Атмосферное давление необходимо знать людям разных профессий: летчикам и медикам, полярникам и ученым. Атмосферное давление – это величина, которая предсказывать погоду (рис. 1). Если атмосферное давление повышается, это говорит о том, что погода будет хорошей: зимой – морозной, а летом – жаркой. Если же атмосферное давление понижается, это может предвещать ухудшение погоды: появление облачности, выпадение осадков. Летом – это понижение температуры, а зимой – потепление.
Рис. 1 Атмосферное давление
Строение атмосферы
С 1951 года, по решению Международного геофизического союза, принято делить атмосферу на пять частей (слоев). Это тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и экзосфера. Термосферу еще называют ионосферой. Эти слои не имеют четко выраженных границ. Их величина зависит от географической широты места наблюдения и времени (рис. 2).
Рис. 2. Строение атмосферы Земли
Разделение атмосферы на слои проводят, учитывая характер изменения температуры атмосферного воздуха с высотой. По мере подъема от поверхности Земли температура воздуха сначала убывает, а затем начинает возрастать (рис. 3).
Рис. 3. Распределение температуры атмосферного воздуха по высоте
Ближайший к поверхности Земли слой воздуха – тропосфера – наиболее хорошо изучен. Высота его над полярными областями – 8–12 км, над умеренными – 10–12 км, а над экваториальными – 16–18 км. В этом слое сосредоточены примерно 80 % всей массы атмосферного воздуха и основная масса влаги. Слой хорошо пропускает солнечные лучи, поэтому воздух в нем нагрет от земной поверхности. Температура воздуха с высотой непрерывно понижается. Это понижение составляет около 6 °С на каждый километр. В верхних слоях тропосферы температура воздуха достигает минус 55 градусов Цельсия. Цвет неба в этом слое голубой.
В тропосфере протекают почти все явления, определяющие погоду (рис. 4). Именно здесь образуются грозы, ветра, облака, туманы. Именно здесь протекают процессы, приводящие к выпадению осадков в виде дождя и снега. Поэтому тропосферу называют фабрикой погоды.
Рис. 4.1. Погодные явления в тропосфере
Рис. 4.2. Погодные явления в тропосфере
Рис. 4.3. Погодные явления в тропосфере
Следующий слой – стратосфера. Она на высоте от 18 до 55 км. В ней очень мало воздуха – 20 % всей массы – и почти нет влаги. В стратосфере часто возникают сильнейшие ветра. Изредка здесь образуются перламутровые облака, состоящие из кристалликов льда (рис. 5). Привычных для нас явлений погоды здесь не наблюдается. Цвет неба в стратосфере темно-фиолетовый, почти черный.
Рис. 5. Перламутровые облака в стратосфере
На высоте от 50 до 80 км расположена мезосфера. Воздух здесь еще более разрежен. Здесь сосредоточено приблизительно 0,3 % всей его массы. В мезосфере сгорают влетающие в земную атмосферу метеоры. Здесь же образуются серебристые облака (рис. 6).
Рис. 6. Серебристые облака в мезосфере
Над мезосферой до высоты примерно 800 км находится термосфера (ионосфера). Она характеризуется еще меньшей плотностью воздуха и хорошо проводить электричество и отражать радиоволны. В термосфере образуются полярные сияния (рис. 7).
Рис. 7. Полярное сияние в термосфере (ионосфере)
Последний слой атмосферы – экзосфера. Его называют слоем рассеяния. Экзосфера до высоты порядка 10 000 км.
Измерение атмосферного давления
О том, что воздух имеет вес, мы часто забываем. Между тем, плотность воздуха у поверхности Земли при составляет .
То, что воздух действительно имеет вес, было доказано Галилеем. А ученик Галилея Эванджелиста Торричелли предположил и смог доказать, что воздух оказывает давление на все тела, находящиеся на поверхности Земли. Это давление называется атмосферным давлением.
Рассчитать атмосферное давление по формуле расчета давления столба жидкости нельзя. Ведь для этого необходимо знать плотность и высоту столба жидкости или газа. Но у атмосферы нет четкой верхней границы, а плотность атмосферного воздуха уменьшается с ростом высоты (рис. 8).
Рис. 8. У атмосферы нет четкой верхней границы, а плотность атмосферного воздуха уменьшается с ростом выс
Вычислите отношение теплоемкостей для смеси 3 моль аргона и 5 моль
CV
кислорода.
4. Отношение молярных теплоемкостей для двухатомного газа 1,4 .
Определите удельные теплоемкости: а) кислорода; б) азота.
5. Для трехатомного газа, имеющего удельную теплоемкость при постоянном
давлении, CP = 725 Дж/(кгК), определите: а) молярную массу этого газа; б)
отношение молярных теплоемкостей.
6. Для некоторого политропического процесса, в котором участвует
многоатомный газ, показатель политропы n = 1,7. Какова молярная теплоемкость
газа в этом процессе?
7. Влажный воздух содержит 20% водяного пара. Принимая сухой воздух за
двухатомный газ с молярной массой 2910–3 кг/моль, определите: а) удельную
теплоемкость влажного воздуха при постоянном объеме; б) отношение молярных
теплоемкостей .
8. Вычислите удельные теплоемкости CP и CV для гелия, используя известное
значение молярной теплоемкости при постоянном объеме для одноатомных газов.
9. Определите удельные теплоемкости CP и CV некоторого двухатомного газа,
если известно, что масса одного киломоля этого газа равна 30 кг, а отношение
теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме
составляет 1,4.
10. Получите общие выражения для удельных теплоемкостей CP и CV, а также для
C
отношения P газовой смеси, состоящей из v1 киломолей одноатомного газа с
CV
молярной массой 1 и из v2 киломолей двухатомного газа с молярной массой 2.
11. Найдите удельную теплоемкость при постоянном давлении газовой смеси,
состоящей из трех киломолей неона и двух киломолей азота.
12. Молярная теплоемкость аммиака CP при 300 K составляет согласно
экспериментальным данным 28,50 кДж/(кмольград), а при температуре 800 K она
равна 40,1 кДж/(кмольград). Пользуясь указанными значениями молярной
теплоемкости, найдите интерполяционную формулу для температурной
Объяснение:
