與生活息息相關的氣壓
氣壓和我們的生活息息相關,沒有氣壓,我們無法正常喝水、吃飯。過去,物理學家有一個根深蒂固的觀點,叫“自然害怕真空”,只要是真空,一定會有空氣去填補。后來,氣壓出現,才發現“自然害怕真空”是錯的,不是所有真空都能填補得了的。
舉個直觀的例子,瓶子裝滿水,瓶口蓋一個小塑料片,扣過來,水卻流不出來了,這是為什么?因為大氣托著,但是水柱高到一定程度,大概10米多一點,大氣就托不住了。
這個結論是怎么來的呢?當時是用一個真空抽水機(現在的卷揚機)抽水,這個機器到了一定高度,水就抽不上來了。又如我們熟悉的水銀,甚至最高只能抽到76厘米。
生活中,也有類似的現象。你在地上拿一根管子吸瓶子里的水,1米沒問題;再高一點,拿一根長點的管子吸也沒有問題,但是瓶子放到樓下去,你用一根非常長的管子(大概13米長)吸這個水,無論用多大勁兒,你都吸不上來。
說到這里,你肯定會好奇,為什么到一定高度,水就吸不上來了?因為空氣的氣壓是有一定值的。
當然,除了壓強的因素,想吸到瓶子里面的水,首先瓶子得是敞口的,因為吸的本質,是把管里的空氣給吸空,通過外面的氣壓把水壓進管子里面去。如果把瓶口封死了,外面的空氣進不來,它肯定是吸不動的。
再舉個例子,你坐在高空中飛行的飛機上,打開礦泉水瓶,喝了一口水,再擰上。等飛機降落,發現瓶子變癟了。這是因為天上空氣稀薄,大氣壓較小,地面大氣壓較大,把瓶子擠癟了。一個更直觀的例子是,帶著密封的零食坐飛機,在高空中零食袋子會鼓起來,薯片袋子脹得都快崩開了。這就是氣壓。你在商店里買零食的時候,它是地面上的常溫氣壓,而高空中氣壓較小,零食到飛機上全鼓起來了。
如果在金星上,水能被壓得更高,因為金星上的大氣密度大;換到月球上的話,因為沒有空氣,無論你用多大勁兒,一滴水也吸不上去。
這些和氣壓有關的現象,是不是很有趣?下面,我們通過兩個常見的小問題,來幫助大家更好地理解它。
真空脫水是怎么回事?
疫情肆虐的時候,很多人會買脫水蔬菜囤著。這種脫水蔬菜,就像方便面的菜包,看著綠油油,但沒有水。拿水一泡,一會兒就恢復常態了。這種脫水蔬菜,就是通過真空、低溫脫水的方式來制作的。
脫水之后,它就會保持原來新鮮的狀態,相當于蔬菜變成了蔬菜干,這樣它就不會腐爛了。下次用的時候泡點水,就像海參一樣泡發起來。脫水這個過程沒有經過高溫,蔬菜的蛋白質結構不會發生變化。泡發之后,雖然沒有了新鮮的味道,但它的營養價值還是很高的。

為了更好地理解真空脫水,咱們可以換個例子。比如,咱們人去到外太空,之所以要穿航天服,就是為了加壓保持氣密性。太空幾乎是真空,如果人直接出現在那個環境里,血液瞬間就會沸騰,人的內臟就爆了。我們生活在地球上,在大氣壓的作用下,血液中的水分子會聚在一起,一旦到了真空環境,壓力消失,水分子就跑出去了。
所以說,人得有大氣壓才能活;沒有大氣壓,瞬間就死了。深海里打撈上來的魚,出水之后蹦兩下就死了,也是因為它們更適合高壓狀態下的生存環境,把它們放到常壓狀態,它們的身體結構就被破壞了,內臟也會爆掉。
有人說,以后的殯葬,可以實行“真空葬”,把人放在真空里,瞬間就會變成恐怖的“干尸”,人也就揮發了。所以,開個玩笑,你還可以試試真空減肥法,去到真空,用適度的壓力來讓自己減重。
當然,也不是所有的東西放在真空中都會脫水。比如鐵,它放在真空里就沒有什么事。因為它是固體,構造中沒有水分等液體,不會受到氣壓的影響。
你甚至可以想象一下,找到一個能抽真空的東西,滴幾滴水放進去。抽一下真空,就會看到水在慢慢地起霧。當你使勁兒抽真空時,這個水還會沸騰,這是因為氣壓越低,水的沸點就越低。假設現在屋里是20攝氏度,這時你抽真空抽到一定程度,才20攝氏度,水就開始沸騰,變成水蒸氣了。
高壓鍋打開鍋蓋后,平靜的水,為什么會再次沸騰?
高壓鍋內的氣壓很大,導致水的沸點變高,可能到了120攝氏度才開始沸騰。這樣,就可以用更高的溫度把食物煮爛。在西藏這樣的高原地帶,因為氣壓低,導致水還沒到100攝氏度,就沸騰了,基本上七八十攝氏度的時候水就開鍋了。
很多小朋友會有疑問,不是說水的沸點是100攝氏度嗎?怎么有的高,有的低呢?實際上,100攝氏度水開始沸騰,指的是在標準大氣壓下,并不是所有情況都通用。隨著氣壓的升高和降低,水的沸點也會變高和變低。
看到這里,肯定有小朋友會想,70攝氏度就開鍋,那咱們煮飯不是更快嗎?但真實情況是,飯只能煮得半生不熟,因為70攝氏度的水溫太低了,而且水沸騰后再加熱,溫度也不會再升高。
理論上來說,越高的山上,越喝不著100攝氏度的開水。在西藏喝的開水,事實上也就七八十攝氏度,所以你吃的東西可能也是生的,這對健康是有一定危害的。并且,不管你加多少柴火,煮多久,水最終的溫度只能達到80多攝氏度。
所以,在高壓鍋出現之前,西藏當地的居民基本不吃米飯,因為米飯燜不熟。但這并不代表著在西藏吃不到任何熟的東西,雖然水煮的最高溫度只到80多攝氏度,但是可以用油煎,可以用鍋炒。西藏居民都是把青稞做成面,拿鍋炒,炒熟了,泡水喝。油煎的話,油的溫度是多少度,食物基本上就能達到多少度。
在西藏、青海等地區,高壓鍋是每個家庭必備的。由于高壓鍋的出現,當地居民吃到了很多之前吃不到的美味食物。
用過高壓鍋的人,會發現一個有趣的現象,那就是用高壓鍋煮熟食物之后,打開蓋子的時候,本來平靜的水,會再次沸騰起來,這是為什么呢?
前面說過,高壓鍋里的氣壓很高,在打開鍋蓋前,水的沸點可能在120攝氏度,此時水的溫度或許是110攝氏度,所以不會沸騰。
當把鍋蓋打開,氣壓下降,水的沸點就會回到100攝氏度(標準大氣壓下),此時110攝氏度的水當然會立即沸騰起來。根本原理是這樣的:無論是燒水時水沸騰還是打開鍋蓋時水沸騰,都是因為水中的水分子突然劇烈地向外“逃竄”的結果。
這里再給大家引申一個小問題:如何在海平面上,讓不到100攝氏度的水沸騰?答案是,用一個封閉容器給它抽真空!你學會了嗎?
tips
氣壓:氣體的壓強。沒有氣壓,我們基本上無法正常生活。
沸點:液體沸騰時候的溫度。