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 )
теплый воздух движется вниз вдоль земной поверхности или вверх
почему нельзя сжигать пустые пластиковые бутылки в огне или в доме!
Зачетная работа:Задание 1. Ответьте на вопросы:1. Какие растения и животные заносятся в Красную книгу?2. Эта птица не летала, а гнезда сооружала на зе
… мле. Ее называли «глупой» за то, что не могла убежать от человека. Селилась она на островах Индийского океана неподалеку от Мадагаскара. Последняя птица погибла в 1681 году.а) Странствующий голубь;б) Дронт;в) Коричнеголовый попугай3. Этот красивый и мощный зверь был истреблен к 1627 году. Он населял Европу, Малую Азию, Северную Африку.а) Степная куропатка;б) Зубр;в) Тур.4. Их погубило вкусное мясо. Последняя птица погибла в зоопарке города Цинциннати в США в 1914 году.а) Странствующий голубь;б) Новокаледонский попугай;в) Попугай Ара.5. Какие цветы носят «человеческие» имена?Задание 2. Определить автора высказываний1. “Чтобы жить, нужны солнце, свобода и маленький цветок”2.
почему Мирский замок, Беловежская пуща и Дворцово- парковый комплекс Радзивиллов в Несвиже занесены в Список всемирного наследия?
Что значит когда много муравьев на улице?Обычные муравьи бегают повсюду
Висота гори складає 2200 м. Якщо біля підніжжя гори тиск повітря дорівнює тиску на рівні моря, то на її вершині він буде рівним: 660 мм рт ст 760 мм … рт ст 680 мм рт ст 860 мм рт ст
Многие птицы проводят часть года – теплое время –в северных районах, а когда наступают холода, они улетают на юг (это называется миграция или сезонный
… перелет).
Что значит когда много муравьев на улице?
Куда помещают приготовленный черенок?
Какой формой энергии обладают следующие тела: зажжённый фонарь, океанская волна, включенный телевизор, кипяток.
2 задание сделайте пожалуйста
Куда движется тёплый и и холодный воздух
6. Установи відповідність.
Краткий доклад на тему «Основной закон страны — Конституция РФ»
6. Установіть відповідність.Горючі природний газглинаРудні мідна рудаторфБудівельні кам’яне вугілля вапнякбыстро пж
Задание 4. Перечисли: 2 балла С какими пятью странами граничит наша республика: ______________________________________________________________________
… ______________________________________________________________ С какими государствами мира Казахстан развивает экономические и дружеские отношения: ____________________________________________________________________________________________________________________________________ Задание 5.
С какими пятью странами граничит наша республика: ____________________________________________________________________________________________________ … ________________________________ С какими государствами мира Казахстан развивает экономические и дружеские отношения: ____________________________________________________________________________________________________________________________________
Задание 3.
Пользу или вред приносят запуски космических спутников? Заполни таблицу. 4 балла
Польза Вред
Человечество
Окружающая среда
Узнай, какие памятники культуры есть в твоём городе, районе. С помощью дополнительной литературы подготовь о нём рассказ (когда этот памятник был пост … роен, для чего предназначался, в каком состоянии находится в наши дни, что можно делать для его сохранности). [ЖЕЛАТЕЛЬНО ПРО ПАМЯТНИК ТЫСЯЧЕЛЕТИЯ РОССИИ] Срочно!!! Даю 15 баллов!!!! *НАЧАЛО* : Памятник Тысячелетию России — монумент, воздвигнутый Великом Новгороде в 1862 году в честь тысячелетию юбилея легендарного призвания варягов на Русь.
огромные водные пространство окружающие участки суши жто
Розповідь про любий заповідник в Україні ( не багато )
Сравни старую и новую карту острова. Опиши изменения.
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 массеНа 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.
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.
КонвекцияКонвекция
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.
Почему в колонне поднимается горячий воздух, а не холодный?
Добро пожаловать в магию конвективных ячеек =)
Первое, что нужно помнить, это то, что вы работаете с большим количеством молекул газа.
Эффект теоретически возникает независимо от того, сколько у вас частиц, но эффект гораздо проще описать, используя объемные термины, которые обрабатывают много молекул одновременно, вместо того, чтобы пытаться отслеживать каждую молекулу. Как упомянул 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 перенос массы.
Рассмотрим объем горячего воздуха над плитой. Я собираюсь утверждать, что его форма примерно цилиндрическая. Это легко доказать на раннем этапе, когда горячий воздух сконцентрирован в форме диска чуть выше горячей плиты. Мы будем использовать индукцию, 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 (низкой плотности) будут наверху, а все частицы с низкой энергией (и, следовательно, с высокой плотностью) — вниз, потому что это минимизирует потенциальную энергию столба воздуха.
Тем не менее, мы должны выяснить, как это достигается.
