核心概念
物理學
天氣
空氣
大氣壓
引言
你看過電視上的天氣預報嗎？如果看過，你可能會注意到天氣地圖上移動的字母“H”和“L”。它們通常被稱為“高壓”（H）和“低壓”（L）區域。他們所說的壓力是指大氣壓。氣壓的變化可以預測天氣的短期變化。但是，你如何知道氣壓是否變化——或者它是高壓還是低壓？科學家們開發了一種叫做氣壓計的儀器，它可以測量大氣壓。在這個活動中，你將透過自己製作一個氣壓計來了解它是如何工作的！
背景
地球被一層叫做大氣層的空氣包圍著。大氣層大約有300英里厚，其中大部分在地球表面10英里以內。空氣由氣體分子組成，如氮氣、氧氣和二氧化碳。所有這些分子都壓在地球上，這種壓力被稱為氣壓或大氣壓。
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您可能會驚訝地發現空氣有重量，儘管您感覺不到它。我們已經進化到使我們體內的壓力與外部大氣壓力相匹配。然而，您能夠感受到大氣壓的變化。例如，如果您乘坐飛機，您的耳朵可能會開始疼痛。這是因為在高海拔地區，您的內部壓力大於外部壓力。只有透過使您的耳朵“砰”的一聲來平衡兩種壓力，它們才會停止疼痛。
大氣壓在海平面最高，當您向上移動到大氣層時會降低。在海平面，正常氣壓範圍為800至1050毫巴。在珠穆朗瑪峰頂，氣壓大約低30%！氣壓隨海拔和溫度而變化。溫暖的空氣密度較低，會上升並導致氣壓較低。當它上升時，它會冷卻並變成水蒸氣，然後凝結成液體。這會導致雲的形成和降雨。因此，低壓通常與多雲和多雨天氣相關。另一方面，高密度的冷空氣會導致氣壓升高。當冷空氣下沉時，它會變乾燥，從而導致高壓區域出現溫暖乾燥的天氣條件。
既然我們知道氣壓如何幫助預測天氣，我們仍然需要找出如何測量氣壓。為此，科學家們開發了氣壓計。存在許多不同型別的氣壓計。其中一種是水基氣壓計：水被密封在玻璃容器中，容器有一個狹窄的噴嘴將外部與內部連線起來。當外部氣壓升高時，它會推壓噴嘴中的水，導致水位下降。當較少的空氣（較低的氣壓）推壓噴嘴內部的水時，水位會上升。在這個活動中，您將構建這種氣壓計的一種變體。您認為它可以預測明天的天氣嗎？
材料
耐熱玻璃罐
適合玻璃罐口的橡皮筋
氣球
木製烤串
剪刀
膠帶
紙
筆
三個碗
自來水（熱水和冷水）
冰塊
紙巾
準備工作
切掉並丟棄氣球的開口，然後將剩餘的氣球部分拉伸到玻璃罐的開口周圍，將其緊緊包裹起來。
用橡皮筋將氣球固定在罐子上。
用膠帶將木製烤串的末端平坦地粘在氣球的頂部，使尖端遠離罐子。
在第一個碗中倒入室溫水，第二個碗中倒入熱水（小心熱水，如有必要，請成年人幫忙），第三個碗中倒入冰水。
將您的氣壓計靠近牆壁放置，使烤串與牆壁平行。
在牆上的氣壓計後面貼上一張紙。
在紙上畫一條與烤串尖端對齊的線。
標記氣壓計放置的位置。您稍後在活動中必須將其放在同一位置。
步驟
拿起氣壓計，將玻璃罐放入熱水碗中。水不應超過橡皮筋。你對氣壓計有什麼觀察？您是否注意到任何變化？如果是，是什麼樣的變化？
一分鐘後，將氣壓計從水中取出，快速擦乾，並將其放在靠近牆壁的同一位置，您在那裡貼了紙。在紙上畫另一條線，使其與烤串的尖端對齊。現在尖端指向哪裡？氣壓計發生了什麼變化？
將氣壓計放入室溫水碗中。再次觀察會發生什麼。將其在碗中放置約10分鐘。10分鐘後，氣壓計與之前相比有什麼不同？
10分鐘後，將氣壓計放回牆壁旁邊，並在烤串指向的位置在紙上畫另一條線。這次你注意到了什麼？
接下來，將氣壓計放入冰水碗中約一分鐘。冰水中的氣壓計會發生什麼變化？你注意到了什麼不同？
再次將氣壓計放在你的紙圖表前，並在烤串尖端指向的位置畫另一條線。你能解釋你的觀察結果嗎？
將氣壓計放入室溫水碗中，再次重複這些步驟。這次烤串尖端指向哪裡？為什麼？
額外：用不同的水溫重複您的測試。您的結果如何隨著其他水溫變化？
額外：將您的氣壓計帶到室外測量大氣壓。在另一張紙上畫一個看起來像尺子的刻度。然後將圖表放在氣壓計旁邊，使中間線與烤串尖端對齊。將氣壓計放在室外幾天，每天標記烤串指向的位置。當尖端在您的刻度上向上或向下移動時，這意味著什麼？
觀察和結果
您是否能夠用您的氣壓計測量氣壓的變化？在這個活動中，您實際上測量的是玻璃罐內的氣壓變化——而不是外部大氣壓的變化。由於我們無法自己改變外部大氣壓，因此我們改變了玻璃罐內的氣壓，以演示氣球氣壓計的工作原理。
當您用氣球密封玻璃罐時，玻璃罐內部會有一定的氣壓。由於氣球表面非常平坦，因此木製烤串的尖端應與玻璃罐的頂部基本齊平。然而，當您將玻璃罐放入熱水中時，罐內的空氣會受熱膨脹。由於罐子用氣球密封，因此它無處可逃——氣球開始膨脹。這是因為玻璃內部的氣壓增加並壓迫氣球。結果，木製烤串向下指。您畫的線應該在原始線下方。
當您將氣球放入室溫水中時，空氣會冷卻回到之前的室溫，因此您的氣球應該再次變平。同時，木製烤串應與您的原始線對齊。當您將玻璃罐放入冰水中時，則會發生相反的情況。當罐內的空氣進一步冷卻時，它會收縮並將氣球拉入罐內。這使得木製烤串向上指。您為冰水畫的線應該在原始線的上方。回到室溫水中，氣球和木製烤串應該回到它們原來的位置。
如果您用您的氣壓計測量外部氣壓，則會發生相反的情況：當罐外的空氣推壓氣球時，隨著大氣壓升高，烤串將向上指。隨著大氣壓下降，木製烤串將向下指。每天標記木製烤串的位置可以告訴您會發生什麼樣的天氣！
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此活動與科學夥伴合作推出
