认识真空

认识真空

托里拆利第一次成功创造出真空环境,证明了真空确实存在,为气压计的发明创造了条件。

在托里拆利最开始的实验里,密封在玻璃管中的水银上方的空间里到底有什么呢?答案是真空,里面没有任何物质。科学家如果想要研究真空就必须找到一种能够在实验室里制造真空的方法。1654年,时任马尔堡市长的奥托·冯·格里克发明了第一个空气泵,之所以叫作这个名字,是因为它是用来抽除容器中的空气的(现在,我们早已习惯于把它叫作真空泵)。奥托·冯·格里克用空气泵抽干了一对半球组成的球体中的空气之后,两个半球被大气压力紧紧地扣在一起,就连16匹马也无法将其分开。

现在我们可以使用简单的设备就能再现托里拆利设计的水银气压计。

冯·格里克的实验装置后来被称为马德堡半球。随后出现了更高效的空气泵。1703年,英国物理学家弗朗西斯·霍克斯比制造出一种真空泵,英国科学家罗伯特·波义耳使用这种真空泵研究空气。

1855年,德国物理学家海因里希·盖斯勒利改良了空气泵,用于研究低压时的放电现象。

十年之后,在德国出生的英国科学家赫尔曼·施普伦格尔对盖斯勒的空气泵做了机械化改造。这种类型的空气泵至今仍在使用,它是一种水银蒸气泵(或者说扩散泵),通过水银蒸气泵吸附空气分子后将其转移,从而形成真空。水银蒸气泵有着重要的作用,在它的帮助下,人们发现了空气中的稀有气体。此外,蒸气泵对于电子的发现以及灯泡的发明也起到了功不可没的作用。

水银气压计

再现托里拆利的实验非常简单,把一根一段封闭的玻璃管中倒满水银,再把开口的一段浸入装有水银的容器里,这时玻璃管中的水银柱会缓慢下降,在玻璃管中形成一段真空区域。

容器中水银所受到的大气压力支撑起玻璃管中的水银,使之不至于完全倒流到容器里。玻璃管中水银表面上方的真空区域的高度变化所反应的就是大气压力。

气压计证明了大气存在压力,并且能够测量这种压力。