被压碎哪 个不会？这个小实验中体现出的原理，就说明了为什么我们不会被周围空气的 气压所压碎。
56.气压下的体积收缩
实验66：在马略特气压管中，短臂管里面一厘米的汞柱与长臂中同样高度 的汞柱代表着相同的压力，因此短管中的汞柱刻度便可以显示长管中的压力 值，进而得出实验当时的大气压。由于短管是密封的，空气不能进出，因此在 长臂中倒入水银后，短管中的空气会被逐渐压缩，体积也会越来越小。如果我 们还记得短管中空气的压力就等于长管中汞柱的压力再加上当时的大气压力的 话，我们便可以精确地通过短管中空气体积的减小来测量大气压力的增加了。
我们在实验1中已经看到，在压力下，空气的体积可以急剧收缩，但压力 撤消后，它又会恢复原样。但这个实验并不能告诉我们，空气体积的减少是否与压力的增加成比例关系，或者换句话说，空气体积减少的速度会在压力增加 的过程中越来越快吗？这个疑问在实验66中得到了清楚的显示。如果自行车的 打气筒质量很好的话，它也能精确回答上面关于空气体积减少比率的疑问。研 究发现，体积的减少与压力的增加成正比。
57.气压计--对大气压力的测量对研究大气状况具有重要意义，因此很 有必要拥有专门的仪器能轻易对其测量，这样的仪器就叫做气压计。常用的气 压计一般有两种，一种叫水银气压计，一种叫无液气压计。
实验67：（老师的教学实验）取一根孔径为0.5cm、长90cm的厚壁玻璃 管，在一端接上一根厚壁橡胶管，让玻璃管紧紧插入橡胶管大约10cm，并用 绳子拴牢实，以免橡胶管滑动进而让空气进入。在橡胶管上安装一个螺旋旋钮 并彻底旋紧，让这一端保持彻底封闭，最好在封闭端下面放一个大盘子，以防 万一水银泄漏造成浪费。然后向玻璃管中注入水银，再将大拇指扣在管口，将 玻璃管倒置于一个装有水银的烧杯中。如果各处连接都很结实的话，水银不会 在玻璃管中下降太多，空气压力会托住它，这就是一个简单的气压计。
让这支玻璃管继续保持该状态，再取一支同样的玻璃管，将其一端与橡胶 管的另一端相连，要求与之前一样，务必紧密结实。然后将玻璃管的另一端放 入一杯有颜色的水中，慢慢松开螺旋旋钮，水会上升到玻璃管中，这是为什么 呢？这又说明了什么呢？
实验68：取一瓶干净水，用一个双孔胶塞将瓶口塞紧，一个孔中插入一根10 到15cm的玻璃管，另一个孔也插入一支玻璃管，但其外端口与本生灯的加热装 置相连，保持各处连接紧密无缝，现在通过短玻璃管试着用嘴吸水，能吸出来 吗？将另一支玻璃管拔出来，再吸，好些了吗？如果是的话，这是为什么呢？
在之前的实验中，我们实际上已经构建了一个粗略的水银气压计。当然 了，标准的水银气压计是由一根80厘米长、孔径尺寸统一的玻璃管构成，一端 封闭。在小心注入水银之后，开口端插入到一个水银槽中。水银槽有一个可滑 动的底座，旁边有螺丝旋钮来控制其上下滑动。水银槽顶部有一个乳白色的小 钉桩，其尾端与水银槽底部刻度的距离被精确设置。刻度在一个包围玻璃管的 金属外皮的夹缝中显示，这层金属外皮紧紧地包裹并固定着玻璃管，主要起保 护作用。
当要从气压计读取数据的时候，便滑动水银槽的底座，让水银柱的上端刚 好接触小钉桩的下端，这时水银柱的高度便可以从刻度标记上读出来。为了提高测量的精确度，一般还会在金属外皮的夹缝中安装一个游标，它可以在夹缝 中根据需要自由滑动，以便读取更精确的数据。
无液气压计主要由一个外表面起皱的金属箱体构成，通过这个金属箱，空 气可以部分地被排压出来。其中有一根硬质弹簧，因此空气的压力不会使其塌 缩。箱体中还装有杠杆装置，空气体积的变化可以通过它们进行传动，进而让 与之相连的指针在刻度盘上显示读数。这样，气压值就可以被记录下来了。
还有一种叫做自动记录式气压计，它是由一根长杠杆与一个空盒气压表 的指针相连接，并通过一根上有发条的圆柱的旋转来提供实时记录的动力。这 样，圆柱不停旋转，气压值便得到了连续的记录。
58.用气压计测量高度
实验69：将一只无液气压计从一幢高建筑物的底部拿至顶部，并在两处分 别记录其气压值，为什么在顶部的气压值要低一些？
任何表面的气压都由这个表面的空气重量所导致，且随着海拔高度的增 加，气压会逐渐减小，这是因为空气的重量减轻了。如果高度增加与气压减小 这二者之间的比例关系很清楚的话，那就可以通过对气压的测量来判断海拔高 度了。
尽管气压计所测定的高度与当时的空气状况有直接关系，但就这种变化的 普遍性而言，还是有粗略的规律可循。据测算，水银柱下降1/16英寸，表明高 度增加57英尺；差不多水银柱下降1毫米，则高度增加11米。在正常温度和气 压下，这个数值在海拔1000英尺范围内基本可靠。
