В каком воздухе давление больше в теплом или холодном

Почему горячий воздух легче холодного

Нас окружает большое количество явлений, к которым мы давно привыкли. Причём настолько, что нередко не задаёмся вопросами, почему так, а не иначе, или что это означает. Например, всё знают, что тёплый воздух легче холодного и от этого поднимается вверх. Но что означает «легче»?

То есть простой вроде бы вопрос на самом деле таковым не является. И даже вызывает горячие споры.

Дело в объёме, а не в массе

На самом деле, конечно, говорить о том, что горячий воздух «легче» холодного, несколько некорректно. Дело в том, что по мере повышения температуры газа скорость молекул нарастает. Следовательно, расстояние между ними будет тоже увеличиваться. А это означает, что горячий воздух станет занимать больше пространства.

Таким образом, один и тот же объём газа в нагретом состоянии станет меньше давить на квадратный сантиметр или любую другую единицу поверхности. Этим и объясняется его «лёгкость». Но за счёт чего такое стало возможным?

От температуры зависит плотность газа. Наверх постоянно будет стремиться тот, у которого плотность меньше. Или, если перефразировать, у кого при равной массе больше объём. Это касается всех тел и распространяется и на газы тоже.

Молярно-кинетическая теория газов

Вопрос с лёгким горячим воздухом хорошо объясняется этой теорией. Среднюю кинетическую энергию молекул определяет температура. Зависимость простая: чем выше температура, тем выше кинетическая энергия молекул газа. А это означает, что молекулы начинают двигаться быстрее. И в результате данного процесса расстояние между ними возрастает. За счёт этого плотность газа и уменьшается, поскольку увеличивается объём.

Однако земная гравитация мешает молекулам газа в процессе разогрева отправляться в путешествие в космос. То есть на воздух действует несколько сил. И в то время как одни «выталкивают» его при нагревании на поверхность, другие притягивают вниз.

Так ли всё очевидно?

Кажется, что для понимания процессов, которые происходят с тёплым и холодным воздухом, достаточно школьного курса знаний. Однако если начать разбираться в происходящем глубже, то возникает немало интересных вопросов. Например, выше говорилось о кинетической энергии у молекул. Но откуда она у них вообще берётся?

Движение молекул связано с энергией импульса, которая заставляет их стремиться за снарядами. Например, если посмотреть на пар, то на него воздействует краснофотонное излучение. Оно импульсами и задаёт движение. В итоге разреженный газ начинает стремиться в область, где давление не такое высокое, как внизу, а плотность меньше. И это движение будет сохраняться до тех пор, пока поток воздуха не встретит преграду или пока он не остынет.

Почему тёплый воздух движется наверх?

Воздух нагревается, расширяется, после чего устремляется наверх. В физике это носит название конвективных перемещений. В реальной жизни на движение воздушных масс влияет не один фактор, а целый ряд. В частности, это разница температур, показателей давления и гравитационная сила.

Конвекция

Конвекция

Допустим, если вы откроете форточку зимой, то оттуда к нам начнёт попадать холодный воздух. Его температура заметно ниже температуры тех масс, которые находятся в помещении. Так что зимой разницу между потоками воздуха можно даже наблюдать: холодный воздух буквально стелется по полу.

Молекулы воздуха обладают излучением. Оно возрастает по мере увеличения температур. В процессе активности молекулы как бы отстреливают импульсы, причём благоприятные условия для такой активности создаются в области сниженного давления. То есть наверху.

В итоге тёплые молекулы воздуха движутся наверх. А их место занимают более холодные. То есть благодаря гравитации холодный воздух будет опускаться вниз. Именно так и работает конвекция.

Зачем эти знания нужны на практике?

Понимание конвекции позволяет создавать системы отопления. Разобраться с микроклиматом в доме без подобных знаний в противном случае бы не получилось. Главное — вспомнить физику.

Источник

Где давление больше в теплом или холодном воздухе

Почему в горах холодно, ведь теплый воздух поднимается вверх? Причины, фото и видео

Всем известно, что в бане или в сауне самое жаркое место находится прямо под потолком. Горячий воздух уходит вверх в силу своей разряженности, наименьшей плотности, а более плотный холодный воздух опускается вниз за счет собственной тяжести. Но почему же в планетарных масштабах это не так?

Если теплый воздух поднимается вверх, в горах, да и вообще на больших высотах, должны быть вечные тропики, а вместо жары там наблюдается пониженная температура. На самом деле, подобное явление вовсе не является аномалией, оно вполне объяснимо. Достаточно прислушаться к мнениям ученых, чтобы все стало понятным.

Как прогревается планета?

Задаваясь вопросом, как же осуществляется прогрев нашей планеты, многие люди уверенно ответят, что тепло идет от Солнца. Это верно, но стоит понимать, что солнечные лучи падают на поверхность Земли, прогревая ее. Прогреть воздух сам по себе они не могут, слишком мала его плотность и теплопроводность. Нагревается именно поверхность Земли, которая затем отдает тепло воздуху, который передает его в космическое пространство. Утере тепла из атмосферы препятствуют парниковые газы, создающие условия, в которых повышенная температура удерживается близ поверхности планеты. Однако чем выше, тем парниковых газов меньше, и температуры падают.

