Что тяжелее горячий или холодный воздух: Что тяжелее: горячий воздух или холодный. Помогите пожалуйста!! Срочно!! Сделаю лучшим

Почему горячий воздух легче холодного | С другого угла

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.

ГРАВИТАЦИЯ » Теплый воздух легче холодного

Бессмысленно продолжать делать то же самое и ждать других результатов (Эйнштейн)

Рис. 1. Условно показана молекула кислорода на рычажных весах (детские качели) при разных температурах окружающей атмосферы. a – из наблюдений; b – по Эйнштейну.

Зададимся вопросом в стиле Якова Перельмана: какой воздух тяжелее холодный или теплый? После этого посмотрим ответы на форуме в интернете (ответы обозначены цифрами): 1) теплый; 2) холодный;3) холодный конечно; 4) тёплый воздух поднимается вверх, он легче; 5) холодный, поэтому он внизу всегда; 6) конечно теплый!; 7) тяжелей холодный, он опускается вниз, а теплый поднимается, значит легче; 8) тяжелее влажный воздух!; 9) холодный, вспомни, когда зимой открываешь форточку; 10) это и в садике знают, что тёплый легче, поэтому вверх стремится.

На тяжесть холодного воздуха ставок гораздо больше.

Мы народ северный и нас на таком вопросе не проведешь, открывая зимой форточку, наблюдаем, как холодный воздух буквально врывается в комнату, падает вниз к нашим ногам и расстилается по полу комнаты. А может он хочет нам поклониться за широкое гостеприимство? Не знаю, но это подтверждается визуально, когда холодный воздух, увлекая частицы пара, превращает их в видимый шлейф при конденсации. После чего выносится вердикт: холодный воздух тяжелее теплого, поэтому он устремляется вниз. Очередная зима, подкрепляет наши наблюдения и укрепляет правоту сказанного. Объясняем мы это плотностью – холодный воздух более плотный, теплый более разреженный.

Иногда для объяснения притягивают влажность воздуха. Поскольку, в зимний период на улице влаги больше, то влажный воздух должен весить якобы больше. Воздух – это смесь газов, состоящая на три четверти из азота и почти на четверть из кислорода и некоторого количества водяного пара. Количество остальных газов пренебрежимо мало, их не учитываем. Средняя молекулярная масса воздуха 29, молекулярная масса водяного пара 18. Об этом говорит и, упомянутый выше, Я. Перельман: «При одинаковом давлении и температуре кубометр влажного воздуха не тяжелее, а легче, чем кубометр сухого воздуха» [1].

Для выяснения сути данного явления в бытовых условиях можно пойти в баню, и пока не вспотели, понаблюдать за движением пара. Кто в баню не ходит пусть поставит эксперимент на своей кухне и нагреет кастрюлю с водой. Как только кастрюля закипит, пар с завихрениями устремится вверх, под купол вытяжной вентиляции. В бане этот процесс выражен еще более контрастно, первый ковш воды, брошенный на раскаленные камни, выбрасывает вверх белый шлейф пара. Мы видим восходящий паровой поток, который буквально вонзается в потолок, растекается по нему, стараясь его приподнять, и, постепенно охлаждаясь, начинает оседать, а затем конденсироваться на холодных металлических трубах.

По сравнению с окружающим воздухом пар перегрет, поэтому его молекулы более энергонасыщены.

Можно ли доверять нашим органолептическим органам? Для начала необходимо разобраться, почему холодный воздух уплотняется?

2. Почему плотность холодного воздуха больше чем теплого?

На самом ли деле теплый воздух легче холодного. Давайте проверим это утверждение и взвесим две молекулы кислорода теплую, при температуре +20º С и холодную, при температуре 0º С. Но как это сделать, на каких весах измерить разницу веса между молекулами? Судя по рисунку, автору удалось это сделать с помощью рычажных весов (детской качели).

Трудность заключается еще и в том, что мы не сможем в земных условиях точно оценить вес даже, заключенных в оболочку, достаточно больших одинаковых объемов воздуха. Оценке мешает эффект плавучести (статья «Гравитационная температура»). Остается одно, разобраться с этим явлением с энергетической точки зрения. Если мы возьмем молекулы одного и того же газа, но при разных температурах, то понятно, что молекула, имеющая более высокую температуру, будет более энергонасыщена и будет иметь более высокую скорость перемещения.

А за счет какой энергии вообще молекулы перемещаются? Классическая молекулярно-кинетическая теория на этот вопрос не дает вразумительного ответа. Этот физический процесс был основательно исследован в главе «Броуновское движение». Молекулы двигаются благодаря энергии импульсов придачи «вперед за снарядом». Под действием этих импульсов электромагнитного крафонного (краснофотонного) излучения, молекулы пара стремительно разлетаются в разные стороны, но в большей степени вверх (область пониженного давления), тем самым, разреживая и освобождая пространство, в которое устремляется новые молекулы. Те, в свою очередь, поступают как первые. Тем самым мы видим восходящий поток пара. Этот процесс в динамике идет по нормали до первой преграды – потолка.

Попутно еще один вопрос: за счет чего уплотняется холодный воздух?

Конвективные перемещения осуществляются за счет разности давлений, разности температур и гравитации. Холодный воздух из открытой форточки непрерывным потоком падает на пол нашей комнаты. Да, температура холодного воздуха ниже, чем теплого и что из этого следует? Ранее было выяснено, что гравитация квантуется, т.е. передается импульсами. Количество этих импульсов гравитационного излучения земли и нашего пола распределяется по всей поверхности примерно одинаково. Тогда остается излучение самих молекул воздуха. Молекулы имеют маленькую массу и охотно отзываются на собственный импульс придачи, после чего устремляются в том же направлении отстрела этого импульса. Статистически у теплых молекул частота излучения выше, чем у холодных. Они чаще отстреливают свои импульсы в пространство, где меньше давление, поэтому теплые молекулы летят в сторону потолка, освобождая место холодным. Получается, за счет этого электромагнитное, гравитационное излучение земли подтягивает к полу в большей степени холодный воздух, соответственно, теплый выталкивается вверх. Холодные молекулы имеют меньшую скорость, поэтому находятся в более плотном состоянии. Вот по такой технологии идет конвекция в любой газовой среде.

Теплый воздух в комнате выходит из температурного равновесия и постепенно внедряется в ряды холодного, отдавая часть своей теплоты.

3. Эйнштейн против Клапейрона и Менделеева

Рис. 2. На рисунке условно показано равное количество молекул азота (1) и молекул кислорода (2), находящихся при разных температуре и занимающих не равные объемы. a – при высокой температуре; b – при низкой температуре.

Обычно объясняют, что холодный воздух выталкивает теплый и тот поднимается вверх. На самом деле никто никого не толкает и не выталкивает. Весь воздух подвержен притяжению Земли и эта энергия его подпитывает. В зависимости от энергонасыщенности происходит температурная сегрегация по высоте расположения. Молекулы теплого воздуха имеют большую скорость перемещения, они разлетаются на большие расстояния, происходит больше столкновений между ними и они занимают больший объем (рис. 2а).

А теперь для доказательства равенства масс молекул, находящихся под разным тепловым потенциалом, я призвал на помощь два уравнения из классической физики.

1) уравнение состояния для идеального газа Клапейрона-Менделеева.

                                                                                                                                (1)

                                                                                                                                  (2)

Где, m – масса газа, P – давление, V – объем, M – молярная масса, R – универсальная газовая постоянная, Т – температура.

Замечание, сейчас принято обозначать температуру греческой буквой Θ (Тэта). Чтобы не нарушать написание известной формулы оставим символ Т.

Из (2) видно, что при повышении температуры, увеличивается V (при постоянном давлении P). При этом масса газа (воздуха) остается постоянной.

2) Уравнение Эйнштейна. Энергия излучения связана с его массой.

E=mc²                                                                                                                     (3)

m=E/c²                                                                                                                     (4)

Подставив в формулы (3, 4) реальные значения, можно убедиться без лишних доказательств, что кубовый объем газа, имеющий меньшую энергию Е (температуру и скорость молекул) будет иметь и меньшую массу.

Тогда можно заключить, что холодный воздух легче теплого, и должен подниматься вверх, а он падает вниз. Вот где нелогичная конвекция и Эйнштейн против Клапейрона и Менделеева.

В чем же дело? А дело в серьезном разбирательстве, связанном со знаменитой формулой. Если в расчете использовать формулу (3), то килограммовый куб воздуха будет иметь энергию 9·10¹⁶ Дж. Данная величина приблизительно равна электрической энергии 3∙10¹⁰ кВт∙ч! Такое количество электроэнергии потребляют США за один день! Невероятно, но где энергия? А ее, увы, не видно.

Этому разбирательству посвящена отдельная статья под названием: «Энергия покоя». А сейчас, чтобы выбраться из создавшейся коллизии введем в данное уравнение энергетический коэффициент G_E.

T – температура тела в Кельвинах

T_max – максимально возможная температура вещества в природе.

E=G_E·mc²                                                                                                                 (5)

Отсюда масса

                                                                                                                                  (6)

                                                                                                                                  (7)

Используя в расчетах уравнение (7) можно убедиться, что при прочих равных условиях, массы холодного и теплого воздуха будут равны. Такой же расчет дает по формуле (2) Клапейрона-Менделеева и противостояние с Эйнштейном прекращается. И что самое главное, энергия газового куба снижается до удобоваримого значения, на десять порядков! Все расчеты привели меня к заключению, что уравнение Эйнштейна не общее, а частное, для максимального значения температуры при G_E=1.

Электромагнитное, крафонное излучение Земли постоянно мониторит пространство и подтягивает атмосферу с паром вниз, но теплый воздух всегда оказываются наверху. Это происходит потому, что холодные молекулы реже отстреливают свои крафоны придачи в окружающее пространство из-за их меньшей энергонасыщенности.

