气体体积进行的必要校正

一切弹性流体都可与它们所负载的重量成比例地压缩或凝缩。也许，由一般经验所确定的这条定律，在这些流体处于几乎足以使它们处于液体状态的某种凝缩程度之下时，或者处于极稀薄状态或凝缩状态时，可以允许有某种不规则性；不过，我们用我们的实验所处理的大多数气体，很少达到这两个极限中的任何一个。我对于可与压在其上的重量成比例地压缩的气体的这

个命题的理解如下：

气压计是一般所知的一种仪器，严格说来是一种虹吸管 ABCD（图版Ⅻ，图 16），其 AB 支管盛满汞，而 CD 支管则充满空气。如果我们假定支管 CD 无限延伸直至它与我们大气的高度相等，我们很容易就可以想象，气压计实际上就是一台天平，其中的汞柱与相同的重量的空气柱处于平衡状态。不过，不必把支管 CD 延长到这样的高度，因为很显然，气压计陷于空气之中，汞柱 AB 将同样与相同直径的空气柱处于平衡状态，不过支管 CD 在 C 处被截断，CD 部分完全被拿开了。

与从大气的最高部分到地球表面的空气柱重量相平衡的汞的平均高度，在巴黎市的较低部分大约是二十八法吋（French inch）；换言之，在巴黎的地球表面的空气上面，通常压着与高度为二十八吋的汞柱的重量相等的重量。在本书的几个部分中谈到不同气体时，譬如说到在 28 吋压力下立

方呎的氧气重 1 盎司 4 格罗斯时，必须以这种方式理解我所讲的。此汞柱的高度被空气压力所承载，随我们在地球表面，确切地说是在海平之上被升高的程度而降低，因为汞只能与它上面的空气柱形成平衡，该空气柱一点也不受其平面之下的空气影响。

汞以什么比率与其海拔成比例地下降呢？就是说，几个大气层按什么定律或比率在密度上减小呢？这个曾经锻炼了上个世纪的自然哲学家们的独创性的问题，由以下实验加以阐明。

如果我们取一个玻璃虹吸管 ABCDE（图版Ⅻ，图 17），其 E 端封闭、A 端敞开，导入几滴汞截断支管 AB 与支管 BE 之间的空气流通，那么，BCDE 中所含空气显然就与所有周围的空气一样，受与 28 吋汞相等的空气柱重量之压。但是，如果我们往支管 AB 中注入 28 吋汞，那么很清楚，支管 BCDE 中的空气就将受与二倍 28 吋汞，即大气重量两倍的重量相等的重量之压；经验表明，在这种情况下，所含空气不是充满从 B 到 E 的管子，而是只占据从C 到 E 的管子，即正好是它以前所占空间的一半。如果我们往支管 AB 中最初的汞柱上另外再加两个 28 吋，则支管 BCDE 中的空气就将受大气重量的四倍，即 28 吋汞重量的四倍之压，那么它就只会充满从 D 到 E 的空间，正好是它在实验开始时所占空间的四分之一。从这些可以无限变化的实验，已经推演出一条似乎可适用于一切永久弹性流体的一般的自然定律，即它们的体积与压在其上的重量成比例地减小；换言之：“所有弹性流体的体积与压缩它们的重量成反比。”

为了用气压计测量山的高度所做的实验进一步证实了这些推演的真实性；即使假定它们在某种程度上不精确，这些差异也极小，在化学实验中可以认为它们无足轻重。一旦完全理解了这条弹性流体压缩定律，就可以不费力地将其用于关于气体体积与其压力关系的气体化学实验中所必须的校正。这些校正有两种：一种与气压计的变化有关，另一种则是针对池中所容纳水柱或汞柱的。我将从最简单的情况开始，用例子尽力解释这些。

假设得到 100 立方吋氧气，氧气处于温度计的 10°（54.5°）和气压计的 28 吋 6 吩，需要知道这 100 立方吋的气体在 28 吋①的压力下会占据多大

体积，以及 100 吋氧气的重量是多少？令气压计是 28 叶时这种气体所占据的未知体积即未知吋数受 x 之压；由于体积与压在其上的重量成反比，我们就有以下陈述：100 立方吋与 x 成反比，就如同 28.5 吋压力比 28.0 吋一样；或者直接就是 28∶28.5∷100∶x=101.786——立方吋，在 28 吋气压计压力时；这就是说，在气压计为 28.5 吋时占据 100 立方吋体积的同样的气体或

空气，在气压计为 28 吋时将占 101.786 立方吋。计算占据 100 立方吋的这

种气体在 28.5 吋气压计压力下的重量同样容易；例如，由于它相当于压力

为 28 吋的 101.786 立方吋，由于在此压力和温度为 10°（54.5°）时每立方吋氧气重半格令，由此得出，在 28.5 气压计压力下，100 立方吋必定重50.893 格令。这个结论可以更直接地形成，因为，由于弹性流体的体积与其

压力成反比，其重量必定就与同样的压力成正比：因此，由于 28 吋压力下

100 立方吋重 50 格令，于是我们就有以下陈述来确定 28.5 气压计压力下 100 立方吋同样气体的重量，28∶50∷28.5∶x，即未知量，=50.893。

下列实例较为复杂。假设广口瓶 A（图版Ⅻ，图 18）的上部 ACD 盛有一定量的气体，广口瓶 CD 以下部分装满汞，整个广口瓶竖立于盆或槽 GHIK 之中，槽内盛汞至 EF，并假设广口瓶中 CD 汞面与池中汞面 EF 之差为六吋，而气压计位于 2 7.5 吋。由这些数据显然可见，ACD 中所含空气受大气重量之压，此大气重量由于汞柱 CE 的重量而减少，即减少 27.5-6=21.5 吋气压计压力。因此，此空气受压小于大气处于气压计的普通高度时所受之压，所以它所占据的空间就比它在处于普通压力下时处占空间大，而差值恰恰就与压重之差成正比。那么，如果测量 ACD 发现它是 120 立方吋的话，那么它必须折算成它在 28 吋的普通压力下所占体积。这由以下陈述完成：120∶x

即未知体积，∷21.5∶28反比；这就给出x = 120 × 21.5 = 92.143立方吋。

在这些计算中，我们可以将气压计中汞的高度以及广口瓶和池中平面之差换算成为吩或吋的十进小数；不过，我更喜欢后者，因为它更易于计算。由于在这些经常出现的运算中简化方法极有用处，我已经在附录中给出了一个表，将吩和吩的小数换算成为吋的十进小数。

在用水装置完成的实验中，我们必须估计和考虑到在池子中的水面之上广口瓶内水的高度差，而作类似的校正以获得严格精确的结果。不过，由于大气压是用汞气压计的吋和吩表示的，由于同类量才能一起计算，因此，我们必须把观察到的水的吋数和吩数换算成汞的相应高度。我已经在附录中给出了供这种换算用的表，假定汞比水重 13.5681 倍。

① 根据法呎与英呎之间给定的 114 比 107 的比例，法制气压计的 28 吋等于英制气压计的 29.83 吋。在附录中将会找到对于将本书中所使用的法制衡量和度量换算成为相应的英制单位的说明。——E