Температура воздуха и нагрев поверхности

Холодный воздух сверху не может просто вытеснить своей массой теплый — внизу давление выше, потому и плотность воздуха тоже выше, чем в верхних разряженных слоях. Впрочем, движение холодного воздуха вниз и теплого вверх все же наблюдаются — так появляются ветра. Процесс актуален для тех масс воздуха, которые холоднее основных в рамках своего слоя. Воздух в горах может быть холоднее окрестного из-за ледяных шапок, и он может падать вниз — именно так, к примеру, зарождаются цикличные ветры с гор, наподобие бора.

Как формируется температура в горах?

Таким образом, вопрос с поднимающимся вверх теплым воздухом понятен — в рамках земного шара он остается возле земной поверхности. Близость верхних слоев атмосферы к Солнцу тоже не играет никакой роли. Если рассматривать ситуацию с высокогорьями, здесь свою роль играют совершенно другие факторы.

Изменение давления и температура с высотой

Поглощая солнечное тепло, земная поверхность передает его в воздух, прогревая его до 15 км в высоту. Но прогрев не равномерен — чем ближе к поверхности, тем теплее, и чем дальше от нее, тем холоднее. Воздух имеет низкую теплопроводность и охлаждается быстро, а с ростом высоты он становится еще и разряженным, что еще сильнее снижает теплопроводность. На практике на каждый километр высоты приходится снижение температуры примерно на 6 градусов, и это актуально как для альпинистов, поднимающихся в годы, так и для воздухоплавателей, пилотов.

Однако на этом моменте многие люди наверняка возразят: почему с ростом высоты температура в горах падает, если Солнце все равно обеспечивает нагрев участков земной поверхности близ присутствующих атмосферных масс?

Сами горы тоже прогреваются светилом, получают от него тепло и транслируют его в воздух. В целом, это верное высказывание, однако стоит помнить о разряженности воздуха, который сложнее прогреть на высоте, и о том, что горные участки имеют не такую уж значительную площадь, зато остаются открытыми всем ветрам.

Падение лучей на горные хребты происходит под углом, что обеспечивает минимальный прогрев, а не отвесно, как на ровной суше — последний вариант более эффективен. А еще горы находятся обычно под снеговыми шапками, а снег обладает способностью отражать солнечные лучи, минимизируя прогрев.

Таким образом, в горах бывает холоднее в силу разряженности воздуха, неэффективного прогрева поверхностей, по ряду других причин. Теплый воздух должен идти вверх, и потому вверху должно быть теплее, чем внизу, однако в рамках атмосферы всей планеты эта закономерность срабатывает не всегда.

Почему на высоте холодно — интересное видео

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Почему на горах холоднее, если они ближе к Солнцу

Наш мир настолько многогранен, что порой некоторые явления, на первый взгляд, кажутся удивительными. Но как часто бывает, физика приходит на помощь и объясняет необычные эффекты. К примеру, почему в горах холоднее, хотя они ближе к Солнцу? К тому же многим известно, что теплый воздух стремится вверх. Попробуем разобрать данное явление.

Воздух — плохой проводник

Расстояние от Земли до Солнца составляет 150 миллионов километров. А сам высокая гора земли — Эверест — достигает высоты 8.8 километров. Действительно, разница не настолько большая, чтобы был какой-то прирост температуры по сравнению с поверхностью Земли. Но почему же в горах хотя бы не также, как в тропиках?

Первостепенная причина холода на высоте — это особенность излучения Солнца. Большая часть этого потока проходит через атмосферу, а в результате поглощается землей и водой. И уже после этого идет выделение тепла. В результате этого земля греет окружающее пространство. Но воздух является не самым хорошим проводником, из-за чего температура довольно быстро спадает с увеличением высоты.

Также небольшое воздействие на температуру на высоких горах оказывает цвет ландшафта. Например, солнечные батареи специально делают черного цвета, чтобы они поглощали как можно больше солнечной энергии. Горы же, напротив, обычно покрыты белым снегом, который отлично отражает солнечные лучи и не дает накапливаться теплу.

Если у подножия Эвереста градусник покажет около 30 градусов Цельсия, то на его вершине это уже -24 градусов Цельсия. Примерно считается, что температура падает на 1 градус каждые 100 метров высоты. Нагрев пространства происходит до 12-15 км, после чего начинается тропопауза — небольшой участок между тропосферой и стратосферой. Тропопауза получила свое название по причине того, что с изменением высоты, температура практически не меняется в данном участке пространства. Стоит заметить, что тропопауза характерна для всех планет с атмосферой. При этом она располагается всегда одинакова, на высоте, где давление составляет 1/10 от давления на поверхности Земли.

Давление газа

Также холод в горах можно объяснить через уравнение Менделеева-Клапейрона . В нем явно выражена зависимость между давлением, объемом и температурой газа. Итак, мы поднимаемся высоко в горы, как меняются эти параметры ? Логично, что давление уменьшается, а, следовательно, газ расширяется.