Теплый воздух в комнате находится в термодинамическом равновесии, поэтому его молекулы продолжают хаотично двигаться, постепенно внедряясь в ряды холодного, отдавая часть своей теплоты.

Несмотря на то, что холодный воздух находится всегда внизу, масса теплых и холодных молекул остается одинаковой.

Конвективные перемещения в жидкости можно объяснить аналогичным способом.

Объемная плотность газа существенно зависит от температуры газа.

Как было указано выше, более горячий газ устремляется вверх не из-за его легкости, а по причине поднятия молекул за счет крафонного излучения. По сути, о какой легкости или тяжести мы говорим, каждая молекула находится во взвешенном состоянии, но не в какой-то среде, а фактически, в вакууме. Равные по массе и одинаковой температуре молекулы будут иметь одинаковый объемный вес. Известно, если охладить кубометр воздуха, то получим 1,2 литра в жидком состоянии. Отсюда вопрос: какое вещество занимает 998,8 литра этого объема воздуха, если мы уберем энергию расширения, то есть теплоту?!

1. Перельман Я.И., Знаете ли вы физику? «ТЕРРА», М. 2007

Назад   Вперед

Встреча холодного воздуха с горячим – Защита имущества

Консультации и решение задач по физике.

[администратор рассылки: Roman Chaplinsky / Химик CH (Модератор)]

Лучшие эксперты в этом разделе

Уважаемые эксперты! Пожалуйста, ответьте на вопрос:

Объясните, пожалуйста, Почему холодный воздух опускается вниз (теплый поднимается). Ясно, что холодный воздух более плотный, и одинаковый объем холодного воздуха тяжелее. Но если рассмотреть одно пространство. Почему там холодный воздух будет скапливаться внизу. Ведь если рассмотреть холодный и теплый воздух с точки зрения отдельных молекул (а не каких-то определенных объемов (и в холодном воздухе эти молекулы не связаны между собой)),- они одинаковые (за исключением их скорости (кин. энергии)), так почему эти молекулы холодного воздуха будут скапливаться внизу и наоборот теплый вверху?

Состояние: Консультация закрыта

Кое в чём Вы действительно правы – с точки зрения отдельных молекул это явление не имеет особого смысла: диффузия обеспечивает эффективное перемешивания даже газов с существенно отличающимися молекулярными массами, не говоря уж о просто разных температурах, а теплообмен через соударение молекул должен легко выровнять температуру. На микроуровне нет никакой тенденции к скапливанию молекул с разной тепловой энергией на разной высоте.

Конвекция существует исключительно на макроуровне – на уровне рассмотрения объемов и потоков газа, являющихся флюидами (то есть движущихся в некоторой степени подобно жидкостям). Для начала здесь придётся избавится от одного упрощения, используемого во многих молекулярно-кинетических моделях – пренебрежения многими эффектами соударения молекул. На самом деле длина свободного пробега при нормальных условиях исчисляется всего-лишь десятками нанометров – и этот фактор и есть тот самый ограничитель диффузии. Сперва рассмотрим несколько отвлечённый пример: если разделить цилиндр перегородкой, заполнить одну часть азотом, а другую угарным газом (у них одинаковая молярная масса – плотность не будет отличаться), а затем убрать перегородку, потребуется довольно много времени, чтобы эти газы в заметной степени смешались по всему объёму ( в отличии от расширения газа в вакуум, происходящего очень быстро. Но если пренебречь соударениями молекул, эти процессы покажутся крайне сходными)

Теперь рассмотрим следующую ситуацию – пусть в помещении находятся 40 кг холодного воздуха. Теперь в некоторой части поместим, например, 10 кг горячего воздуха. Из-за малой длины свободного пробега и ограниченности диффузии он не распространится по помещению со скоростью теплового движения молекул, перемешавшись с холодным. Однако, поскольку фронт давления распространяется со скоростью звука, связанной со скоростью теплового движения молекул, давление по всему объёму помещения будет примерно выровнено практически мгновенно – и более тёплый воздух буден очевидно иметь более низкую плотность.
А теперь ещё один нюанс – давление в помещении не совсем однородно. В гравитационном поле формируется градиент давления, пропорциональный плотности (да, то самое Δp=ρgΔh, или точнее dp/dh=ρg). И это градиент будет отличаться в объёмах воздуха разной температуры, создавая силу Архимеда, выталкивающую тёплый воздух вверх.

Представим более утрированный пример – пусть горячий воздух изначально находится в очень лёгком пакете с очень большой (но частично сложенной – чтобы он мог свободно менять форму) поверхностью. В данном случае он не будет смешиваться с холодным воздухом – не вызывает сомнений, что пакет с горячим воздухом поднимется к потолку и растечётся по нему, насколько это позволяет площадь поверхности (либо по всему потолку, если она достаточна). В краткосрочной перспективе диффузия достаточно ограничена, чтобы горячий воздух повёл себя точно так же и без пакета (конечно, на границе движущихся воздушных масс произойдёт существенное перемешивание, но значительная часть горячего воздуха всё-равно окажется у потолка, не смешавшись с холодным).

Конечно, здесь можно возразить, что в долгосрочной перспективе температура должна выровняться за счёт диффузии и теплообмена. Да, если речь о разовом добавлении объёма горячего воздуха.
А теперь рассмотрим реалистичный сценарий помещения зимой:

• через окно на улицу выходит небольшой поток тёплого воздуха, а вместо него в помещение просачивается поток холодного воздуха
• этот холодный воздух имеет более высокую плотность и опускается к полу, не успев полностью смешаться с воздухом в помещении
• тем временем, воздух вокруг батареи отопления нагревается
• этот горячий воздух имеет более низкую плотность и образует поднимающийся к потолку поток
• диффузия и теплопроводность стремятся выровнять температуру
• но зоны горячего и холодного воздуха постоянно пополняются и вертикальный градиент температуры в помещении стабилизируется, а не исчезает

А теперь представим обогреватель со встроенным вентилятором. Поток воздуха от него не только менее горяч при той же мощности (просто из-за большего проходящего объёма), но и в значительной степени направлен горизонтально, успевая распространиться по помещению и смешаться с более холодным воздухом внизу. И благодаря этому отличию вертикальный градиент температуры в помещении практически исчезает.

В общем, данный эффект действует вопреки молекулярно-кинетическому процессу диффузии, но он существует поскольку диффузия ограничена столкновениями молекул, что позволяет образовать зоны и потоки воздуха с различной температурой.

+2

Ветром называется перемещение масс воздуха из области высокого атмосферного давления в область с низким давлением.

Ветер характеризуется силой (скоростью) и направлением. Характеристика ветра в зависимости от силы дана в таблице 1. Скорость ветра определяется величиной барического градиента, т.е. разностью атмосфеного давления на установленную единицу расстояния равную 60 милям (1 ° широты), в сторону падения давления. Поэтому скорость ветра тем больше, чем больше барический градиент.

Из-за вращения Земли, под влиянием силы Кориолиса направление ветра не совпадает с ее вектрором барического градиента, а отклоняется в северном полушарии вправо, в южном влево. В средних широтах отклонение может достигать 60 ° .

За направление ветра берется точка горизонта, откуда он дует (ветер дует в компас). Также принято определять направление зыби, а “из компаса”, в направлении на горизонт, морские течения и течения рек.

Ветер по своей структуре не однороден. Он может быть струйным (ламинарным), когда слои воздуха движутся не перемешиваясь, т.е. их частицы не переходят из слоя в слой. Такое движение воздуха обычно бывает при слабых ветрах. Если же скорость ветра превышает 4 м/с, то частицы воздуха начинают двигаться беспорядочно, его слои перемешиваются и движение воздуха приобретает турбулентный характер. Чем выше скорость ветра, тем больше турбулентность, тем больше скачки скорости в отдельных точках воздушного потока и тем более порывистым становится ветер, возникают шквалы.

Шквалистый ветер характерен не только частыми и резкими колебаниями скорости, но и сильнейшими отдельными порывами продолжительностью до нескольких минут. Ветер, который резко увеличивает свою скорость в течение очень короткого промежутка времени на фоне слабого ветра или штиля, назвают шквалом. Чаще всего шквалы налетают при прохождении мощных кучево-дождевых облаков и нередко сопровождаютсяя грозой и ливнями. Скорость шквального ветра достигает 20 м/с и более, а в отдельных порывах 30-40м/с. При этом могут наблюдаться неожиданные повороты ветра до нескольких румбов.

Основной причиной шквала являетсяя взаимодействие восходящего потока возуха в передней части кучево-дождевого облака и нисходящего воздуха, охлажденного ливневым дождем, в тыловой его части в результате возникает характерный клубящийся вал с вихрем под ним, усиленный вихрями соседних воздушный слоев.

Вертикальные вихри в грозовом облаке могут образовывать смерчи. Когда скорость такого вихря достигает 100м/с, нижняя часть облака в виде воронки опускается к подстилающей поверхности (земле или воде), навстречу поднимающемуся вверх пылевому или водяному столбу. Встреча со смерчем опасна: обладая большой разрушительной силой и вращаясь по спирали, он может поднять вверх все, что оказыввается на его пути. Высота смерча достигает более 1000 метров, горизонтальная скорость 30-40 км/час. Поэтому при виде смерча нужно определить направление его перемещения и немедленно уходить в сторону.

Иногда смерч может образоваться и без грозовых облаков. В этом случае он зарождается не из тучи, а на поверхности земли или моря, нередко при безоблачном небе. Это смерчи»хорошей погоды». Они быстро разрушаются и практически безопасны. Часто их сушествование можно быстрее заметить по характерному свистящему звуку, который раздается при его движении, чем увидеть.