Рассмотрим на мгновение радиальное движение воздуха. Холодный воздух, пытаясь пробиться к своим более низким потенциалам, готов вытеснить горячий воздух. Таким образом, горячий воздух пытается двигаться вверх во всех направлениях, в том числе и наружу, а холодный воздух пытается двигаться вниз во всех направлениях, в том числе и внутрь. Однако у нас не может быть двух пересекающихся потоков молекул, потому что они сталкиваются. Это столкновение сохраняет внутреннюю / внешнюю скорость большинства молекул воздуха очень низкой. Но это не везде так.
Около дна, прямо на горячей плите, нет горячего воздуха, сталкивающегося с холодным воздухом. Как только вы окажетесь на поверхности горячей плиты, больше не будет горячего воздуха, пытающегося подняться, но все еще остается холодный воздух, пытающийся опуститься. Это где мы начинаем видеть движение. Холодный воздух подается горизонтально, пока давление не выровняется.
Теперь мы можем начать видеть цикл, который формируется. Холодный воздух, пытаясь свести к минимуму свою потенциальную энергию, идет так же прямо, как и газы, дуя горизонтально вдоль горячей плиты. Когда это происходит, малейшая область низкого давления появляется над горячим воздухом, так как часть холодного воздуха присоединяется к этому легкому бризу вокруг цилиндра.
Помните, что стороны цилиндра не допускают большого движения, потому что радиальная скорость газов в основном равна нулю. Там только диффузионное перемешивание вдоль этой границы. Однако теперь у нас холодный воздух проникает вдоль горячей плиты вбок, а горячий воздух поднимается вверх. Это основа конвективной ячейки.
Чтобы завершить итерационный цикл, горячая плита нагревает часть только что поступившего холодного воздуха, превращая его в горячий воздух. Теперь у нас та же ситуация, что и раньше, только с двумя изменениями:
- Цилиндр стал выше, потому что горячий воздух поднялся вверх
- В горячей области наблюдается небольшой восходящий поток воздуха, а в холодной области — небольшой нисходящий поток воздуха.
Если вы повторите этот процесс, произойдет тот же эффект, за исключением того, что теперь область низкого давления над цилиндром является даже более низким давлением, потому что от него уходит поток холодного воздуха.
В конечном итоге материальные ограничения ограничивают процесс, но, надеюсь, это объясняет, почему горячий воздух поднимается прямо вверх. Рядом с горячим воздухом есть конвекционная камера с противотоком холодного воздуха. Между тем, радиальная скорость очень низкая, поэтому мы видим очень слабое перемешивание. Внизу мы видим, как холодный воздух движется вбок, а сверху мы видим, как горячий воздух поднимается вверх при более низких давлениях.
Куда ветер дует? — Соло на мыльнице — LiveJournal
На интерактивной карте картина ветров в реальном времени — завораживает:
https://earth.nullschool.net/
Вот он, тот самый холодный арктический фронт из метеосводок, который не «дает прорваться» наступающему лету»:
А у нас унылая тишь, как в Сахаре и так до конца лета, разве что злющим пыльным суховеем накроет.
Как рассказать внуку, отчего бывает бывает дождь?
— Это же все знают! Проще паренной репы — под жарким солнцем вода испаряется,
собирается в облака и тучи, и проливается дождем.
«Океан — это нагреваемый Солнцем паровой котел. В среднем около тысячи тонн пара в час снимает атмосфера с квадратного километра поверхности этого гигантского парового котла. В тропиках под палящими лучами солнца испарение возрастает в два — три раза. Здесь над безбрежными просторами океана собирается в воздухе огромное количество водяных паров.»
— А почему ж тогда не каждую ночь идет дождь?
В холодном Лондоне осадков море, а у нас тоже море рядом, солнце палит,
но летом облачка не дождешься, да и осенью дожди не каждый день, а как придется.
Куда девается наша вода?
Уносится ветром, понятное дело.
— А куда он дует, ветер и почему именно туда?
Все как учили на физике — теплые воздушные массы поднимаются, буквально «всплывают», на их место устремляются
холодные, потому что плотность нагретого воздуха меньше, чем холодного, он легче.
«В течение дня суша нагревается, воздух, находящийся над землей, поднимается вверх, а холодный ветер с моря занимает его место. Ночью земля остывает, вода же остается теплой, теплый воздух, находящийся над водой, поднимается вверх, и бриз уже дует с берега, занимая место теплого поднимающегося воздуха.
На Земле самым теплым местом является экватор. В этой полосе теплый воздух постоянно поднимается вверх
и направляется в сторону полюсов, на север и юг.
Если бы не было вращения Земли, существовали бы только северные и южные ветры. Но из-за вращения Земли
все ветры в Северном полушарии сдвигаются вправо, в Южном полушарии — влево.»
— Зачем же воздуху циркулировать от экватора до полюсов, когда на большой высоте в любой жаркой местности — мороз?
— Модель на верхней картинке только в самых общих чертах иллюстрирует происходящее,
реальная картина ветров гораздо сложнее:
«Часть этого воздуха охлаждается при расширении и излучении тепла, опускается и течет в обратном направлении, к экватору, отклоняясь вправо и образуя северо-восточный пассат.
