与生活息息相关的气压
气压和我们的生活息息相关,没有气压,我们无法正常喝水、吃饭。过去,物理学家有一个根深蒂固的观点,叫“自然害怕真空”,只要是真空,一定会有空气去填补。后来,气压出现,才发现“自然害怕真空”是错的,不是所有真空都能填补得了的。
举个直观的例子,瓶子装满水,瓶口盖一个小塑料片,扣过来,水却流不出来了,这是为什么?因为大气托着,但是水柱高到一定程度,大概10米多一点,大气就托不住了。
这个结论是怎么来的呢?当时是用一个真空抽水机(现在的卷扬机)抽水,这个机器到了一定高度,水就抽不上来了。又如我们熟悉的水银,甚至最高只能抽到76厘米。
生活中,也有类似的现象。你在地上拿一根管子吸瓶子里的水,1米没问题;再高一点,拿一根长点的管子吸也没有问题,但是瓶子放到楼下去,你用一根非常长的管子(大概13米长)吸这个水,无论用多大劲儿,你都吸不上来。
说到这里,你肯定会好奇,为什么到一定高度,水就吸不上来了?因为空气的气压是有一定值的。
当然,除了压强的因素,想吸到瓶子里面的水,首先瓶子得是敞口的,因为吸的本质,是把管里的空气给吸空,通过外面的气压把水压进管子里面去。如果把瓶口封死了,外面的空气进不来,它肯定是吸不动的。
再举个例子,你坐在高空中飞行的飞机上,打开矿泉水瓶,喝了一口水,再拧上。等飞机降落,发现瓶子变瘪了。这是因为天上空气稀薄,大气压较小,地面大气压较大,把瓶子挤瘪了。一个更直观的例子是,带着密封的零食坐飞机,在高空中零食袋子会鼓起来,薯片袋子胀得都快崩开了。这就是气压。你在商店里买零食的时候,它是地面上的常温气压,而高空中气压较小,零食到飞机上全鼓起来了。
如果在金星上,水能被压得更高,因为金星上的大气密度大;换到月球上的话,因为没有空气,无论你用多大劲儿,一滴水也吸不上去。
这些和气压有关的现象,是不是很有趣?下面,我们通过两个常见的小问题,来帮助大家更好地理解它。
真空脱水是怎么回事?
疫情肆虐的时候,很多人会买脱水蔬菜囤着。这种脱水蔬菜,就像方便面的菜包,看着绿油油,但没有水。拿水一泡,一会儿就恢复常态了。这种脱水蔬菜,就是通过真空、低温脱水的方式来制作的。
脱水之后,它就会保持原来新鲜的状态,相当于蔬菜变成了蔬菜干,这样它就不会腐烂了。下次用的时候泡点水,就像海参一样泡发起来。脱水这个过程没有经过高温,蔬菜的蛋白质结构不会发生变化。泡发之后,虽然没有了新鲜的味道,但它的营养价值还是很高的。
为了更好地理解真空脱水,咱们可以换个例子。比如,咱们人去到外太空,之所以要穿航天服,就是为了加压保持气密性。太空几乎是真空,如果人直接出现在那个环境里,血液瞬间就会沸腾,人的内脏就爆了。我们生活在地球上,在大气压的作用下,血液中的水分子会聚在一起,一旦到了真空环境,压力消失,水分子就跑出去了。
所以说,人得有大气压才能活;没有大气压,瞬间就死了。深海里打捞上来的鱼,出水之后蹦两下就死了,也是因为它们更适合高压状态下的生存环境,把它们放到常压状态,它们的身体结构就被破坏了,内脏也会爆掉。
有人说,以后的殡葬,可以实行“真空葬”,把人放在真空里,瞬间就会变成恐怖的“干尸”,人也就挥发了。所以,开个玩笑,你还可以试试真空减肥法,去到真空,用适度的压力来让自己减重。
当然,也不是所有的东西放在真空中都会脱水。比如铁,它放在真空里就没有什么事。因为它是固体,构造中没有水分等液体,不会受到气压的影响。
你甚至可以想象一下,找到一个能抽真空的东西,滴几滴水放进去。抽一下真空,就会看到水在慢慢地起雾。当你使劲儿抽真空时,这个水还会沸腾,这是因为气压越低,水的沸点就越低。假设现在屋里是20摄氏度,这时你抽真空抽到一定程度,才20摄氏度,水就开始沸腾,变成水蒸气了。
高压锅打开锅盖后,平静的水,为什么会再次沸腾?
高压锅内的气压很大,导致水的沸点变高,可能到了120摄氏度才开始沸腾。这样,就可以用更高的温度把食物煮烂。在西藏这样的高原地带,因为气压低,导致水还没到100摄氏度,就沸腾了,基本上七八十摄氏度的时候水就开锅了。
很多小朋友会有疑问,不是说水的沸点是100摄氏度吗?怎么有的高,有的低呢?实际上,100摄氏度水开始沸腾,指的是在标准大气压下,并不是所有情况都通用。随着气压的升高和降低,水的沸点也会变高和变低。
看到这里,肯定有小朋友会想,70摄氏度就开锅,那咱们煮饭不是更快吗?但真实情况是,饭只能煮得半生不熟,因为70摄氏度的水温太低了,而且水沸腾后再加热,温度也不会再升高。
理论上来说,越高的山上,越喝不着100摄氏度的开水。在西藏喝的开水,事实上也就七八十摄氏度,所以你吃的东西可能也是生的,这对健康是有一定危害的。并且,不管你加多少柴火,煮多久,水最终的温度只能达到80多摄氏度。
所以,在高压锅出现之前,西藏当地的居民基本不吃米饭,因为米饭焖不熟。但这并不代表着在西藏吃不到任何熟的东西,虽然水煮的最高温度只到80多摄氏度,但是可以用油煎,可以用锅炒。西藏居民都是把青稞做成面,拿锅炒,炒熟了,泡水喝。油煎的话,油的温度是多少度,食物基本上就能达到多少度。
在西藏、青海等地区,高压锅是每个家庭必备的。由于高压锅的出现,当地居民吃到了很多之前吃不到的美味食物。
用过高压锅的人,会发现一个有趣的现象,那就是用高压锅煮熟食物之后,打开盖子的时候,本来平静的水,会再次沸腾起来,这是为什么呢?
前面说过,高压锅里的气压很高,在打开锅盖前,水的沸点可能在120摄氏度,此时水的温度或许是110摄氏度,所以不会沸腾。
当把锅盖打开,气压下降,水的沸点就会回到100摄氏度(标准大气压下),此时110摄氏度的水当然会立即沸腾起来。根本原理是这样的:无论是烧水时水沸腾还是打开锅盖时水沸腾,都是因为水中的水分子突然剧烈地向外“逃窜”的结果。
这里再给大家引申一个小问题:如何在海平面上,让不到100摄氏度的水沸腾?答案是,用一个封闭容器给它抽真空!你学会了吗?
tips
气压:气体的压强。没有气压,我们基本上无法正常生活。
沸点:液体沸腾时候的温度。