气体的特征

同其他物质一样，气体也是由原子或分子组成的，但是构成气体的原子或分子并不会老老实实地待在原地不动。这些原子或分子会互相碰撞，或者撞向容器壁。当这些原子或分子与容器壁发生碰撞时，气压就会上升。

气体是物质常见的3种状态之一，另外两种状态分别是液体和固体。我们生活在一个被气体包围的世界中，因为我们呼吸的空气就是气体。实际上，空气是一种混合气体，它主要由氮气和氧气组成。虽然我们看不见空气，但是它是有质量的，所以它会对所有处于其中的物体产生压力。一个房间中所有空气的质量大约是80千克，而地球大气层中所有空气的质量达到500万亿吨。气压（大气的压强）可以通过气压计测定，气压计有许多种不同的类型，适用于不同的场合。

意大利科学家埃万杰利斯塔·托里拆利（Evangelista Torricelli，1608—1647）于1644年发明了第一支水银（Hg）气压计，契机是他想要证明真空是由气压的缺失引起的。托里拆利拿一根大约1米长的细长玻璃管，将其一端封住，再向里面注入水银液体，随后他把这根灌满水银液体的玻璃管上下颠倒，让封口端朝上，开口端朝下，并把开口端缓慢插入一个盛满水银液体的碗中。他发现，玻璃管中的水银柱开始下降，但是没过多久，水银柱就停止下降了。托里拆利解释说：因为作用在碗中水银液面上的大气压力传递到了玻璃管中的水银柱上，所以水银柱才能被托举在某一高度不再下降，而水银柱上方封闭的那部分空间中没有任何空气，也就是真空。

预测天气

生活中，标准大气压能支撑大约76厘米高的水银柱。由于每天的气压会随气候而变化，因此气压能支撑的水银柱的高度也会随之变动。人们很快就学会了通过观察水银柱高度的变化来预测气候变化，比如，当晴空万里的时候，气压比较高，水银柱会上升；反之，当水银柱下降的时候，就说明气压开始下降了，也就预示着雨水天气即将到来。此外，气压也会随着海拔升高而降低，海拔每升高100米，水银柱大约下降1厘米，所以气压计可以根据这一原理来测量海拔。飞机上搭载的高度计其实大多是灵敏的无液型气压计。无液型气压计不使用水银，其核心部件是一个没有任何空气的封闭小真空腔，当气压计所处环境的外部气压发生变化时，这个小真空腔便会发生形变，进而推动杠杆结构的连接部位，使刻度表盘上的指针发生偏移。飞机高度计表盘上的数字是用海拔而非气压校准的，因此可以直观地显示飞机所处的实际海拔。

其他气体

并非所有气体的密度都和空气的密度相同，氢气和氦气就是两种比空气更轻的气体。氢气是一种危险的可燃气体，人们曾用氢气来填充气球和飞艇，很不幸的是，历史上发生过数次由氢气燃烧引发的灾难——最著名的一次就是1937年5月6日德国兴登堡号飞艇爆炸事故——从那以后，人们便不再使用氢气填充气艇。如今，人们使用更安全、不会燃烧的惰性气体——氦气来填充飞艇。

其他气体可以作为燃料。甲烷（CH ₄ ）存在于地下的天然气中。与甲烷类似的另外两种气体——丙烷（C ₃ H ₈ ）和丁烷（C ₄ H ₁₀ ）——则是从炼油厂的原油中提取出来的两种可燃、无毒气体。丙烷和丁烷通常用金属瓶封装、出售，人们在户外野营的时候可以用这些瓶装丙烷和丁烷气体生火取暖或照明。加压可以使丙烷和丁烷液化，从而生成液化石油气（LPG），液化石油气是车用汽油理想的清洁替代品。

乙炔（C ₂ H ₂ ）是另一种燃料气体。乙炔在氧气（空气）中燃烧产生的火焰便是氧炔焰，温度可以高达3000℃，可用来切割、焊接钢材或者其他金属。乙炔同样可以被加压液化，然后用钢瓶封装。二氧化碳（CO ₂ ）分子是由一个碳（C）原子和两个氧（O）原子组成的，其密度很大。固态的二氧化碳被称为“干冰”。被二氧化碳包围的任何物品都无法燃烧，因为二氧化碳本身不可燃，也不助燃，这就是二氧化碳能被用于灭火的原因。

气体的性质

装在封闭容器中的气体会向容器壁施加压力，因为容器内的气体分子在不停地快速运动，并且会不断地与容器壁发生碰撞，这些碰撞的能量转移到容器壁上便产生了压力——这也是我们需要把容器口封住的原因，不然气体就跑光了。如果通过挤压容器使容器的体积变小，那么容器内气体的压强就会增大。比如说，容器的体积减为原来的一半，那么容器内气体的压强就会增大为原来的两倍。气体的压强和体积之间的关系最早由英国科学家罗伯特·波意耳（Rob-ert Boyle，1627—1691）发现，因此也被称为“波意耳定律”。

在气体的体积保持不变的情况下，加热气体也会使压强增大。这是因为气体越热，其分子运动越快，与容器壁发生的碰撞就越频繁，表现为压强增大。如果气体的体积并非保持不变，那么加热气体就会使气体体积膨胀，从而占据更多的空间。气体的膨胀可以用来做功，许多机器是利用气体膨胀来工作的，如蒸汽机。

气体的流动也可以用来做功。最早利用气体流动来做功的装置是帆船。后来，人们利用风来驱动风车工作。许多风车有类似于帆的叶子，它们在地中海国家（如西班牙和希腊）十分常见。