Часть воздуха, которая движется к полюсу, в умеренных широтах формирует т.н. — западный перенос. Воздух, опускающийся в полярной области, движется к экватору и, отклоняясь к западу, в полярных областях формирует восточный перенос.
В нижних слоях атмосферы формируются несколько основных ветровых поясов.
Таким образом между областями пассатов и преобладающего западного переноса (ближе к полюсам) расположены Конские широты, которые являются зоной дивергенции — т.е. расхождения ветров в приземном слое воздуха.
В целом в их пределах преобладают нисходящие движения воздуха. Опускание воздушных масс сопровождается прогреванием воздуха и увеличением его влагоемкости, поэтому для этих зон характерны небольшая облачность и незначительное количество осадков.
В определенный момент года устойчивые ветры за 20-30 дней перенесут парусное судно из Старого света в Новый.
Обратный путь пролегает севернее. Непосредственно Конские широты славятся безветрием,
по легенде застигнутые затяжным штилем моряки принуждены были сбрасывать в океан перевозимых лошадей.
(Без этого не понять было трогательные стихи Б.Слуцкого «Лошади в океане»)
В интерактиве, на сегодняшний день — верхняя картинка.
При соприкосновении потоков соединение теплого и холодного воздуха происходит незначительно.
Более легкий теплый воздух поднимается над холодным, охлаждается, сгущается. Образуются облака, и в результате выпадает дождь или снег.
Вблизи земной поверхности эта картина гораздо сложнее и почти не поддается какой-либо систематизации. Помимо трения воздушных струй о земную поверхность большое значение здесь имеет также характер рельефа — его неровности, которые становятся причиной своеобразных и в известной степени специфических для данного района ветров. Столь же важным является соотношение между водой и сушей. Контактирующие с морями и океанами зоны систематически продуваются местными ветрами, которые в различных районах земного шара даже имеют свои имена.
[Spoiler (click to open)]
Ветер меняет своё направление и структуру благодаря естественным преградам на земле — лес, горы, крутой берег реки:
На расстоянии 20 h от наветренной преграды скорость ветра составляет 90% от начальной.
На расстоянии около 9 h от подветренной преграды ветер отклоняется вверх и уменьшает скорость, а на расстоянии 3 h скорость ветра уменьшается в 2 раза и может даже возникнуть обратный ветер на расстоянии высоты препятствия.
Бури зарождаются там, где холодные массы арктического воздуха, движущиеся на юг, встречают теплый влажный воздух, направляющийся на север из тропиков. В каком-то месте большие потоки теплого воздуха вклиниваются в холодный воздух. Вершина этого потока создает зону пониженного давления, куда направляются ветры и вокруг которой образуется буря.
Воздух, поднимающийся вблизи экватора и направляющийся к полюсам, отклоняется под действием силы Кариолиса.
При движении к северному полюсу воздух отклоняется к востоку, и оказывается, что он дует с запада. Таким образом формируются западные ветры.
В Северном полушарии из-за вращения Земли движение воздуха смещается вправо, поэтому в вихрях потоки воздуха движутся по часовой стрелке.
Это напоминает смерч огромного размера.
Тропические ураганы — наиболее драматичная форма атмосферной динамики. По существу, это колоссальный энергетический «транспорт», который движется со скоростью современного экспресса от тропиков к умеренным широтам, растрачивая по дороге свою колоссальную энергию, которая может быть приравнена ~ к ста 20-мегатонным водородным бомбам! К счастью, такая летящая супербомба не взрывается сразу, а отдает свою энергию постепенно, в течение нескольких дней, благодаря чему есть возможность в известной степени предсказать направление ее дальнейшего движения. Сейчас существует сравнительно хорошо налаженная система обнаружения зарождающихся ураганов и прослеживания их движения.
В полосе между 20° северной и 20° южной широты, около зоны низкого атмосферного давления образуются быстровосходящие потоки воздушных масс, что обусловлено большой разницей давлений на периферии и в центре. Стремительно вращающееся образование имеет диаметр до 1000 км, высоту до 15 км, а скорость его может превышать 300 км/ч.
Буря кружит на переферии, а в центре царит … абсолютное спокойствие. В эллипсовидной зоне, названной «оком урагана», ярко светит солнце и на много квадратных километров вокруг погода тихая и ясная.»
«Когда воздух встречает на своем пути горный хребет, он вынужден подниматься вверх. При этом воздух охлаждается, что приводит к снижению его влагоемкости и конденсации водяного пара (образованию облаков и выпадению осадков) на наветренной стороне гор. При конденсации влаги воздух нагревается и, достигнув подветренной стороны гор, становится сухим и теплым.»
Кругосвет и проч.