При увеличении объема он совершает некоторую работу и в результате теряет энергию. В то же время температура газа должна упасть. Это объясняется тем, что энергия определяется как средняя энергия частиц. В итоге получаем крайне холодный воздух, который на границе тропосферы может охладиться до -55 градусов.

В горах было чуть теплее, если бы их поверхность была более темная. Из-за снежных шапок происходит почти полное отражение солнечного излучения. Справедливости ради стоит отметить, что даже небольшое увеличение температуры нивелировалась бы с приходом ночи.

Парниковые газы

Также холод в горах часто связывают с парниковыми газами , образующими некую «шапку», которая мешает уходить теплу. Это такие вещества, как водяной пар, метан, углекислый газ и некоторые другие. Их концентрация падает с ростом высоты, из-за чего температура уменьшается. Почему же тогда холодные потоки не уходят вниз?

Дело опять в давлении, которое заметно выше на поверхности Земли. При его увеличении растет еще и плотность воздуха. Таким образом, холодные потоки сверху не могут «протолкнуть» более плотные массы снизу.

Газы, мешающие уходу тепла, образуют так называемый парниковый эффект. Наиболее наглядно он представлен на Венере. Там плотность атмосферы настолько большая, что температура на поверхности планеты даже больше, чем на Меркурии, который находится ближе к Солнцу.

Источник

Почему горячий воздух легче холодного

Нас окружает большое количество явлений, к которым мы давно привыкли. Причём настолько, что нередко не задаёмся вопросами, почему так, а не иначе, или что это означает. Например, всё знают, что тёплый воздух легче холодного и от этого поднимается вверх. Но что означает «легче»?

То есть простой вроде бы вопрос на самом деле таковым не является. И даже вызывает горячие споры .

Дело в объёме, а не в массе

На самом деле, конечно, говорить о том, что горячий воздух «легче» холодного, несколько некорректно. Дело в том, что по мере повышения температуры газа скорость молекул нарастает. Следовательно, расстояние между ними будет тоже увеличиваться. А это означает, что горячий воздух станет занимать больше пространства.

Таким образом, один и тот же объём газа в нагретом состоянии станет меньше давить на квадратный сантиметр или любую другую единицу поверхности. Этим и объясняется его «лёгкость». Но за счёт чего такое стало возможным?

От температуры зависит плотность газа. Наверх постоянно будет стремиться тот, у которого плотность меньше. Или, если перефразировать, у кого при равной массе больше объём. Это касается всех тел и распространяется и на газы тоже.

Молярно-кинетическая теория газов

Вопрос с лёгким горячим воздухом хорошо объясняется этой теорией. Среднюю кинетическую энергию молекул определяет температура. Зависимость простая: чем выше температура, тем выше кинетическая энергия молекул газа. А это означает, что молекулы начинают двигаться быстрее. И в результате данного процесса расстояние между ними возрастает. За счёт этого плотность газа и уменьшается, поскольку увеличивается объём.

Однако земная гравитация мешает молекулам газа в процессе разогрева отправляться в путешествие в космос. То есть на воздух действует несколько сил. И в то время как одни «выталкивают» его при нагревании на поверхность, другие притягивают вниз.

Так ли всё очевидно?

Кажется, что для понимания процессов, которые происходят с тёплым и холодным воздухом, достаточно школьного курса знаний. Однако если начать разбираться в происходящем глубже, то возникает немало интересных вопросов. Например, выше говорилось о кинетической энергии у молекул. Но откуда она у них вообще берётся?

Движение молекул связано с энергией импульса, которая заставляет их стремиться за снарядами. Например, если посмотреть на пар, то на него воздействует краснофотонное излучение. Оно импульсами и задаёт движение. В итоге разреженный газ начинает стремиться в область, где давление не такое высокое, как внизу, а плотность меньше. И это движение будет сохраняться до тех пор, пока поток воздуха не встретит преграду или пока он не остынет.

Почему тёплый воздух движется наверх?

Воздух нагревается, расширяется, после чего устремляется наверх. В физике это носит название конвективных перемещений. В реальной жизни на движение воздушных масс влияет не один фактор, а целый ряд. В частности, это разница температур, показателей давления и гравитационная сила.

Допустим, если вы откроете форточку зимой, то оттуда к нам начнёт попадать холодный воздух. Его температура заметно ниже температуры тех масс, которые находятся в помещении. Так что зимой разницу между потоками воздуха можно даже наблюдать: холодный воздух буквально стелется по полу.

Молекулы воздуха обладают излучением. Оно возрастает по мере увеличения температур. В процессе активности молекулы как бы отстреливают импульсы, причём благоприятные условия для такой активности создаются в области сниженного давления. То есть наверху.

В итоге тёплые молекулы воздуха движутся наверх. А их место занимают более холодные. То есть благодаря гравитации холодный воздух будет опускаться вниз. Именно так и работает конвекция .

Зачем эти знания нужны на практике?

Понимание конвекции позволяет создавать системы отопления. Разобраться с микроклиматом в доме без подобных знаний в противном случае бы не получилось. Главное — вспомнить физику.

Источник

Источник