Воздух, воздушные массы находятся в постоянном движении, которое постоянно меняет и свою скорость и направление. Но в глобальных, планетарных масштабах это движение имеет четко выраженную закономерность, которая определяется общей циркуляцией атмосферы, зависящей от распределения атмосферного давления в общирных районах земного шара – от тропиков до полярных зон.

В экваториальной зоне теплый воздух тропиков поднимается вверх, что приводит к образованию на границе тропосферы ветера, называемого антипассат. Антипассат растекается в направлении к полюсам, соответственно к северу и к югу.

Охлажденные воздушные массы антипассата оседают на поверхность земли, создавая в субтропиках повышенное давление и ветер, называемый пассатом, который устремляется в экваториальную зону.

Под действием силы Кориолиса пассаты северного полушария получают северо-восточное направление, а южного полушария (кроме северной части Индийского океана, где дуют сезонные муссонные ветры) – юго-восточное направление. Скорость пассатных ветров также постоянна и достигает 5-10 м/с.

В экваториальой зоне пассаты ослабевают и поворачивают на восток. Поэтому между пассатами обоих полушарий возникает штилевая зона (в Атлантике «конские широты») характерная пониженным давленим, грозами и ливнями, штилями. В широтах 40-60 ° обоих плушарий преобладают ветры западной четветри. Они менее устойчивы (от NW до SW), но значительно сильнее (10-15 м/с или 6-7 баллов). В южном полушарии, где западные ветры огибают весь мировой океан, лежали осноные пути парусных судов для плавания из Европу в Австралию и обратно в Европу вокрус мыса Доброй Надажды и мяса Горн. За свою силу, повторяемость (до 50%) и частые штормы эти ветры получили прозвище «бравые весты», а широты -«гремящие сороковые» и “ревущие шестидесятые”.

В приполярных районах обоих полушарий, где оседают холодные массы воздуха верхних слоев тропосферы, образуя так называемые полярные максимумы, преобладают юго-восточные и восточные ветры.

Пассаты – первые в категории господствующих ветров, т.е. постоянно дующих в определенных районах в течение определенного промежутка времени. Скорость и направление господствующих ветров определяется по многолетним наблюдениям для каждого моря или морского района.

Другая категория ветров – местные, дующие только в данном месте или нескольких местах земного шара, возникают при изменении тепловых условий в течение некоторого времени или под влиянием рельефа местности (характера подстилающей поверхности)

К первому типу относятся следующие ветры:

Бризы образуются под влиянием неодинаково нагревания суши и моря. Область существенная для образования бризов располагается в прибрежной полосе морей (около 30-40 км). Ночью ветер дует от берега к морю (береговой бриз), а днем, наоборот,- с моря на сушу. Морской бриз начинается около 10 часов утра, а береговой – после захода солнца. Бриз относится к ветерам вертикального развития и на высоте нескольких сот метров дует в обратную сторону. Интенсивность бриза зависит от погоды. В жаркие летние дни морской бриз имеет умеренную силу до 4 баллов (4-7 м/с) береговой бриз значительно слабее.

На суше так же можно наблюдать бризы. Ночью у поверхности земли существует тяга воздуха с поля к лесу, а на высоте крон деревьев – из леса к полю.

Фён – горячий сухой ветер, который возникает при обтекании влажного воздуха горных вершин и нагревании его теплой подветренной подстилающей поверхостью горного склона. На Черном море наблюдается у побережья Крыма и Кавказа преимущественно весной.

Бора – очень сильный ветер, направленный вниз по горному склону в местностях, где горный хребет граничит с теплым морем. Холодный воздух с большой скоростью устремляется вниз, к морю, достигая иногда силы урагана. В зимнее время, при низких температурах вызывает обледенение. Наблюдается в районе Новороссийска, у берегов Далмации (Адриатическое море) и на Новой Земле. В некоторых горных районах, например, на Кавказе в районе Ленинакана, или в Андах ежедневно наблюдается такое явление, когда после захода солнца с горных вершин, окружающих долину, вниз устремляются массы холодного воздуха. Порывы ветра достигают такой силы, что срывает палатки, а резкое и сильное понижение температуры, может привести к переохлаждению организма.

Бакинский норд – холодный северный ветер в зоне Баку, дующий летом и зимой, Достигает штормовой, а нередко и ураганной силы (20-40 м/с) приносить с берега тучи песка и пыли.

Сирокко – очень теплый и влажный ветер, зарождающийся в Африке и дующий в Центральной части Средиземного моря, сопровождается облачностью и осадками.

Сезонные ветры – муссоны, которые носят континетальный характер и возникают вследствие разницы в атмосферном давлении при неравномерном нагревании суши и моря в летнее и зимнее время.

Как и другие ветры, муссоны имеют барических градиент, направленный в сторону низкого давления – летом на сушу, зимой на море. Под влиянием силы Кориолиса в северном полушарии летние муссоны Тихого океана у восточного побережья Азии отклоняются к юго-востоку, а в Индийском океане – к юго-западу. Эти муссоны приносят с океана на Дальний Восток пасмурную погоду, с частыми дождями, моросью и туманами. На южное побережье Азии в это время обрушиваются затяжные и обильные дожди, что приводит к частым наводнениям.

Зимние муссоны меняют свое направление на противоположное. Тихом океане они дуют с северо-запада, а в Индийском – с северо-востока в сторону океана.. Скорость ветра в муссонах неравномерна. Зимние северо-восточные муссоны совпадают с пассатами северного полушария, но их скорость не превышает 10 м/с. А вот летние муссоны Индийского океана достигают штормовой силы. Смена муссонов – происходит в апреле-мае и октябре-ноябре.

Ветер для предсказания погоды не менее важен чем облака. Тем более без ветра погода измениться не может. Ветер характеризуется силой и направлением. Силу ветра можно определить по его воздействию на наземные предметы и поверхность моря. В таблице №1 приведены признаки ветра по 12-балльной шкале Бофорта .

Западные ветры обычно приносят смягчение погоды, т.е. летом будет прохладнее, возможно, пройдет дождь. Зимой они сопровождаются обильными снегопадами, оттепелями. Северный ветер обязательно принесет холод, будут ли выпадать осадки неизвестно. Южный ветер приносит тепло, т.е. зимой – оттепель со снегом, летом тепло может быть и без осадков. Восточный ветер менее предсказуем, он может быть и холодным и теплым, одно можно сказать уверенно. Он не принесет большого количества осадков ни летом, ни зимой.

Здесь легко и интересно общаться. Присоединяйся!

Ну и ответ . Что больше не чего сказать ?

Войдите на сайт,
чтобы увидеть изображение.

шутка. а что будет? наверное какая то средняя температура образуется. или нет?

Будут осадки и может торнадо.

наверное много факторов влияют на это. не буду спорить

Тот самый случай, когда очки потеют после улицы в тепле, только в миниатюрной миниатюре.

Спасибо объяснили спасибо вам за терпение.

Просто любое чудо можно объяснить простыми понятиями.

Природный катаклизм. Ветер снег или жождь. Мощность от величины фронтов зависит.

Слушай Коля я тебе случайно не надоела своими разговорами .Просто общаемся . а может тебе со мной не интересно ? ты прости что так прямо .жду любого ответа.

Не надоела не сомневайся. Просто у меня есть и дела. Могут в любое время позвонить.

Да нет я знаю , что все люди заняты но просто вдруг надоела .Не люблю навязываться. ты прости не обижайся .

Сколько весит воздух?

 До XVII века такой вопрос наверняка вызвал бы усмешку: ведь воздух – символ пустоты, и ясно, что он ничего не весит. Тогдашние естествоиспытатели рассуждали так: если бы воздух хоть сколько-нибудь весил, мы чувствовали бы это!

И вот пришел Галилео Галилей и доказал экспериментально, что воздух имеет определенный вес. Сегодня известно, что вес всей окутывающей Землю атмосферы составляет 5,1х10¹⁵ тонн, а давление атмосферного столба на тело каждого человека — около 10 тонн! И только потому, что наш организм чудесным образом уравновешивает внешнее давление внутренним, мы не ощущаем этого чудовищного груза.

Воздушная оболочка Земли неоднородна по плотности: холодный воздух плотнее и тяжелее горячего. Когда воздух нагревается, его объём увеличивается, а удельный вес — уменьшается. Так создается подъёмная сила, тянущая вверх воздушные шары и дирижабли, которые наполняют теплым воздухом или легким газом (например, гелием).

Это явление чрезвычайно важно для существования жизни на поверхности Земли. Когда солнечные лучи нагревают воздух, он поднимается вверх, а его место занимает более холодный воздух. Так возникает ветер, который перемещает образующиеся над океаном облака в сторону обитаемой суши, нуждающейся в дождевой воде.

Само по себе образование облаков также происходит благодаря этому важному закону природы – что тёплый воздух обладает меньшей плотностью. Большие количества воды испаряются с поверхности океанов и морей и поднимаются вверх. Там, в верхних слоях атмосферы, этот пар встречается с холодным воздухом, прекращает подниматься и конденсируется в плотный туман, формируя облако. Чем больше пар охлаждается, тем больше он сгущается, и, наконец, сила притяжения увлекает образовавшиеся тяжелые капли воды обратно к Земле. И начинается дождь.

Но по какой причине дожди выпадают постепенно и вся атмосферная вода не проливается на Землю в один присест, что приводило бы к затоплениям и большому ущербу? Все дело в том, что существует сложный и удивительный природный механизм температурного баланса, благодаря которому какая-то часть водяного пара остаётся в атмосфере и продолжает свое воздушное путешествие, в то время как другая часть конденсируется, прибавляет в весе и, в конце концов, выпадает в виде дождя.

 А теперь вопрос:

Что же думали еврейские мудрецы о весе воздуха и о влиянии этого фактора на количество водных осадков задолго до революционного открытия Галилео Галилея?

