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“氣體浮力怎樣形成？重力在大氣浮力形成中起到哪些作用？微觀上怎么解釋二氧化碳浮力？希望本文能讓你換一個(gè)視角認(rèn)識(shí)二氧化碳浮力。”
1、大氣浮力和二氧化碳浮力
大氣浮力形成的誘因普遍的說法是由于二氧化碳遭到重力的作用，同時(shí)還具有流動(dòng)性，這樣類比液體浮力形成的原理，就可以解釋大氣浮力的形成。
在這一理論解釋中，重力是浮力形成的重要誘因，這一點(diǎn)沒有問題。并且這一原理不太容易解釋清楚二氧化碳浮力現(xiàn)象（大氣浮力和二氧化碳浮力是不一樣的），例如地面的二氧化碳形成的大氣浮力是由于大氣層遭到重力施加壓力造成的，這么假如在地面上的一個(gè)結(jié)實(shí)密閉容器中封閉了一些二氧化碳，這種二氧化碳自然不再遭到外界二氧化碳施加的壓力，這么這種密閉二氧化碳是否還有浮力呢？
肯定是有的，莫非是這部份二氧化碳的重力造成的二氧化碳浮力嗎？這似乎就不太妥當(dāng)了，這部份二氧化碳質(zhì)量太小，不足以形成如此大的浮力。
再例如繞月球運(yùn)動(dòng)的天宮1號(hào)空間站內(nèi)部的二氧化碳大氣壓強(qiáng)表達(dá)式是什么，此時(shí)處于失重狀態(tài)，那這種二氧化碳對(duì)飛船內(nèi)壁都會(huì)形成浮力嗎？很其實(shí)這個(gè)浮力是存在的，而且肯定不是由于重力的緣由了。
因而，用二氧化碳遭到重力來解釋二氧化碳浮力就不太好了，我們須要深入了解二氧化碳浮力形成的本質(zhì)緣由。
2、氣體的特殊性
二氧化碳跟固體和液體有明顯的不同。固體和液體有固定的容積，而且二氧化碳卻沒有。譬如說用1m3的容器裝二氧化碳，二氧化碳的容積就是1m3，同樣的氨氣換為2m3的容器，二氧化碳容積就弄成了2m3，這一點(diǎn)固體和液體都做不到。為何會(huì)這樣？
由于微觀上二氧化碳分子是自由的，可以奔向任意方向不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，二氧化碳仍然還能飽含儲(chǔ)存空間，這造成二氧化碳的容積仍然等于容納二氧化碳的容器的容積。
正是二氧化碳分子能否自由運(yùn)動(dòng)的這一差別，造成了二氧化碳浮力和液體、固體的浮力都有所不同。
3、氣體浮力的微觀解釋
在分子層面上看，二氧化碳分子由于不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，會(huì)連續(xù)不斷的持續(xù)撞擊接觸面，每一個(gè)二氧化碳分子在撞擊接觸面的時(shí)侯就會(huì)形成一個(gè)撞擊斥力，這個(gè)力很小，但確實(shí)存在。當(dāng)大量的二氧化碳分子都不斷撞擊接觸面的時(shí)侯，它們的撞擊斥力之和就很可觀了，這就是二氧化碳浮力形成的微觀緣由。
為了愈發(fā)形象的理解這一過程，我們可以構(gòu)想一個(gè)場(chǎng)景，下暴雨的時(shí)侯將陽(yáng)傘豎直撐開，雨滴撞擊在陽(yáng)傘面上，每一個(gè)雨滴就會(huì)對(duì)陽(yáng)傘形成一個(gè)撞擊斥力，當(dāng)大量的雨滴撞擊陽(yáng)傘的時(shí)侯，這個(gè)撞擊斥力就很大了，我們須要對(duì)陽(yáng)傘施加一個(gè)向下的力才才能正常撐起陽(yáng)傘。二氧化碳分子對(duì)接觸面的撞擊如同雨滴撞擊陽(yáng)傘一樣，會(huì)形成很大的斥力。
4、氣體浮力的微觀表達(dá)式