Самая простая визуализация восходящих потоков горячего воздуха — дым костра создает уют, искры вспыхнут…
уносящиеся ввысь искры — крошечные раскаленные угольки, конечно, тяжелее воздуха (как и частицы дыма),
но мощным восходящим потоком поднимаются на значительную высоту.
Белые клубы над кипящим чайником — потребуют чуть более обстоятельных разъяснений на предмет того,
что видим мы не пар, а сгустившийся туман, состоящий из микроскопических капелек воды,
увлекаемых потоком горячего воздуха.
Простенькая бумажная вертушка над сухой горячей сковородой демонстрирует весьма убедительное вращение
Делается за минуту: квадратный листок сгибаем в четверо, край скругляем —
как будто снежинку собрались вырезать, делаем чередующиеся надрезы о обеих сторон,
и подвешиваем получившийся ажурный колокольчик за нитку
Верхняя карта ветров — на субботу,
сегодняшняя заметно отличается:
Холодный фронт наконец-то прорван.
Но, смотрят синоптики на игровое поле и обещают москвичам теплую солнечную погоду на середину недели.
В среду — четверг температура вернется в рамки климатической нормы и днем составит +20…+25.
А в пятницу ждут дожди, временами сильные.
Открытый урок биологии по теме «Движение воздуха» в 6-м классе коррекционной (спец.) школы-интерната
Цели:
- Образовательная: Объяснить учащимся, каким
образом воздух передвигается в пространстве; что
такое «ветер» и что это явление природы дает
человеку.
- Коррекционная:
- Развивать наблюдательность, учить делать выводы из увиденного и узнанного на уроке.
- Развивать устную речь посредствам развернутых ответов на вопросы учителя.
- Воспитательная: Воспитывать у учащихся потребность заниматься познавательной деятельностью, рассказывая эпизоды увлекательных рассказов.
Тип урока: комбинированный
Методы: словесный рассказ, беседа, наглядный, практический.
Методические приемы: практическая деятельность, работа с текстом, работа в тетрадях.
Вид деятельности: коллективная:
Оборудование: свеча, поднос, бумажная кисточка (султан), плакаты по теме «Сила ветра», вентилятор.
Структура урока:
1. Организационная часть.
2. Проверка домашнего задания.
3. Постановка цели и задач урока.
4. Объяснение нового материала.
5. Закрепление материала.
6. Оценка знаний учащихся.
7. Домашнее задание.
Ход урока
1. Организационная часть.
Здравствуйте, ребята! Садитесь. Проверьте, все ли вы приготовили для урока: учебник, тетрадь, ручка, карандаш.
2. Проверка домашнего задания.
На прошлом уроке мы с вами узнали, что воздух может расширяться при нагревании и сжиматься при охлаждении. Пожалуйста, напомните мне, какие опыты мы проводили на прошлом уроке и какие выводы сделали из увиденного.
(учащиеся рассказывают, чем они занимались на прошлом уроке)
Молодцы! Вы хорошо запомнили все, о чем мы говорили на прошлом уроке.
3. Постановка цели и задач урока.
На прошлом уроке мы узнали, что горячий воздух расширяется и увеличивается в объеме. Вспомните о воздушном шаре, нагретом горячим воздухом. Он поднялся вверх. Значит, горячий воздух, поднимается вверх, а его место занимает холодный воздух, то есть они поменялись местами. Произошло движение воздуха.
Вот и темой нашего урока будет «Движение воздуха». Вы узнаете, каким образом воздух передвигается в пространстве; что такое «ветер» и что это явление природы дает человеку.
Откройте тетради и запишите тему сегодняшнего урока «Движение воздуха».
4. Объяснение нового материала.
В природе постоянно происходит движение теплого и холодного воздуха. Откуда же берется теплый и холодный воздух и почему он не одинаковой температуры, если солнышко греет весь воздух на нашей планете?
Оказывается, поверхность Земли нагревается от солнечных лучей неодинаково, так как не вся поверхность планеты находится на одинаковом расстоянии от Солнца.
Там, где поверхность нагревается сильнее, воздух становится теплее и поднимается вверх. Его место занимает холодный воздух.
Таким образом, воздух перемещается в пространстве.
А кто мне скажет, что мы говорим, когда чувствуем движение воздуха? Для того, чтобы вы быстрее дали правильный ответ, я загадаю вам загадку:
Гуляю в поле, летаю на воле.
Кручу, бурчу, знать никого не хочу.
Вдоль села пробегаю —
Сугробы наметаю.
Правильно. Это ветер. Мы говорим «Дует ветер». Ветер — это явление природы, которое не зависит от воли человека.
Сейчас мы проведем опыт, по средствам которого постараемся доказать, что теплый воздух действительно поднимается вверх, а холодный занимает его место.
(Демонстрация опыта. Учащиеся размещаются вокруг стола, на котором проводится демонстрация опыта.)
Зажжем свечу. Чувствуете, как воздух сразу нагрелся вокруг пламени? А в какую сторону идет теплый воздух? Правильно. Теплый воздух идет вверх. Убедимся в этом. Подержим над пламенем бумажную кисточку. Посмотрите, бумажные полоски поднимаются вверх. А ведь мы не создаем движения воздуха специально. Так какой же вывод мы сделаем из увиденного?