Стих Писания полон восхищения при виде чудес Творения: «Установил для ветра (воздуха) вес, и воду приготовил [Он] по мере [необходимой]».

 Мальбим комментирует:

«Установил для ветра вес», — у воздуха есть вес, тяжесть. Благодаря этому пары поднимаются к облакам, поскольку нижние слои воздуха тяжелее лёгких водяных паров.

И как следствие: «И воду приготовил Он по мере» – Творец отмерил, сколько воды останется наверху в облаках и в тучах, а сколько выпадет в виде дождя, но чтобы при этом не покрыть землю, (как случилось во время Потопа)».

Из книги «Переворот»

Присоединяйтесь в
Telegram

Подпишитесь, и мы будем присылать Вам самые интересные статьи каждую неделю!

Почему горячий воздух движется вверх? : Помогите решить / разобраться (Ф)

Естественно, быстрые молекулы при первой же возможности покидают эту среду, как только откроется брешь. 🙂

Вот примерно в этой точке надо сказать «стоп» кручению пальцев в воздухе, и начать это дело всерьёз считать и обосновывать. Потому что неочевидно, что это так. И может быть неверно. Врубаетесь?

Никого ведь не удивляет, что самые быстрые молекулы жидкости вдруг отрываются от медлительных соседей на поверхности и куда-то улетают.

На самом деле, удивляет, это достаточно сложный и нетривиальный процесс, и вообще говоря, для него нужны не такие простые условия (растущий участок изотермы газа Ван-дер-Ваальса).

Точно так же, нет ничего удивительного в том, что нижний слой холодного воздуха покидают самые быстрые молекулы.

Здесь проблема в том, что из жидкости отрываются любые молекулы, просто оказавшиеся на поверхности, а в вашей картине — нижний слой воздуха должны покинуть те же самые молекулы, которые были горячими до смешивания. Иначе они остынут, и не станут ничего покидать: установится общее равновесное распределение.

(Наверное, я опять говорю что-то не то, но вот такое у меня сложилось представление. Интересно, прав я или нет.)

Вам надо почитать учебники по молекулярно-кинетической теории и по статфизике (= статистической механике = статистической термодинамике, иногда они просто называются учебниками по термодинамике, но не каждый учебник по термодинамике сойдёт).

В общем, я хочу сказать, что основной вопрос темы направляет взгляд немножко не туда. Гораздо интереснее не «почему горячий воздух поднимается», а «почему холодный воздух скапливается внизу».

Этот-то вопрос куда банальнее.

Если ответить на вопрос про холодный воздух, то поведение горячего объясняется автоматически. Он вверху потому, что холодный уже занял место внизу.

Нет, для газов эта логика не работает. Это вы должны были пройти ещё на школьной химии, где рассказывается про парциальное давление газов.

Суть ухвачена верно.

(Если вы всерьёз, то )

Почему эпидемии гриппа происходят зимой?

• Дэвид Робсон
• BBC Future

19 ноября 2015

Автор фото, SPL

Подпись к фото,

Микробы и вирусы способны «висеть» в воздухе в течение многих часов и даже дней

Сезонная эпидемия гриппа разражается каждый год, но до недавнего времени никто не знал, почему это происходит. Как выяснил корреспондет

BBC Future, причина кроется в том, как именно вирус передается от одного человека другому.

Каждый год происходит одно и то же: на улице холодает, ночи становятся длиннее, а мы начинаем чихать.

Если повезет, то можно отделаться банальной простудой — ощущение такое, будто в горле застряла терка, но в принципе заболевание не опасно. Если же не повезет, то на неделю, а то и дольше, мы будем мучиться от высокой температуры и ломоты в конечностях.

Учитывая количество людей, ежегодно заболевающих сезонным гриппом, трудно поверить в то, что еще совсем недавно ученые имели весьма слабое представление о том, почему холодная погода способствует распространению вируса.

Лишь в последние 5 лет им удалось найти ответ на этот вопрос и, возможно, способ остановить распространение инфекции.

Все дело в особенностях переноса вируса воздушно-капельным путем.

Помнить о профилактике

Каждый год в зимний сезон по всему миру гриппом заболевают до 5 миллионов человек, а около 250 тысяч человек от него умирают.

Частично опасность вируса заключается в том, что он очень быстро мутирует — переболев штаммом одного сезона, человеческий организм, как правило, оказывается неподготовленным к штамму следующего года.

Автор фото, Getty

Подпись к фото,

Вагоны метро — комфортная среда для вирусов

“Антитела, выработанные против прошлогоднего штамма, не опознают мутировавший вирус, и иммунитет оказывается утраченным”, — говорит Джейн Мец из Бристольского университета.

По этой же причине трудно разрабатывать эффективные вакцины против гриппа, и хотя для каждого нового штамма, в конечном счете, такая вакцина создается, призывы медиков к массовой вакцинации населения, как правило, заканчиваются ничем.

Ученые рассчитывают на то, что понимание причин распространения гриппа в зимний период и падения заболеваемости летом поможет выработать простые и действенные меры профилактики.

Существовавшие до недавних пор объяснения этому явлению сводились к поведению людей. Зимой мы больше времени проводим в помещении — а значит, в более тесном контакте с другими людьми, которые могут являться переносчиками вируса.

Мы также чаще пользуемся общественным транспортом, в котором нас окружают чихающие и кашляющие пассажиры. В результате, заключали ученые, риск эпидемии гриппа зимой увеличивается.

Еще одно распространенное раньше объяснение касалось человеческой физиологии: в холодную погоду защита организма от инфекции снижается.

Короткими зимними днями нам не хватает солнечного света, и в организме снижаются запасы витамина D, помогающего укреплять иммунную систему. Таким образом, мы становимся более уязвимыми для инфекции.

Кроме того, когда мы вдыхаем холодный воздух, кровеносные сосуды в носу сужаются, чтобы предотвратить потерю тепла. Это, в свою очередь, мешает белым кровяным тельцам (“солдатам”, которые сражаются с микробами) добираться до слизистой носа и уничтожать вдыхаемые нами вирусы.

В результате последние беспрепятственно проникают в организм. (Не исключено, что по этой же причине можно простудиться, выйдя в холодный день на улицу с мокрой головой).

Хотя вышеперечисленные факторы и играют определенную роль в распространении вируса гриппа, сами по себе они не до конца объясняют ежегодные эпидемии заболевания.

Разгадка, возможно, кроется в воздухе, которым мы дышим.

Секрет влажного воздуха

Согласно законам термодинамики, относительная влажность холодного воздуха ниже, чем теплого. То есть, при достижении точки росы, при которой водяной пар выпадает в виде осадков, содержание этого пара в холодном воздухе будет меньше, чем в теплом.

Поэтому в холодное время года на улице может идти дождь или снег, но сам по себе воздух при этом будет суше, чем в теплый период.

В то же время, ряд исследований, проведенных в последние годы, подтверждает, что в сухом воздухе вирус гриппа чувствует себя лучше, чем во влажном.

В рамках одного из этих исследований ученые наблюдали в лабораторных условиях за распространением гриппа у морских свинок.

В более влажном воздухе эпидемия с трудом набирала ход, в то время как в более сухих условиях вирус распространялся молниеносно.

Автор фото, iStock

Подпись к фото,

Увлажнение воздуха — один из способов борьбы с распространением вредных микроорганизмов

Сравнивая результаты наблюдений за климатическими изменениями, собранные за 30-летний период, со статистикой заболеваемости гриппом, группа исследователей под руководством Джеффри Шеймана из Колумбийского университета обнаружила, что эпидемия вируса практически всегда возникает после падения относительной влажности воздуха.

Два графика, отражавшие зависимость быстроты распространения вируса от степени влажности воздуха совпадали настолько, что “один можно было практически наложить на другой”, — говорит Мец, которая вместе с коллегой Адамом Финном недавно написала статью об этих исследованиях для периодического научного издания Британской ассоциации инфекционистов, Journal of Infection.

Открытие связи между влажностью воздуха и заболеваемостью гриппом неоднократно подтверждалось экспериментально, в том числе на основе анализа пандемии свиного гриппа, разразившейся в 2009 г.

Вывод, к которому пришли ученые, может показаться нелогичным: принято считать, что риск заболеть выше как раз во влажной среде.

Чтобы понять, почему в случае с гриппом это не так, необходимо посмотреть на то, что происходит, когда мы кашляем и чихаем.

Из носа и рта вырывается тонкая взвесь капель. При попадании во влажный воздух они остаются довольно крупными, и оседают на полу.

А вот в сухом воздухе эти капли распадаются на более мелкие частицы — настолько мелкие, что они могут оставаться в “подвешенном” состоянии несколько часов или даже дней.

Автор фото, Getty

Подпись к фото,

Чтобы понять, почему сухой воздух способствует распространению гриппа, нужно посмотреть на то, что происходит, когда мы чихаем и кашляем

В результате зимой мы вдыхаем вместе с воздухом “коктейль” из мертвых клеток, слизи и вирусов, оставленный любым, кто недавно чихал или кашлял в помещении.

Кроме того, водяной пар в воздухе, по всей видимости, вреден для вируса гриппа.

Возможно, влажный воздух каким-то образом изменяет кислотность или содержание солей в слизи, в которой находятся микробы, деформируя их внешнюю оболочку.

В результате вирус теряет оружие, помогающее ему атаковать человеческие клетки.

В сухом же воздухе вирусы могут оставаться активными в течение нескольких часов, пока их кто-нибудь не вдохнет или не проглотит, после чего они смогут проникнуть в клетки носоглотки.

Весь арсенал

Из этого общего правила есть несколько исключений.

Хотя воздух в салоне самолета, как правило, довольно сух, риск заболеть гриппом на борту не выше, чем на земле — возможно, потому что система кондиционирования удаляет вирусы из салона, прежде чем они успеют распространиться.