假如二氧化碳浮力的確是因?yàn)榉肿优鲎残纬桑@么我們可以嘗試求解出氣體浮力的表達(dá)式。這兒須要用到碰撞模型，為了易于理解，我們不做理論介紹，只是借用理論解決問題。
原理：對(duì)于質(zhì)量為m一個(gè)小球，假如斥力為F，作用時(shí)間為t，小球的速率從v1變?yōu)関2，，這么將會(huì)有關(guān)系式：Ft=mv2-mv1。
這么我們選擇一個(gè)外墻面積為S，二氧化碳分子的運(yùn)動(dòng)速率為v，二氧化碳分子撞擊墻壁以后速率大小不變，即原速度回落（速度不能變大也不能變小，否則二氧化碳將逐步向墻面會(huì)聚，或則漸漸遠(yuǎn)離墻面，不符合實(shí)際情況）。這么t時(shí)間內(nèi)將會(huì)有vt長(zhǎng)的一段空氣柱撞擊在墻壁上，由于二氧化碳速率大小不變方向相反，相當(dāng)于mv2-mv1=2mv，這樣我們得到公式：Ft=2mv=2ρSvt?v=2ρSv2t，這樣借助浮力等于壓力乘以面積，得到二氧化碳浮力表達(dá)式為p=F/S=2ρSv2。
由此表達(dá)式可見，二氧化碳浮力有兩個(gè)誘因決定，一是二氧化碳的密度，二是二氧化碳分子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)速率。后者俺們學(xué)習(xí)過，前者主要由水溫決定，水溫越高，分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈。
其實(shí)這一討論沒有考慮二氧化碳分子向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的可能性，而且就算考慮這一可能性，也只是改變系數(shù)大小的問題，不會(huì)改變浮力微觀表達(dá)式的本質(zhì)涵義大氣壓強(qiáng)表達(dá)式是什么，即由二氧化碳密度和不規(guī)則運(yùn)動(dòng)速率決定浮力這一推論是仍然不變的。
至于流動(dòng)的二氧化碳的浮力這兒暫時(shí)不做討論，后續(xù)我們就會(huì)繼續(xù)剖析。
5、氣體微觀表達(dá)式的應(yīng)用
首先，對(duì)于上面提及的封閉容器的二氧化碳浮力問題，二氧化碳浮力的微觀表達(dá)式才能挺好地做出解釋，只要二氧化碳在不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，二氧化碳浮力就是存在的。
另外假如給密閉二氧化碳施加壓力，二氧化碳的密度都會(huì)減小（即容積增大）便于形成更大的浮力去平衡外界的壓力。這樣就能否挺好的解釋為何大氣層密度不均勻了。大氣層越往地面密度越大，這都是由于二氧化碳浮力必需要足夠大便于平衡月球施加給上方的二氧化碳的重力，越往上可以施加壓力的大氣質(zhì)量越少，自然壓力就越小，因而大氣浮力就越小，所以大氣密度也就越小，自然就越黏稠了。這就是海拔影響大氣浮力的誘因。可見二氧化碳微觀表達(dá)式除了可以解釋二氧化碳浮力，可以挺好地解釋大氣浮力。
另外我們曉得，夏季當(dāng)空氣溫度很大的時(shí)侯，氣壓會(huì)增加，這是為何呢？用二氧化碳浮力的微觀表達(dá)式挺好解釋，空氣溫度大是由于水蒸汽濃度高，而水蒸汽的密度較低，比空氣密度小，造成大氣浮力減少了。氣壓降低造成人們?cè)诤粑臅r(shí)侯每一次吸入的二氧化碳容積也會(huì)降低，因此這些天氣容易引起頭痛頭暈的覺得，這一點(diǎn)在桑拿的時(shí)侯也能覺得到。
二氧化碳浮力的微觀表達(dá)式在解釋風(fēng)吹動(dòng)帆船運(yùn)動(dòng)的時(shí)侯也還能起到作用，你能自己嘗試解釋一下嗎？