在海拔25英里的高空，气压汞柱还不到1/25英尺。不同的测量结果已经显 示，大气的空气圈层有高达100英里的厚度，甚至更高。但差不多四分之三的 大气都分布在地球最高山峰的高度以下，我们人类目前所达到的最高高度也不 过海拔7英里①。
为了研究大气状况，附着了气象仪的小气球已被发送到海拔21英里的 高空。人们发现，最低的温度，一般出现在海拔6到10英里之间。同时还发 现，虽然大气状况会影响到天气，但这个影响只局限于海拔3英里范围之内的 大气层。
59.空气的绝热升温与绝热冷却
实验70：取一个5品脱容积的瓶子以及一个双孔胶塞，在瓶塞的一个孔中 插入一支化学温度计或者空气温度计，另一个孔中插入一支短玻璃管，让其下端不要靠近温度计的玻璃球，以免空气进出时，玻璃管口与温度计玻璃球之间 没有空气运动。另外温度计在瓶外的部分也须足够长，以方便读数。
将短玻璃管的外端通过一根厚壁橡胶管与抽气机相连，记录一下此时瓶内 与瓶外的温度。然后迅速抽尽瓶中的空气，小心观察温度计上的反应，会发现 房间温度几乎无变化。这时再往瓶中充气，依然小心观察温度的变化。会发现 往外排气时，瓶中空气温度变化了，往里充气时，温度也变化了，这是空气的 密度变化而导致的温度变化。
人们发现，空气膨胀时温度会下降，而受压收缩时温度会上升。这种不是 通过改变气体内部的热量，而是通过改变其密度进而让其升温或降温的办法， 就叫做绝热升温或绝热冷却。此效应一般被用来制造液态空气，一些冷藏装置 一般也会用到这个原理。同时，它对我们开发空气循环应用系统也有极大的提 示作用。
压缩空气产生的加热效应，可以在给车胎打气的时候明明白白地显现出 来。不管打气筒的活塞再怎么抹润滑油，当车胎里空气密度不断增大时，打气 筒也会很快变热。这个热量绝不可能是摩擦所致，因为活塞运动的频率已经越 来越慢，不像刚开始打气那么快了。这个热量其实就是由于空气被压缩导致 的，压力增加，温度升高。一个被润滑油充分润滑的活塞，其摩擦力对加热的 影响是微乎其微的。
60.温度对空气保持水分能力的影响
实验71：取一个容积为1升的烧瓶，放入适量的水，让水在烧瓶摇动时可 以在其内壁上形成一层水膜。现在缓慢地给烧瓶加热，注意不要加热至沸腾， 最后让水完全蒸发消失，烧瓶这时看起来完全干燥。然后用塞子将瓶口塞紧， 让烧瓶慢慢降温。这时水分已不能进入瓶中，但与之前一样，瓶中的空气都是 透明的。但随着温度冷却，刚才加温时消失的水膜，又会慢慢出现在烧瓶内壁 上了。
实验72：在一个玻璃烧杯中装入适量冰水，在这之前必须保证烧杯外壁被彻 底擦干，然后让这杯冰水在一间温暖的房间中放置一会儿。水能够穿过杯壁吗？ 这时杯子的外壁还是干燥的吗？如果上面布满了水珠，这些水是从哪里来的呢？ 如果让杯中的水的温度等于或高于房间的温度，还会产生同样的现象吗？
实验73：与刚才实验类似地，在一个玻璃烧杯中加入适量的水，让水的温 度稍微高于房间温度，然后逐渐往杯中加入适量冰块，并用一支温度计持续搅动。当烧杯外壁开始出现一层薄雾时，记下此时的温度，并停止向杯中加冰 块。当薄雾又开始散去时，又记下此时的温度。将前后两次温度取平均值，这 个平均温度就可能是薄雾真正开始形成时的温度，我们把它叫做露点。
当我们想让衣服晾干时，可将它们放在温暖的房间中或者置于阳光下。不 久，我们就会发现衣服里面的水不见了。很自然，它一定是跑到空气中去了。 这说明，当空气温度升高时，空气会比它们在低温时容纳保持更多的水分，刚 才的实验也显示了这一点。关于露点的实验更说明，当热空气被降温时，会部 分地释放出它们所保持的水分。
空气的这个升温时能保持大量水分、降温时又会释放出来的特性，就是云 和雨形成的原因。如果没有这个特性，便没有陆地上的水循环，也就没有雨雪 风霜，自然也就不会有植物，不会有动物以及一切生命。因此，这个简单的特 性，其实为地球上所有生命的诞生与繁衍奠定了基础。
61.大气中的水分
实验74：小心地给一盘水称重，然后将其放在一个通风的地方，静止放置 数小时后，再次进行称重。是什么让重量变化了？分别用试管、表面皿、广口 烧杯，在不同地方进行刚才的实验。
大气在任何时候任何条件下，都会保持一定的水分。当其温度升高时，其 保持水分的能力也会显著增强，而且不会出现因为太冷而让大气无法保持哪怕 一丁点水分的情况。当水处于固态或液态时，它便一直暴露在空气中，并不断 地挥发消失于空中。