Автор фото, Getty

Подпись к фото,

Может ли хирургическая маска защитить от инфекции? Не всегда

Кроме того, хотя сухой воздух, по-видимому, способствует распространению гриппа в умеренном климате Европы и Северной Америки, есть предположение, что в тропиках вирус ведет себя по-другому.

Одно из возможных объяснений гласит, что в теплых и влажных условиях тропического климата вирус гриппа может более активно оседать на поверхностях в помещении.

Таким образом, хотя во влажном воздухе вирусы выживают не очень хорошо, им вольготно живется на всем, к чему вы можете прикасаться, — а это увеличивает вероятность их попадания с рук в рот.

В Северном же полушарии открытие ученых, возможно, приведет к разработке простой методики борьбы с вирусом гриппа, пока тот еще находится в воздухе.

Тайлер Кеп из Клиники Мейо в городе Рочестер, штат Миннесота, подсчитал, что если на один час включить увлажнитель воздуха в школе, погибнет около 30% всех содержащихся в воздухе вирусов.

Подобные меры можно применять и в других общественных местах, например, в приемных покоях больниц и на транспорте.

“Этот метод способен предотвратить крупные вспышки заболеваемости гриппом, происходящие раз в несколько лет после мутации вируса, — говорит Кеп. — Экономия на стоимости рабочих и учебных дней, пропущенных по болезни, а также стоимости лечения, оказалась бы весомой”.

Сейчас Шейман проводит ряд дополнительных экспериментов с увлажнением воздуха, однако, по его мнению, не все так просто.

“Хотя в более влажном воздухе выживаемость вирусов гриппа снижается, существуют другие болезнетворные микроорганизмы, например, плесень, которые в условиях высокой влажности чувствуют себя вполне комфортно. Поэтому не стоит переоценивать увлажнение воздуха — у него есть и минусы”, — предупреждает Шейман.

Ученые подчеркивают, что вакцинация и личная гигиена по-прежнему остаются наилучшими способами профилактики гриппа.

Увлажнение воздуха — лишь один из дополнительных методов борьбы с его распространением.

Но когда имеешь дело с таким опасным и всепроникающим врагом, как вирус гриппа, имеет смысл использовать весь арсенал доступных средств.

Конспект урока по естествознанию для 6 класса на тему «Тёплый воздух легче холодного»

Естествознание.

Класс 6

Дата ___________

Тема: Теплый воздух легче холодного

Цель: Продолжать знакомить со свойствами воздуха.

Задачи урока:

1.Закрепление умений выполнять несложные исследовательские действия по определению свойств воздуха

2.Развивать умение выделять главное, существенное в учебном материале, сравнивать, делать выводы

3.Воспитание умения сотрудничать.

Ход урока.

1. Организационный момент.

Приветствие.

проверка готовности к уроку.

2.Проверка домашнего задания.

Фронтальный опрос.

Через нос проходит в грудь

И обратно держит путь.

Он не видимый, и всё же

Без него мы жить не можем. Что это? — (воздух)

На доске.

5 недель

5 дней

5 минут (плакат на доске)

(дети отвечают, что 5 недель человек может обходиться без еды, 5 дней без воды, 5 минут без воздуха.)

— Предметом нашего исследования на последних уроках был именно воздух.

— Какой он? Опишите его.

— невидимый

— прозрачный

— без цвета

Если бы я была с другой планеты, и вы бы мне стали рассказывать о свойства воздуха, я бы подумала, что это какое-то чудо — невидимка, или вы всё выдумываете. Нет его на самом деле.

А если есть, то докажите его существование и его свойства. Докажите, что это обыкновенное чудо на Земле – воздух.

— Опишите воздух, какой он? Доказывая каждое свойство.

Прозрачный (сквозь воздух мы видим предметы)

Невидимый (не видим, но ощущаем)

Не имеет формы (надуть пакет, меня форму)

Не имеет запаха (запах имеет только предмет)

Не имеет вкуса (вкус имеет только пища)

Не имеет цвета (цвет имеет только видимые предметы)

Назовите, какие свойства воздуха изображено на картинке.

Работа по карточкам.

Вставь пропущенные слова, используя слова для справок: сжимаем, расширяется, занимает, сжимается, упруг, плохой.

1. Воздух _________________________место.

2. Воздух при нагревании _____________________, а при охлаждении ______________________.

3. Воздух _____________________проводник тепла.

4. Воздух ____________________ и _______________________.

Обведи в кружок номера предложений, в которых названы свойства воздуха.

1. Твёрдое тело.

2. Газообразное тело.

3. Жидкое тело.

4. Бесцветный.

5. Имеет голубой цвет.

6. Не имеет запаха.

7. Его нельзя сжать.

8. Имеет приятный запах.

9. Занимает всё пространство, свободное от других тел.

10. Не имеет постоянной формы.

11. Имеет постоянную форму.

12. При нагревании расширяется.

13. Хорошо проводит тепло.

14. Плохо проводит тепло.

15. При сжатии становится упругим.

3.Изучение новой темы.

— Как вы думаете, какой воздух тяжелее, тёплый, или холодный?

— Почему когда парятся в бане, залезают на полок?

— Там теплее.

Т.е. к верху поднимается тёплый воздух, а внизу скапливается холодный. Значит теплый воздух легче холодного.

Проведение опыта.

Записи в тетради.

4.Закрепление.

Фронтальный опрос.

— Как можно доказать, что тёплый воздух поднимается вверх?

— Почему тёплый воздух поднимается вверх, а холодный воздух опускается вниз?

5.Домашнее задание.

Стр. 80-84 читать, пересказ.

6.Итог урока.

— Что нового узнали на уроке?

Работа по карточкам.

Вставь пропущенные слова, используя слова для справок: сжимаем, расширяется, занимает, сжимается, упруг, плохой.

1. Воздух _________________________место.

2. Воздух при нагревании _____________________, а при охлаждении ______________________.

3. Воздух _____________________проводник тепла.

4. Воздух ____________________ и _______________________.

Обведи в кружок номера предложений, в которых названы свойства воздуха.

1. Твёрдое тело.

2. Газообразное тело.

3. Жидкое тело.

4. Бесцветный.

5. Имеет голубой цвет.

6. Не имеет запаха.

7. Его нельзя сжать.

8. Имеет приятный запах.

9. Занимает всё пространство, свободное от других тел.

10. Не имеет постоянной формы.

11. Имеет постоянную форму.

12. При нагревании расширяется.

13. Хорошо проводит тепло.

14. Плохо проводит тепло.

15. При сжатии становится упругим.

Работа по карточкам.

Вставь пропущенные слова, используя слова для справок: сжимаем, расширяется, занимает, сжимается, упруг, плохой.

1. Воздух _________________________место.

2. Воздух при нагревании _____________________, а при охлаждении ______________________.

3. Воздух _____________________проводник тепла.

4. Воздух ____________________ и _______________________.

Обведи в кружок номера предложений, в которых названы свойства воздуха.

1.Твёрдое тело.

2.Газообразное тело.

3.Жидкое тело.

4.Бесцветный.

5.Имеет голубой цвет.

6.Не имеет запаха.

7.Его нельзя сжать.

8.Имеет приятный запах.

9.Занимает всё пространство, свободное от других тел.

10.Не имеет постоянной формы.

11.Имеет постоянную форму.

12.При нагревании расширяется.

13.Хорошо проводит тепло.

14.Плохо проводит тепло.

15.При сжатии становится упругим.

Термодинамика

— действительно ли горячий воздух поднимается?

Буй, это когда-нибудь. Чтобы сопоставить предыдущие ответы, я дам математическое описание и конкретный пример, чтобы укрепить интуитивное понимание.

Закон об идеальном газе

Из термодинамики мы знаем, что давление, $ P $, температура $ T $ и плотность $ \ rho $ (или удельный объем $ v = 1 / \ rho $) связаны уравнением состояния. Для подходящих газов (включая воздух в атмосферных условиях) это уравнение является законом идеального газа:

\ begin {уравнение} \ tag {1} \ label {igas}
P = \ rho R T
\ end {Equation}

, где $ R $ — удельная газовая постоянная, которая может быть определена химическим составом рассматриваемого газа (например,{−1}} $).

Bouyancy

Как уже упоминал Хелдер Велес, Принцип Архемидеса сообщает нам, что объект, погруженный в жидкость, будет испытывать восходящую силу, равную весу вытесненной жидкости, где «вверх» — это направление уменьшения градиента плотности. ¹ Математически это может быть указано как:

\ begin {уравнение} \ tag {2} \ label {buoy}
\ mathbf {F_b} = — \ rho V \ mathbf {g}
\ end {Equation}

, где $ \ mathbf {g} = -g \ mathbf {\ hat {k}} $ — вектор объемной силы (обычно гравитации).

Воздушный пузырь в воде

Рассмотрим небольшой пузырь воздуха, первоначально находящийся в состоянии покоя у дна бассейна при тепловом равновесии (той же температуры), что и вода в бассейне. Сила плавучести, действующая на пузырек, определяется уравнением \ ref {buoy}, а вес пузыря определяется как $ \ mathbf {F_g} = m \ mathbf {g} $. Нижний индекс $ w $ относится к воде, а нижний индекс $ a $ относится к воздуху в пузыре. Применение второго закона Ньютона дает:

\ begin {align}
m_a \ mathbf {a} & = \ sum \ mathbf {F} \\
m_a \ mathbf {a} & = \ mathbf {F_g} + \ mathbf {F_b} \\
m_a \ left (a_x \ mathbf {\ hat {i}} + a_y \ mathbf {\ hat {j}} + a_z \ mathbf {\ hat {k}} \ right) & = -m_a g \ mathbf {\ hat { k}} + \ rho_w V_b g \ mathbf {\ hat {k}} \\
m_a a_z & = \ rho_w V_a g — m_a g \\
a_z & = g \ left (\ frac {\ rho_w V_a} {m_a} — 1 \ right) \\
a_z & = g \ left (\ frac {\ rho_w V_a} {\ rho_a V_a} — 1 \ right) \\
a_z & = g \ left (\ frac {\ rho_w} {\ rho_a} — 1 \ right) \\
\ end {align}

, где я использовал $ m_a = \ rho_a V_a $.Здесь видно, что пузырь будет ускоряться вверх всякий раз, когда $ \ rho_w> \ rho_a $. Используя тот факт, что давление в статической жидкости изменяется линейно с глубиной, вы можете доказать себе, что $ \ rho_w \ gg \ rho_a $ для пузырьков в большинстве бассейнов.