(учащиеся рассказывают, что они увидели и объясняют, что это означает)
Молодцы! Вы сделали правильный вывод: теплый воздух поднимается вверх, потому что он слал легче холодного воздуха.
Садитесь на место и запишите в тетрадь все, что мы с вами делали.
(учащиеся оформляют в тетрадях ход лабораторной работы, завершая запись выводом)
А теперь мы проведем еще один опыт и посмотрим, действительно ли воздух движется.
Зажжем свечу и поднесем ее к приоткрытой двери. Сначала опустим свечу к полу. Что мы видим?
(учащиеся говорят, что видят)
Пламя свечи отклоняется в сторону класса. Скажите, где температура воздуха выше: в классе или в коридоре? В классе. Почему пламя свечи отклонилось в сторону класса? (учащиеся высказывают свои предположения). Правильно. Холодный воздух находится внизу и входит в класс в нижней части двери.
А теперь поднимем свечу к верху двери. Что мы видим?
(учащиеся говорят, что видят)
Пламя свечи отклоняется в сторону коридора. Почему? (учащиеся высказывают свои предположения). Правильно. Теплый воздух находится вверху и выходит из класса через верхнюю часть приоткрытой двери.
А теперь попробуем найти границу теплого и холодного воздуха. Она находится в средней части дверного проема. И движения воздуха здесь не наблюдается.
Так какой же вывод мы сделаем из увиденного?
(учащиеся рассказывают, что они увидели и объясняют, что это означает)
Садитесь на место и запишите в тетрадь все, что мы с вами делали.
(учащиеся оформляют в тетрадях ход лабораторной работы, завершая запись выводом)
А теперь подумайте и скажите, как мы можем использовать в быту это явление?
(учащиеся придумывают варианты)
Остановимся на том ответе, который можем проверить прямо сейчас. Мы откроем дверь и проветрим класс.
Молодцы! Вы хорошо справились с поставленной задачей.
Таким образом, мы доказали, что воздух перемещаясь, создает движение, то есть ветер.
Скажите, а всегда ли ветер дует одинаково?
(один из учащихся говорит, что ветер дует по-разному: бывает слабым или очень сильным).
Посмотрите на эти плакаты и скажите, с какой силой дует ветер на этих рисунках?
(учащиеся поочередно, дополняя друг друга, составляют рассказ по рисункам)
Конечно, ветер дует с разной силой. При слабом ветерке листики на деревьях почти не шевелятся. Но вот ветер усилился. Закачались не только листики, но и ветки. Теперь ветер стал очень сильным. Тоненькие деревца наклонились к земле. А бывает ветер, который имеет такую большую силу, что срывает крыши домов, переворачивает автомобили. Такой ветер называется ураган.
Физкультминутка.
А сейчас встаньте из-за парт и представьте, что вы — молодые деревца: ваши пальчики — это листочки, руки — ветки, а ствол — ваше туловище.
Подняли руки вверх. Пролетел легкий ветерок. Пальчики-листики закачались. А теперь подул ветер посильнее. Ветки начали раскачиваться из стороны в сторону все сильнее и сильнее. И вот налетел сильный ветер. Он дует так, что стволы начали сгибаться. Но мы все равно встает, а ветер вновь пригибает нас к земле. Но мы не поддались сильному ветру. Садитесь.
Вторым опытом мы доказали, что воздух лежит слоями. Мы даже нашли границу между слоев.
И эти слои воздуха никогда не стоят на месте. Теплый воздух поднимается вверх, медленно остывает, на его место приходит другой теплый слой. Слои воздуха перемещаются. Появляется движение воздуха.
Проведем еще один маленький опыт.
(учащиеся размещаются вокруг стола, на котором проводится демонстрация опыта.)
Включим вентилятор. Поставим его у двери на месте границы холодного и теплого воздуха. Что вы чувствуете? Воздух остался такой же температуры, как был или изменился?
(учащиеся пересказывают свои ощущения)
Правильно. Мы чувствуем движение воздуха, то есть чувствуем ветер, который перемещает слои воздуха. Такое перемещение воздуха называется циркуляцией. Слово «циркуляция» означает «круг». Это слово легко запомнить. Вспомните, арену в цирке. Она круглая. Артисты цирка, особенно животные, постоянно ходят по кругу. Также на уроке математики вы используете циркуль, которым чертите окружности. Цирк и циркуль также произошли от слова «циркуляция» - круг.
А теперь давайте попробуем выработать определение, что такое ветер.
(учащиеся делают предположения)
Молодцы! Ветер — это перемещение слоев воздуха. Вы правильно определили суть этого понятия.
Откройте страницу 72 и прочитайте выделенный текст. Что называется ветром?
