大气压强是怎么一回事

我们知道，在重力场中，气体分子受到两种对立的作用：无规则的热运动使气体分子要均匀地分布于它们所能到达的空间；重力作用则会使气体分子聚集在地面上．这两种作用达到平衡时，气体分子在空间随高度作非均匀分布，分子数密度随高度而减小．
　?根据重力场中微粒随高度的分布，即玻尔兹曼分布规律，可以确定气体分子在重力场中按高度分布的规律．如取坐标轴ｚ竖直向上，设在ｚ＝0处单位体积内的分子数为ｎ0，则不难推出在高度为ｚ处单位体积内的分子数为
　?ｎ＝ｎ0ｅ－ｍｇｚ／ｋＴ．　　①
　?由上式不难看出，在重力场中单位体积内的气体分 子数ｎ随高度的增大按指数规律减小．分子的质量ｍ越大（重力作用越显著），ｎ减小的越迅速；气体的温度越高（分子的无规则运动越剧烈），ｎ减小的越缓慢．图1就是根据①式画出的ｎ随高度分布的曲线．
图1
?　应用①式，很容易确定气体压强随高度变化的规律．若把大气看作理想气体，则在一定温度下，其压强与分子数ｎ成正比：
　?ｐ＝ｎｋＴ．　　②
将①式代入②式得：
　?ｐ＝ｎ0ｋＴｅ－ｍｇｚ／ｋＴ＝ｐ0ｅ－ｍｇｚ／ｋＴ＝ｐ0ｅ－ｕｚＲＴ．　　③
③式中ｐ0＝ｎ0ｋＴ，表示在ｚ＝0处的压强，ｕ为气体的摩尔质量．当然③式用于地面上的大气时所得到的结果是近似的，因为大气的温度上下不均匀，没有达到平衡，但这并不影响我们从③式得到重力对大气的影响情况．
　?由②式我们可以得出结论：大气压强和气体压强一样，都是由于大量气体分子对器壁不断碰撞的结果．正因为这样，大气压的大小与大气所受重力的大小无关，只决定于所在处气体的密度和温度．但从①式和③式我们也清楚地看到：地球重力的作用使空气密度和大气压随高度的增加而发生变化．在地球引力为零的地方，即ｚ＝∞时ｎ＝0，ｐ＝0．
　?综上所述，空气受重力只是大气压强产生的外因，而不是内因．