Ответ

Авиапочта

Теперь рассмотрим аналогичный сценарий, в котором вместо бассейна у нас есть комната, полная воздуха с постоянной температурой $ T_ \ infty $, а пузырь теперь представляет собой кусок воздуха, нагретый до немного повышенной температуры $ T_ \ infty + \ Delta T $.Я буду использовать индексы $ c $ для воздуха в прохладной комнате и $ h $ для воздуха внутри горячего пакета.

Если мы проведем аналогичный анализ пузыря в бассейне, мы проделаем те же движения, что и приведенный выше вывод, и закончим аналогичным выражением для начального ускорения горячей посылки:

\ begin {уравнение}
a_z = g \ left (\ frac {\ rho_c} {\ rho_h} — 1 \ right)
\ end {Equation}

Однако в этом случае мы можем использовать уравнение \ ref {igas}, чтобы еще больше упростить результат:

\ begin {align}
a_z & = g \ left (\ frac {P / (R_ {air} T_ \ infty)} {P / \ left (R_ {air} \ left [T_ \ infty + \ Delta T \ right] \ right)} — 1 \ вправо) \\
a_z & = g \ left (\ frac {T_ \ infty + \ Delta T} {T_ \ infty} — 1 \ right) \\
a_z & = g \ left (\ frac {\ Delta T} {T_ \ infty} \ right) \\
\ end {align}

Я не могу придумать лучшего математического подтверждения изречения Горячий воздух поднимается на , чем приведенное выше уравнение.Где бы $ \ Delta T> 0 $, $ a_z $ тоже будет. И наоборот, упадет посылка покруче: $ \ Delta T <0 \ rightarrow a_z <0 $.

Очистка

Вы можете спросить:

Почему пузырь в бассейне такой простой, а поднимающийся воздушный пакет не сразу очевиден?

На ум приходят три причины:

1. Пузырек четко выражен. Он имеет четкую сферическую границу, которая более или менее сохраняется во время подъема.С другой стороны, наш участок не виден, и даже если он изначально имеет сферическую форму, он может растягиваться и трансформироваться в зависимости от любых местных воздушных потоков.
2. Отношение $ \ rho_w / \ rho_a $ обычно намного больше, чем $ \ rho_c / \ rho_w $, что делает движение пузыря более выраженным, чем движение пакета горячего воздуха.
3. Воздушный пакет подвержен теплопередаче. Представьте, что мы завернули нашу маленькую посылку с воздухом в крошечный шарик. Даже если его форма сохранится, воздушный шарик будет передавать тепло окружающему воздуху, когда он поднимается, температура упадет так, что $ a_z \ rightarrow 0 $, и силы вязкости замедлят его до полной остановки.

Также обратите внимание: величина ускорения не зависит от давления. Находимся ли мы в барокамере в $ 10 \: \ mathrm {atm} $ или на горе Эверест в $ 0.333 \: \ mathrm {atm} $, она всегда будет разделяться.

Наконец, я отмечу, что, хотя закон идеального газа дает нам очень элегантное выражение для ускорения, все другие жидкости (которые я могу придумать) имеют уравнения состояния с отрицательной корреляцией между $ T $ и $ \ rho $. , что означает, что пакет жидкости с повышенной температурой по сравнению с неподвижной жидкостью того же термодинамического состава всегда будет иметь выталкивающую силу большей величины, чем ее вес.

¹ Для гидростатических жидкостей и многих потоков градиент давления $ \ nabla P $ почти всегда совпадает с градиентом плотности $ \ nabla \ rho $. В частности, направление вектора объемной силы $ \ mathbf {g} $ противоположно градиенту плотности.

Термодинамика

— Почему горячий воздух поднимается по столбу вместо того, чтобы холодный воздух давил вниз?

Добро пожаловать в волшебство конвекционных ячеек =)

Прежде всего следует помнить, что вы работаете с большим количеством молекул газа.Теоретически эффект возникает независимо от того, сколько частиц у вас есть, но эффекты намного проще описать, используя термины, относящиеся к большому количеству молекул одновременно, вместо того, чтобы пытаться отслеживать каждую молекулу. Как упоминал BowlOfRed, длина свободного пробега на открытом воздухе составляет около 100 нм, что означает, что почти все эффекты, которые вы видите, будут макроскопическими статистическими эффектами, такими как плотность и массоперенос.

Рассмотрим объем горячего воздуха над горячей плитой. Я собираюсь заявить, что его форма примерно цилиндрическая.Это легко доказать на ранней стадии, когда весь горячий воздух сконцентрирован в форме диска прямо над плитой. Мы воспользуемся индукцией, чтобы показать, что она остается цилиндрической по мере развития системы.

Теперь легко увидеть, что система находится под напряжением. В его основном состоянии все частицы с высокой энергией (с низкой плотностью) будут находиться вверху, а все частицы с низкой энергией (и, следовательно, с высокой плотностью) — внизу, потому что это минимизирует потенциальную энергию столба воздуха. Однако мы должны выяснить, как это достигается.

Рассмотрим на мгновение радиальное движение воздуха. Холодный воздух, пытаясь опуститься до своих более низких потенциалов, готов вытеснить горячий воздух. Таким образом, горячий воздух пытается двигаться вверх во всех направлениях, включая наружу, а холодный воздух пытается двигаться вниз во всех направлениях, включая внутрь. Однако у нас не может быть двух пересекающихся потоков молекул, потому что они сталкиваются. Это столкновение поддерживает очень низкую скорость движения внутрь / наружу большинства молекул воздуха. Но это не везде так.

Внизу, прямо на плите, горячий воздух не сталкивается с холодным. Когда вы опускаетесь на поверхность плиты, горячий воздух больше не пытается подниматься вверх, но остается холодный воздух, который пытается опуститься. Здесь мы начинаем видеть движение. Холодный воздух поступает горизонтально, пока давление не уравняется.

Теперь мы можем начать видеть формирующийся цикл. Холодный воздух, пытаясь свести к минимуму свою потенциальную энергию, идет прямо вниз, как и газы, вдувая горизонтально вдоль горячей пластины.Когда это происходит, над горячим воздухом появляется малейшая из областей низкого давления, так как часть холодного воздуха присоединяется к этому легкому ветерку вокруг цилиндра.

Помните, стороны цилиндра не допускают большого движения, потому что радиальная скорость газов в основном равна нулю. Вдоль этой границы есть только диффузионное перемешивание. Однако теперь у нас есть холодный воздух, пробирающийся вдоль горячей плиты вбок, а горячий воздух движется вверх. Это основа конвекционной ячейки.

Чтобы завершить итерационный цикл, горячая плита нагревает часть только что поступившего холодного воздуха, превращая его в горячий воздух.Теперь мы имеем ту же ситуацию, что и раньше, только с двумя изменениями:

• Цилиндр стал выше, потому что горячий воздух переместился вверх
• Теперь есть небольшой восходящий поток воздуха в горячей области и небольшой нисходящий поток воздуха в холодной области.

Если вы повторите процесс, произойдет тот же эффект, за исключением того, что теперь область низкого давления над цилиндром имеет еще более низкое давление, потому что от нее идет массовый поток холодного воздуха.

В конечном итоге ограничения по материалам действительно ограничивают процесс, но, надеюсь, это объясняет, почему горячий воздух поднимается прямо вверх.Рядом с горячим есть конвекционная камера с противотоком холодного воздуха. Между ними радиальная скорость очень мала, поэтому мы видим очень небольшое перемешивание. Внизу мы видим, как холодный воздух движется вбок, а вверху мы видим, как горячий воздух тянется вверх за счет более низкого давления.

Странная погода — холодный ветер тяжелее теплого?

При данной скорости ветра вы кренитесь зимой больше, чем летом? Yachting Monthly спросила у Пола Лиса из Crusader Sails и метеоролога Фрэнка Синглтона о franksweather.co.uk, чтобы узнать номер

Странная погода — холодный ветер тяжелее теплого?

Пол Лис, управляющий директор Crusader Sails

Пол Лис, управляющий директор Crusader Sails:

Виндсерферы и шкиперы гоночных яхт давно знают, что кренящий момент, действующий на парус яхты, зависит от относительной плотности ветра. Многие виндсерферы ломают голову над тем, почему 5,2-метровый парус вполне приемлем во время летних каникул в Средиземном море, но кажется невозможным при той же скорости ветра в начале декабря в Великобритании.Более плотный ветер оказывает на такелаж большую кренящую силу. Добавьте к этому его влияние на состояние моря и общее восприятие человеком того, что в солнечную погоду все становится лучше и легче, и это действительно имеет значение. Возникает интересный вопрос: являются ли ветряные электростанции в более холодном климате более эффективными, чем в более солнечных частях нашего мира?

Фрэнк Синглтон был главным прогнозистом и операционным директором Метеорологического бюро.

Фрэнк Синглтон, метеоролог, franksweather.co.uk:

«Вес ветра» — это старая поговорка, которая, возможно, необычно, содержит больше, чем крупицу правды, хотя это довольно мелкая крупинка.

