大气压强与湿度、温度的关系——从微观角度解释
在初中物理课本中，对大气压强的影响因素仅局限于海拔高度，可无论是生活中晴天雨天对气压感知的差异，抑或是物理题目中对大气压强考察，都揭示了大气压强这一复杂的物理现象的影响因素绝非海拔高度一种。本文即从微观角度解释了大气压强与湿度，温度的关系，并对其进行了总结。
- 大气压强的微观解释——以上海2018年黄埔一模题为引
在2018年的黄埔物理一模中，出现了这样一道题目：
这道题目打破了我们对大气压强产生原因的“重力论”（即大气的重力对地球产生了压力，从而产生了大气压强）的认知。我们不禁产生疑问，气体压强的产生的本质究竟是什么呢？
高中物理教材中给出了这样的解释：
从分子动理论的观点来看，气体对容器的压强源于气体分子的热运动。当它们飞到容壁时，就会跟容壁发生碰撞（可视为弹性碰撞），就是这个撞击对器壁产生了作用力，从而产生了压强。[1]（如下图）
这一观点与上文一模题中的观点极为相似，我们不妨将右图中的“碰撞模型”推广到大气压强中。此时，应将地面上方的空气想象成是由一个无形的容器包围着的。
（如上图）[2]。在这一碰撞模型中，单个分子对地面产生的撞击是间断的，不均匀的，但是对大量分子总的作用来说，就表现为连续的和均匀的了，分子撞击产生的压力与器壁面积的比值就是压强大小。再经查阅资料进行证实，可得出以下结论。
结论一：大气压强是由空气分子的热运动，导致空气分子对物体表面撞击产生的。
二：大气压强与海拔高度、湿度，温度的关系
在上述的“碰撞模型”中，大气压强的大小与空气分子的平均动量（即运动物体的作用效果）有关。经查阅资料，气体分子的平均动量（仅考虑其大小）为：
（其中k为玻尔兹曼常数）[3]
不难发现，气体分子的平均动量与分子质量，温度有关。
- 空气分子的质量与湿度的关系
地球上的大气由氮气（约78.1%）、氧气（约20.9%）、稀有气体（约0.9%）、二氧化碳（约占0.03%）与少量的水蒸气等。
由阿伏伽德罗定律可知：
同温同压下，相同体积的任何气体含有相同的分子数。
故可将空气的组成简化成以下模型。
当空气湿度较低时，空气中的组成如左图，而当温度不变，空气湿度较高时，相对分子质量较小的水蒸气取代原本相对分子质量较大的氮气与氧气（如右图）[4]。于是，空气的整体密度变低，单位体积下的质量也随之变小。因此，分子质量对大气压强的影响便可看待为大气湿度对大气压强的关系。
2.大气压强与海拔高度、湿度，温度的关系
根据上述公式与推断，不难得出以下结论：
结论二：除了海拔高度外，大气压强还与湿度，温度有关。
结论三：相同条件下，大气压强随湿度的减小而增大。
结论四：相同条件下，大气压强随温度的升高而增大。
三．湿度与温度间的“君臣佐使”
根据以上结论，便可解释为何晴天的气压相较阴雨天高：晴天温度增加，湿度减小，大气压强随之增加。但是，如右表格所示[5]
冬天的大气压强往往比夏天大，面对这一论述，若仅仅依靠上述结论就显得乏善可陈：夏天气温高、湿度高；冬天气温低，湿度低，我们不禁疑问，这应该如何比较呢？
不同于密闭容器，当大气某一地区的温度增加时，必将引起空气体积的膨胀空气分子势必要向周围地区扩散，温度高的气体分子固然会运动得快些，这将成为促进压强增大的因素。但另一方面，随着温度的升高，气体分子便向四周扩散，则该区域气体分子数就要减少（此时由于温度增加，阿伏伽德罗定律中同温同压的条件便失效了，单位体积内的分子数随之改变），从而又形成一个促使压强减小的因素。而实际情况乃是上述两种对立因素共同作用的结果。至于这两种因素中哪个起主要作用。上述例子便较好地告诉我们，湿度是对大气压强起主要影响的，便可得出以下结论。
结论四：通常情况下，在湿度，温度这两个因素中，湿度对大气压强起主要的，决定性作用。
四．小结
本文通过对大气压强的微观解释，解释了影响大气压强的因素及其主次，给出了相关四条结论。当然，大气压强在生活中，由于纬度，地势等影响，本身是不可预测的，影响它的因素也并非只有海拔高度，湿度，温度而已。
- 《人教版高中物理选择性必修第三册》 ↑
- 程如林 《大气压强与气体压强 重量模型与碰撞模型》 ↑
- 孙大君《温度、湿度与大气压强》 ↑
- 事实上，由于空气中的水蒸气含量极少，模型中所示的空气的组成是不准确的。 ↑
- 表格数据来自于田广志 姚久民 王殿军:《大气压强随湿度温度变化的解释商榷》 ↑