(учащиеся по просьбе учителя поочередно читают текст в учебнике, а затем повторяют то, что запомнили)
Все молодцы! Теперь вы знаете, что такое ветер и как он возникает.
А теперь подумайте и скажите, нужен ли человеку ветер? Пользуется ли человек этим явлением природы?
(учащиеся рассказывают про паруса, про ветряные мельницы).
Конечно, вы правы. А еще люди строят ветряные электростанции. Ветер вращает специальные лопасти на таких станциях, и получается электричество.
5. Закрепление материала.
Скажите, о чем вы сегодня узнали на уроке?
(по просьбе учителя один из учеников рассказывает, о чем сегодня он узнал на уроке)
Да, сегодня мы узнали, из-за чего происходит движение воздуха, что такое ветер: с какой силой он дует, и как люди используют ветер.
Есть ли у вас вопросы?
6. Оценка знаний учащихся.
7. Домашнее задание.
Прочитать и пересказать текст на стр. 70-73. Ответить на вопросы в конце текста. Придумать загадки про ветер.
Спасибо за внимание. Урок окончен.
Используемый учебник: Королева Н.В. Естествознание. Неживая природа. 6 кл.: учебник для спец. (коррекционных) образоват.учреждений VIII вида /Н.В.Королева, Е.В.Макаревич. - М.:Гуманитар.изд.центр ВЛАДОС, 2005. — 175 с.: ил. - (Специальная (коррекционная) школа VIII вида.
Ключ Вопросы 1.Что происходит, когда воздух нагревается или охлаждается? Нагрев земли, который, в свою очередь, нагревает атмосферу, отвечает за движения и движения воздуха в Атмосфера. Чем быстрее движутся молекулы, тем горячее воздух. Как молекулы нагреваются и движутся быстрее, они расходятся. Так воздух, как большинство других веществ расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении. Поскольку между молекулами больше пространства, воздух меньше плотный чем окружающее вещество и горячий воздух плывет вверх.Это концепция, использованная в воздушных шарах. Воздух нагревается горелка, и расширяющийся воздух становится менее плотным, в результате чего воздушный шар подняться через более плотный и прохладный окружающий воздух. |
Повышение температуры … и падение — эффект стека, движение воздуха и тепловой поток
Повышение температуры. Все это знают, правда? Абсолютно верно.Жара действительно поднимается. Проблема в том, что иногда люди говорят это так, будто поток тепла вызван его желанием подняться. Это не. Тепло может двигаться вверх, вниз или в сторону, в зависимости от ситуации. Законы термодинамики говорят нам, что тепло перемещается из областей с более высокой температурой в области с более низкой температурой. Поместите горелку на верхушку стального столба, и тепло будет распространяться вниз за счет теплопроводности. Итак, разница температур на самом деле заставляет тепло двигаться в любом заданном направлении.
Жара поднимается.Все это знают, правда? Абсолютно верно. Жара действительно поднимается. Проблема в том, что иногда люди говорят это так, будто поток тепла вызван его желанием подняться. Это не. Тепло может двигаться вверх, вниз или в сторону, в зависимости от ситуации. Законы термодинамики говорят нам, что тепло перемещается из областей с более высокой температурой в области с более низкой температурой. Поместите горелку на верхушку стального столба, и тепло будет распространяться вниз за счет теплопроводности. Итак, разница температур на самом деле заставляет тепло двигаться в любом заданном направлении.
Когда вы имеете дело с жидкостями, вы также должны учитывать плотность и плавучесть. Воздух — это жидкость, в которой мы живем, и в это время года мы тратим много денег, накачивая его теплом в наших домах и на работе. Когда мы нагреваем воздух, молекулы быстрее движутся и перемещаются, что заставляет их распространяться. Когда масса воздуха занимает больше места, она имеет меньшую плотность. Когда у вас есть жидкость с более низкой плотностью, погруженная в жидкость с более высокой плотностью, жидкость с более низкой плотностью поднимается, а жидкость с более высокой плотностью падает.
Представьте себе пузырьки воздуха в воде, как показано на фотографии выше. Представьте гелиевый шар. Представьте себе воздушный шар. Теперь представьте себе объект с более высокой плотностью, погруженный в жидкость. Поднимите наковальню Хитрого Койота в воздух над его головой, и он превратится в блин.
Дело здесь в том, что в строительной науке о движении воздуха легко запутаться в тепле. Теплый воздух поднимается вверх, когда он окружен холодным из-за его меньшей плотности. Да, это из-за тепла, но плотность — главный фактор, вызывающий здесь движение.Название этого явления — стековый эффект . Два фактора влияют на то, насколько эффект стека испытывает здание:
- Разница температур внутри и снаружи (поскольку плотность зависит от температуры)
- Высота здания
Проблема с эффектом стека в зданиях заключается в том, что здания не являются вакуумными камерами. Они протекают. Очевидно, что дом не начнет парить в воздухе, как воздушный шар (хотя я с большой нежностью вспоминаю фильмы Диснея из моего детства, в которых были показаны такие волшебные события).Но воздух с низкой плотностью внутри дома будет подниматься и выходить в холодный и плотный зимний воздух, если ему представится такая возможность.
