你是否有這種經驗呢？

當全家開車上山露營

到了山上時

卻發現你從家裡帶來的袋裝餅乾

全部都鼓起來了？

另外

在山上的便利超商買東西的時候

發現袋裝餅乾也都是鼓起來的情況

這是怎麼回事呢？

你有沒有想過

如果我們不打開包裝

把餅乾再帶回去家裡的話

又變成什麼樣呢？

答案是變回原樣喔

讓我們來看看其中的原因吧

仔細思索其中的差異

餅乾袋在上山過程中鼓起來

很像吹氣球一樣

但一個密封的袋裝餅乾

應該是與外界隔絕的

不太可能從外部吹氣進去

但是很明顯的

所謂「鼓起來」所代表的是

「袋內體積」變大了

再去思考整個過程中

唯一的變化就是高度

難道是因為高度變化影響嗎？

同學們可以按下暫停鍵想一想

高度的變化

會造成氣體性質的什麼變化呢？

沒錯

就是氣壓

當餅乾在平地封裝時

包裝袋內部的氣壓為一大氣壓

而來到高山上時

外部的氣壓很低

所以包裝袋內部的氣壓顯得比外部高

內外壓力差

使得袋裝餅乾在高處氣壓低的時候

會有膨脹、體積變大的情形產生

讓我們更詳細的說明

由於氣體或液體

都是從高壓的地方

往低壓的地方移動

因此在高處時

袋內氣體壓力比較高會向外面推

氣體體積變大

直到壓力和外面一樣

才會停下來

但當我們回到平地時

由於外部氣壓變高

袋內氣壓降低

體積也就縮小回原本的樣子

相似的例子

還有從水底浮起來的氣泡

當氣泡往水面上升時

越往上走

氣泡外的水壓變小

導致氣泡內的壓力比外面的壓力大

所以氣體往四面八方推開

可以看得到氣泡的體積越來越大

當氣體向外推開的同時

氣泡內的氣壓也逐漸下降

這樣的概念對於潛水夫、

太空人以及地下探勘人員等

都非常重要

他們要盡量避免外部壓力急速下降

否則

溶解在血液中的氣體會快速膨脹

可能會使血管阻塞危及生命安全

著名的潛水夫病就是如此

微小氣泡長期累積在微血管、

關節等身體各處

造成患者不適

整合上面的資訊

氣壓與水壓都會有類似的情況

所以我們統一使用壓力來稱呼

在封閉的容器內

壓力和體積成反比關係

而反比關係在數學上會使用乘法表示

可以表示為「PV等於定值」

我們稱為波以耳定律

當橫膈膜下降時

胸腔體積會變大

導致壓力變小

肺部跟著擴張

外面新鮮的空氣就會進入肺部

相對的

當橫膈膜上升

胸腔體積變小

壓力變大

使肺部縮小

吐出氣體

生物呼吸就是透過這樣的氣體交換喔

另外

在生活中也有使用到波以耳定律的地方

例如腳踏車的打氣筒

要將氣體打進輪胎

需要使外部氣壓大於輪胎氣壓

才能使氣體進入

那要如何增加打氣筒內氣體的壓力呢?

沒錯

透過波以耳定律

我們可以縮小打氣筒內氣體

當下壓桿件時

打氣筒內的體積會縮小、氣壓增加

而使氣體往輪胎方向移動

但相反的

當我們往上拉回打氣筒的桿件時

體積增加

會使氣體氣壓變小

這樣腳踏車輪胎的氣體

不是又會回流回來了嗎？

這樣又該如何解決呢？

工程師們設計氣閥讓氣體不會回流

舉例來說

畫面中的打氣筒有紅色及藍色氣閥

當桿件往上拉時

紅色氣閥會關閉

而藍色氣閥開啟

讓外面的空氣進入

因此輪胎的氣體

並不會因為桿件上拉而回流喔

讓我們回顧一下今天所學到的內容

波以耳定律

指在固定溫度且密閉容器內的氣體壓力

與體積是反比關係

當容器體積越大時

內部的氣體壓力越小

相反的

當容器體積越小時

則內部的氣體壓力越大

當飛機起飛

或是搭乘台北101的電梯上樓時

常常會出現耳鳴的情況

我們通常會快速吞口水

使耳咽管打開以平衡壓力

其實這也是波以耳定律的應用喔

想一想

當我們被急速抬升到高處時

耳膜是往內還是往外擠壓呢？

今天的課程就到這裡結束

我們下次見囉

掰掰