Сила на парусе напрямую зависит от плотности воздуха и квадрата скорости ветра. Согласно закону Бойля — для данного давления плотность газа обратно пропорциональна температуре — холодный воздух плотнее теплого и поэтому создает большую силу.

Эффект усугубляется тем, что влажный воздух менее плотный, чем сухой.Это связано с тем, что водяной пар — относительно легкий газ по сравнению с кислородом и азотом — основными составляющими воздуха. Когда содержание водяного пара увеличивается, количество кислорода и азота уменьшается. Плотность воздуха уменьшается из-за уменьшения массы.

Для довольно экстремального примера, в тропиках с температурой 32 ° C и влажностью 90% плотность воздуха составляет 1,14 кг / м. ³ . В северном воздушном потоке вокруг Великобритании у нас может быть температура 10 ° C и 10-процентная влажность, что дает плотность воздуха 1.25 кг / м ³ . Таким образом, с холодным сухим воздухом сила ветра на парусе будет примерно на 10 процентов выше, чем с теплым влажным воздухом при той же скорости ветра. Для сухого воздуха при обеих температурах будет увеличение на 7%; эффект водяного пара довольно невелик.

Однако ожидание может привести к некоторому неверному истолкованию того, что на самом деле происходит. Увеличение скорости ветра с 14 до 15 узлов даст увеличение силы на парусе более чем на 15 процентов. В холодном и нестабильном воздухе конвекция перемешивает воздух на расстоянии от 1000 до примерно 4000 метров, вызывая более сильные порывы, чем в теплом стабильном воздухе, в котором смешивание гораздо более ограничено по глубине.Сравните устойчивые ветры в теплом секторе депрессии с гораздо более переменчивым ветром за холодным фронтом.

Итак, в действительности сухой холодный воздух имеет «больший вес», чем теплый влажный воздух. Однако в Великобритании во время сезона парусного спорта в одном районе изменение «веса» ветра должно быть довольно небольшим и маскироваться более значительными эффектами из-за изменений скорости ветра, особенно при конвективных порывах. Эффект может быть заметен только рулевым, который намного лучше меня.

Практическое следствие из вышеизложенного состоит в том, что ветряные турбины могут генерировать больше энергии при заданной скорости ветра в холодном климате, чем в теплом.

Перемещается ли горячий воздух в сторону холодного? — Мастер температуры

Temperature Master является партнером Amazon. Как партнер Amazon, мы зарабатываем на соответствующих покупках. Мы также можем получать комиссионные, если вы покупаете товары у других розничных продавцов после перехода по ссылке на нашем сайте.

Многие люди заблуждаются, зная, что горячий воздух поднимается вверх, а холодный опускается.Хотя это правда, это не вся история, и это не рационализирует утверждение о том, что горячий воздух движется в сторону холодного. Объяснение воздушного потока связано с большим количеством сложностей, особенно если учесть температуру как фактор.
Горячий воздух не движется в сторону холода. Температура воздуха сама по себе не определяет характеристики воздушного потока. Вы также должны учитывать такие свойства, как тепло, давление и плотность. Например, холодный воздух плотнее горячего и опускается до более низких уровней в атмосфере Земли .
В этой статье дается краткий обзор того, как и почему движется воздух в зависимости от его температуры. Исследуются определения некоторых физических свойств воздуха, и будут описаны примеры поведения воздуха, видимые через погоду. Кроме того, вы поймете необходимость вмешательства, когда дело доходит до эффективного обогрева или охлаждения вашего дома.

Краткий обзор термодинамики

Когда мы говорим о свойствах горячего и холодного воздуха, в частности о том, как влияет на воздушный поток, мы говорим о некоторой конкретной физике, известной как термодинамика, которая обсуждает отношения между свойствами внутри вещества, такими как тепло, давление, плотность и температура.
Горячий воздух менее плотный и легкий, чем холодный, что позволяет ему подниматься над более тяжелым и холодным воздухом. Сами по себе горячий или холодный воздух не движется навстречу друг другу. Вместо этого на них влияют условия окружающей среды, например, давление. Отдельная сила, такая как ветер, может толкать и перемещать воздух, и следует отметить, что холодный воздух выталкивается легче и движется быстрее, чем горячий воздух при более низких уровнях атмосферы.
Горячий и холодный воздух могут влиять друг на друга, потому что они конкурируют за пространство.Например, когда встречаются горячий и холодный воздух, горячий воздух может выталкиваться холодным воздухом, пробивающимся снизу. Если внешние силы вызывают смешивание горячего и холодного воздуха, по существу, холодный воздух поглощается горячим воздухом, обеспечивая эффект нагрева / охлаждения, который смешивает температуры воздуха.

Плотность

Математически плотность (d) чего-либо может быть определена путем деления его массы (M) на его объем (V), что выражается уравнением d = M / V. Другими словами, плотность — это отношение количества вещества упакован в определенное место.Однако давление и температура будут влиять на плотность.
В холодном воздухе молекулы, составляющие воздух, сжимаются и сближаются, занимая меньшее пространство, создавая более высокую плотность, чем более теплый воздух. Более тяжелый вес этого воздуха будет падать из-за силы, давления или гравитации на него.
Горячий воздух менее плотен, потому что его молекулы рассредоточены, поэтому меньшее количество молекул будет занимать пространство того же размера, а его меньший вес позволяет ему подниматься на более высокие уровни в атмосфере.

Давление

Давление — это производная единица измерения, определяемая силой, приложенной к чему-либо. От того, сколько у чего-то площади поверхности и какое приложенное усилие, будет зависеть значение давления.
Оно рассчитывается путем деления силы (F) на площадь (A), как представлено в уравнении p = F / A. В частности, когда ученые используют термин давление, это означает признание того, что сила действительно распределяется по площадь поверхности.
Воздух движется из-за приложенного к нему давления, например ветра или атмосферного давления. Кроме того, атмосферное давление определяет, насколько высоко воздух может перемещаться. Эта характеристика зависит от температуры воздуха.

Зависимость тепла от температуры

Говоря о температуре, легко запутаться, особенно когда речь идет о тепле. Это потому, что тепло является мерой передачи энергии посредством термодинамики. В то время как температура — это измерение внутренней тепловой энергии, создаваемой при столкновении и взаимодействии атомов и молекул.Измерение этой внутренней тепловой энергии приведет к получению числа по объективной шкале температуры.
Когда молекулы нагреваются, они перемещаются быстро и беспорядочно, и для их перемещения требуется больше места. Когда кинетическая энергия теряется и воздух охлаждается, молекулы сжимаются и сжимаются, что приводит к близкому расположению и большей плотности.

Плотность при стандартной температуре и давлении (STP)

Температура и давление — не единственные факторы, влияющие на плотность.Уровень водяного пара в воздухе также будет иметь значение. Впоследствии различные факторы, такие как высота, также изменят измерения плотности. Используя стандартные значения температуры и давления, мы можем сделать вывод, как эти другие факторы играют дальнейшую роль в воздушном потоке и термодинамике. Это также помогает нам предсказывать такие вещи, как погодные условия.

Погодные фронты

Есть несколько способов взаимодействия горячего и холодного воздуха, и мы видим эти эффекты в различных условиях, которые мы называем погодой.Погодный фронт создается, когда две различные воздушные массы противостоят друг другу, и определяется переходная зона. Каждая воздушная масса имеет разные свойства, такие как уровни температуры и влажности, что означает, что каждая из них имеет разные характеристики с точки зрения поведения.

Теплые фронты

Теплый фронт образуется, если горячий воздух сталкивается с холодным воздухом, проталкивая его по поверхности Земли. Горячий воздух подобен медленному катанию пара по холодному воздуху, в конце концов, догоняя его. Это может быть сложно для горячего воздуха, поскольку он движется медленнее, чем холодный.
Часто мы видим облака, создаваемые перед этими теплыми фронтами. По мере того, как облака опускаются, и если воздух нестабилен, это может вызвать штормовую погоду. Когда этот фронт проходит, воздух становится теплее и влажнее.

Холодные фронты

Когда холодный воздух выталкивается в теплый, создается холодный фронт. Часто это приводит к резким изменениям погоды. Холодный фронт движется в два раза быстрее, чем теплый фронт, и выталкивает теплый воздух вперед, создавая грозовые тучи.
Есть изменения атмосферного давления, которые можно измерить спереди, и часто после прохождения фронта температура будет падать, и воздух будет более сухим.

Стационарные фасады

Когда встречаются теплый и холодный фронты, ни один из них не может обогнать другой. Это называется стационарным фронтом. Это происходит, когда ветры идут параллельно друг другу, а не сталкиваются с противоположных сторон.
Обычно погода бывает пасмурной, и мы часто видим дождь или снег. Как правило, изменение ветра необходимо, чтобы разбить эти фронты или заставить их двигаться в определенном направлении, превращая его в холодный или теплый фронт.

Окклюзия фронтов

Более быстро движущийся холодный фронт непосредственно за более медленно движущимся теплым фронтом в конечном итоге догонит и обгонит теплый фронт, создавая закрытый фронт. Это называется так, потому что холодный фронт подталкивает теплый фронт вверх и оседает под теплым фронтом, тем самым закрываясь.
По сути, эти два фронта сочетают в себе свои способности, поскольку действуют как теплый, так и холодный фронт. Вдоль фронта часто бывают облака и осадки, а после их прохождения воздух становится более сухим.

HVAC Воздушный поток

Когда дело доходит до отопления или охлаждения вашего дома, важно убедиться, что этот процесс эффективен. Если ваша система или установка не имеет достаточной силы позади теплого или холодного фронта, который она толкает, вы не почувствуете равномерного изменения во всем пространстве. Вместо этого у вас будут концентрированные области с разной температурой.
В зависимости от планировки вашего дома в одних помещениях воздушный поток может быть лучше, чем в других. Иногда в этом процессе может помочь простое использование потолочного вентилятора или установка качающегося вентилятора рядом с вентиляционным отверстием.
Вентиляторы и воздуховоды могут быть установлены для увеличения воздушного потока. В некоторых областях может потребоваться установка дополнительных блоков отопления или кондиционирования воздуха, чтобы обеспечить изменение температуры в устойчивых областях, устойчивых к воздушным потокам.

Заключение

Горячий воздух сам по себе не движется в сторону холодного. Отдельная сила, такая как ветер, должна быть приложена для перемещения воздуха, горячего или холодного, к другой воздушной массе. Разница между любыми двумя воздушными массами будет определять, какая реакция произойдет, когда они встретятся.
Примеры можно увидеть сквозь различные погодные условия. Можно смешивать и перемещать воздух с разной температурой в помещении, создавая условия, которые смешивают воздух, например, используя вентилятор.

Почему поднимается горячий воздух и опускается холодный воздух?

Обновлено 22 ноября 2019 г.

Автор Фрэнк Жирар

Горячий воздух менее плотен, чем холодный, поэтому, по данным Министерства энергетики США, горячий воздух поднимается вверх, а холодный опускается. Потоки горячего и холодного воздуха питают погодные системы на Земле.Солнце играет важную роль в нагревании планеты, что также создает энергетические системы горячего и холодного воздуха. Тёплые воздушные потоки обычно приносят дожди, потому что они образуются над океанами. Вот почему ураганы и тропические штормы образуются в море и в конечном итоге движутся к суше.

Соображения

По данным Historyforkids.org, когда горячий воздух от поверхности земли поднимается вверх, он вскоре становится холодным по мере приближения к космосу. По мере того, как горячий воздух охлаждается, он опускается обратно на поверхность земли, где он нагревается океаном только для того, чтобы снова подняться.Это называется конвекционным током. Детский музей Хьюстона на сайте CDM.org определяет конвекционные потоки как подъем и опускание холодного воздуха в помещении.

Основная причина того, что горячий воздух поднимается вверх, заключается в том, что опускающийся холодный воздух толкает его вверх. Однако другие вещи, например горные склоны, также могут вызывать подъем горячего воздуха.

Функция

Когда какое-либо вещество горячее, его молекулы находятся дальше друг от друга, чем когда оно холодное, сообщает History for Kids. Это делает горячий воздух менее плотным, чем холодный, и более легким на квадратный фут.

Заблуждения

Воздух высоко в атмосфере на самом деле холоднее, чем земля у поверхности земли, говорится в «Истории для детей». Это потому, что земные океаны нагревают воздух у поверхности земли.

Значение

Согласно History for Kids, эта система подъема горячего воздуха и опускания холодного воздуха является движущей силой энергии Земли. Эти воздушные потоки также создают штормы, в том числе ураганы и торнадо. Поднимающийся и сталкивающийся с холодным воздухом горячий воздух создает грозы.По данным Детского музея Хьюстона, сильные восходящие потоки теплого воздуха создают кучевые облака.

Кучевые облака выглядят как пушистые облака. Сотрудничество университетов по атмосферным исследованиям сообщает, что кучевые облака обычно имеют плоское основание и иногда находятся всего на высоте 330 футов над землей. Эти облака обычно растут вверх и могут перерасти в грозы. Сильные торнадо также связаны с кучевыми облаками.

Quick Fact

Штормы, которые образуются в море, начинают рассеиваться, когда достигают суши, потому что они больше не могут поглощать влагу из океана.Чем дольше тропический шторм или ураган остается в море, тем больше вероятность, что он станет больше и сильнее, по большей части.

Влажный воздух тяжелее сухого?

Конечно, влажный воздух тяжелее сухого! Научные факты, подтверждающие мою теорию: мокрые волосы тяжелее на голове, чем сухие. Факт. В молоке мое обычное шоколадное печенье-сэндвич тяжелее, чем когда его едят прямо из упаковки. Факт. Когда я плачу, у меня глаза тяжелее, чем когда я не плачу.Не совсем факт, но похоже, что это было бы правдой, потому что, знаете, у вас тяжелые глаза, когда вам грустно, не так ли?

Вот проблема со всеми моими фактами (кроме самой большой проблемы, которая состоит в том, что я не потрудился проверить их за пределами моего воображения): все они касаются воды, а не водяного пара. И влажным воздух делает водяной пар, а не настоящие капли воды. И как только мы поймем, как работают молекулы водяного пара, мы сможем доказать настоящую правду, заключающуюся в том, что влажный воздух на самом деле легче сухого.

Начнем с закона Авогадро. Этот основной закон химии гласит, что равные объемы газов при одинаковой температуре и давлении содержат равное количество молекул [источник: Уильямс]. Так что не имеет значения, каков вес молекул; просто важно, чтобы у вас была такая же громкость. А поскольку воздух в нашей атмосфере движется свободно, молекулы могут плавать внутрь и наружу.

Но подождите, вы можете подумать: если вы добавляете молекулы воды, почему это не добавляет веса? И ответ заключается в том, что любой добавляемый водяной пар заменяет азот или кислород в нашем свободно движущемся воздухе.Азот и кислород составляют большую часть нашей атмосферы, и они вытесняются — или испаряются — когда вода занимает свое место в воздухе. А молекулы водяного пара легче азота и кислорода. Другими словами, влажный воздух будет содержать меньше тяжелых азота и кислорода — и более легкие водород и кислород — на своем месте. Помните, что у них одинаковое количество молекул, но воздух с водяным паром просто менее плотный [источник: Шраге].

Итак, поехали. Если температура и давление одинаковы, сухой воздух будет тяжелее, потому что в нем отсутствуют более легкие молекулы водяного пара.И имейте в виду, что сильные штормы возникают из-за взаимодействия сухого и влажного воздуха. Когда сухой плотный воздух движется под влажным легким воздухом, он поднимает влажный воздух и создает благоприятные условия для грозы. Эта зона с «сухой линией», где сухой воздух выталкивает влажный воздух, видна именно там, где и следовало ожидать: на Аллее Торнадо в южно-центральной части Соединенных Штатов [источник: Шраге].

Изучение различных погодных фронтов

СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ:

Атмосферное давление перемещает погодные системы.Холодный воздух более плотный, чем теплый, вызывая так называемое высокое давление.
Более легкий теплый воздух вызывает низкое давление. В области повышенного давления
молекулы воздуха расположены ближе друг к другу, чем в области более низкого
давление. Нагретый воздух оказывает меньшее давление на землю, создавая низкий
область давления. Холодный воздух, когда он доносится над океанами, на самом деле оказывает давление на
уровень моря в этом районе; теплый воздух поднимет уровень моря.

Холодный воздух плотнее и тяжелее, давит
более теплый и легкий воздух направлен вверх.В зависимости от того, как нагнетается более теплый воздух,
зависит от того, насколько большой будет «бой». Где эти две воздушные массы
Встреча называется «фронтовой». Как эти разные фронты встречаются с причиной
погодные условия должны измениться. Помните, что существует множество температурных вариаций
«холодный» воздух и «теплый» воздух, в результате чего много погодных
типы.

Фронты образуются при столкновении воздушных масс, для
воздушные массы не смешиваются, если они не похожи по температуре и влажности
содержание.Когда теплый воздух вытесняет холодный воздух у земли, называется фронт.
как теплый фронт. Когда холодный воздух заменяет теплый воздух у земли, передняя часть
называется холодным фронтом.

Вильгельм Бьеркнес (1862-1951), норвежец
метеоролог обнаружил существование отдельной воздушной массы, которая не
смесь, которую он назвал пограничным фронтом. Его наблюдения и записи приводят
другие метеорологи, чтобы начать понимать, как возникают и перемещаются фронты.

ПРОЦЕДУРА:

1. Глядя на рабочий лист «Холодный фронт»
   относится к холодному воздуху, сильно выталкивающему теплый воздух. Тип созданной погоды
   будет включать ливни и грозы. Это называется холодным фронтом.
   «Теплый фронт» относится к теплому воздуху, который мягко вклинивается в холодный.
   Распространенные облака с продолжительным дождем — преобладающая погода,
   хотя он очень неустойчивый. Это называется тёплым фронтом. Студенты должны
   обозначьте область между двумя массами как переднюю на каждой диаграмме.
2. Прочтите следующую информацию о тепле и холоде
   фронты студентам. Затем они должны попытаться нарисовать эту информацию на
   рабочий лист. Если ваши ученики не помнят разные типы облаков, вы
   возможно, захочется обсудить с ними типы облаков.

   Перистые облака — высокие облака, представляющие собой тонкие ледяные облака.
   Кучевые или пухлые облака — это облака среднего уровня, которые плотно прилегают друг к другу.
   Слоистые облака представляют собой длинный однородный слой облаков, напоминающих туман, но не
   отдыхая на земле.Nimbus при использовании с именем облака относится к темному
   облако обычно означает дождь.

ТЕПЛЫЙ ПЕРЕДНИЙ:

Теплый влажный воздух тропиков скользит по клину
холодного полярного воздуха. Как теплый воздух движется по холодному воздуху. Тонкий перистый
образуются облака, и можно увидеть молочную пелену из перисто-слоистых облаков. Выше
у основания фронта сначала сгущаются облака с высокослоистыми слоями над большими, серыми
нимбослоистые облака.В холодном секторе под
передний.

ХОЛОДНЫЙ ПЕРЕДНИЙ:

Сгущающиеся кучевые облака предупреждают о приближающемся холодном фронте,
где холодный полярный воздух резко врезается в теплый влажный тропический воздух. В
холодный фронт склоны намного круче, чем теплый фронт, и сильные восходящие потоки
может вызвать сильные бури.