Попробуйте этот эксперимент, если вы мне не верите. В холодный день, когда в вашем доме тепло, открывайте откидную лестницу или водосточную яму на чердак. Заберитесь на чердак и прижмите лицо к дыре. Вы почувствуете, как эффект стека выталкивает на чердак много теплого воздуха.
Итак, зимой теплый воздух с низкой плотностью внутри вашего дома хочет подняться… если может. Если в вашем доме нет протечек, теплый воздух не сможет выйти и сделать свое дело.В ограждающей конструкции здания по-прежнему сохраняется перепад давления, но это нормально, если воздушный барьер в порядке. Положительное давление внутри дома, деваться некуда, потому что нет тропинок.
На самом деле происходит утечка в домах. Ваш приятный теплый воздух может просачиваться наружу (эксфильтрация), а холодный воздух просачиваться внутрь (инфильтрация). Из-за своей более низкой плотности теплый воздух будет выходить через верхнюю часть дома, если там есть утечки. Однако, когда вытекает кубический фут, он должен быть восполнен за счет утечки кубического фута.Когда теплый воздух выходит сверху, холодный воздух просачивается снизу. Чем герметичнее ваш дом, тем большую разницу температур вы заметите между верхом и низом помещения.
Все это происходит потому, что теплый воздух внутри вашего дома зимой менее плотный, чем холодный воздух снаружи. Летом внутри вашего дома густой воздух, потому что там температура ниже, особенно если вы кондиционируете свой дом. Это означает, что протечки в вашем доме приносят теплый воздух сверху и позволяют холодному воздуху выходить снизу.
Ах, теплый воздух падает! Радиаторы. Это старое выражение «жар поднимается», в конце концов, не является основной истиной. Как и в случае со многими аспектами строительной науки, вы должны смотреть на полный контекст, чтобы понять, что происходит.
Дополнительная статья
Кто знал, что эффект стека может быть настолько спорным?
Статьи по теме
Что такое давление? — Понимание утечки воздуха
Крысы вам, Даниэль Бернулли! — Понимание атмосферного давления (с крутым видео!)
Проникновение происходит на поверхности, а не в объеме
Это отверстие — понимание того, что такое дверца воздуходувки для
Строительная наука 101
Фотография водяных пузырей Кристиана Хаугена с сайта flickr.com, используется по лицензии Creative Commons.
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 CDM определяет конвекционные потоки как подъем и опускание холодного воздуха в помещении.орг.
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 в области атмосферных исследований 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.
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 гораздо 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 плитой. Я собираюсь заявить, что его форма примерно цилиндрическая. Это легко доказать на ранней стадии, когда весь горячий воздух сконцентрирован в форме диска чуть выше горячей плиты. 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 (низкой плотности) 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 горячей плиты, горячий воздух больше не пытается подняться, но остается холодный воздух, пытающийся 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, проникающий вдоль горячей пластины 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 у нас такая же ситуация, как 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.
У горячего воздуха высокое давление, а у сжатого воздуха высокое давление?
Ответ — ни один из вышеперечисленных. У вас может быть теплый воздух с более низким, более высоким или равным давлению с холодным воздухом.Однако, если вы хотите сосредоточиться на отдельном объекте воздуха (таком как воздух в комнате или воздух в воздушном шаре), мы можем поговорить о том, как изменения влияют на давление.
Ключевое уравнение, как I.E.P. упомянул в комментариях, это $ PV = nRT $, где:
- P — давление газа
- В — объем газа
- n — количество молей газа
- R — постоянная идеального газа
- T — температура (в кельвинах)
Итак, из этого уравнения мы можем видеть, что если вы возьмете фиксированное количество газа (n не меняется) и увеличите его температуру, нагревая его, давление или объем (или оба) должны измениться.Если вы сделаете это нагревание в закрытой камере, давление увеличится. Это может привести вас к мысли, что теплый воздух — это высокое давление, но это не совсем верное утверждение. Верно то, что если вы нагреете воздух в замкнутом пространстве, вы увеличите его давление. С другой стороны, если нагреть воздух в открытом контейнере без крышки, давление вообще не увеличится: объем увеличится.
То, что воздух сжимается, не делает его автоматически «горячим». Это просто означает, что в нем высокое давление.Если у вас есть опыт работы с компрессорами, это может быть не интуитивно понятно, потому что на практике вы обнаружите, что компрессоры довольно сильно нагревают воздух (особенно если вы наполняете воздушные баллоны для дайверов!). Однако на самом деле это проблема неэффективности. Поршневые компрессоры забирают начальный объем воздуха и очень быстро сжимают его до небольшого объема. Это приведет либо к повышению давления, либо к температуре, либо к тому и другому вместе. На практике повышается и то, и другое. Это нежелательно — тратятся деньги на выработку всего этого тепла.
Наконец, что касается вашей модели столкновений, если у вас есть горячий и холодный газ при одинаковом давлении, вы обнаружите, что у горячего газа будет меньше столкновений, но они будут более энергичными (более высокая скорость). У холодного газа будет больше столкновений, но у них будет меньше энергии. Это два разных подхода к оказанию одинакового давления.
Воздушное движение | Науки о Земле
Задачи урока
- Список свойств воздушных потоков в конвекционной ячейке.
- Опишите, как ячейки высокого и низкого давления создают местные ветры, и объясните, как образуются несколько типов местных ветров.
- Обсудите, как глобальные конвективные ячейки приводят к глобальным ветровым поясам.
Словарь
- адвекция
- Ветры Чавычи (Ветры Фона)
- haboob
- зона высокого давления
- струйный поток
- стоковые ветры
- Сухой ветер
- зона низкого давления
- сезон дождей
- горный бриз
- полярный фронт
- эффект дождя
- Ветры Санта-Ана
- морской бриз
- долинный бриз
Введение
Несколько основных принципов имеют большое значение для объяснения того, как и почему движется воздух: Поднимающийся теплый воздух создает зону низкого давления на земле.Воздух из окружающей среды засасывается в пространство, оставленное поднимающимся воздухом. Воздух течет горизонтально в верхней части тропосферы; горизонтальный поток называется адвекцией . Воздух остывает, пока не сойдет. Там, где он достигает земли, он создает зону высокого давления . Воздух, движущийся из областей с высоким давлением в области с низким давлением, создает ветры. Теплый воздух может содержать больше влаги, чем холодный. Воздух, движущийся в основании трех основных конвективных ячеек в каждом полушарии к северу и югу от экватора, создает глобальные ветровые пояса.
Давление воздуха и ветер
Внутри тропосферы находятся конвекционные ячейки ( Рис. ниже).
Теплый воздух поднимается вверх, создавая зону низкого давления; прохладный воздух опускается, создавая зону повышенного давления.
Воздух, который движется горизонтально между зонами высокого и низкого давления, порождает ветер. Чем больше разница давлений между зонами давления, тем быстрее движется ветер.
Конвекция в атмосфере определяет погоду на планете.Когда теплый воздух поднимается и охлаждается в зоне низкого давления, он может не удерживать всю воду, содержащуюся в нем, в виде пара. Некоторое количество водяного пара может конденсироваться с образованием облаков или осадков. Когда спускается прохладный воздух, он согревается. Так как в этом случае он может удерживать больше влаги, нисходящий воздух будет испарять воду с земли.
Воздух, перемещающийся между крупными системами высокого и низкого давления, создает глобальные ветровые пояса, которые сильно влияют на региональный климат. Системы меньшего давления создают локальные ветры, влияющие на погоду и климат местности.
Онлайн-справочник по атмосферному давлению и ветрам от Университета Иллинойса находится здесь: http://ww2010.atmos.uiuc.edu/%28Gh%29/guides/mtr/fw/home.rxml.
Местные ветры
Местные ветры возникают в результате движения воздуха между небольшими системами низкого и высокого давления. Ячейки высокого и низкого давления создаются в различных условиях. Некоторые местные ветры имеют очень важное влияние на погоду и климат некоторых регионов.
Сухой и морской бриз
Поскольку вода имеет очень высокую удельную теплоемкость, она хорошо поддерживает свою температуру.Так вода нагревается и остывает медленнее, чем земля. Если существует большая разница температур между поверхностью моря (или большого озера) и сушей рядом с ним, образуются области высокого и низкого давления. Это создает местные ветры.
- Морские бризы дуют с более прохладного океана над более теплой сушей летом ( Рисунок ниже). Где зона высокого давления, а где зона низкого давления? Морской бриз дует со скоростью от 10 до 20 км (от 6 до 12 миль) в час и понижает температуру воздуха на 5–10 ° C (от 9 до 18 ° F).
- Дует ветер с суши зимой с суши в море. Где зона высокого давления, а где зона низкого давления? Некоторое количество более теплого воздуха из океана поднимается, а затем опускается на сушу, в результате чего температура над сушей становится теплее.
Как морской и наземный бриз смягчают прибрежный климат?
Морские бризы и суша создают приятный климат, которым славится Южная Калифорния. Воздействие сухого и морского бриза ощущается только на расстоянии от 50 до 100 км (от 30 до 60 миль) вглубь суши.Этот же эффект охлаждения и потепления проявляется в меньшей степени днем и ночью, потому что суша нагревается и охлаждается быстрее, чем океан.
Ветры муссонов
Муссон ветры — это более крупномасштабные версии сухопутных и морских бризов; они дуют с моря на сушу летом и с суши на море зимой. Муссонные ветры возникают там, где очень жаркие летние районы находятся рядом с морем. Грозы обычны во время муссонов ( Рисунок ниже).
На юго-западе Соединенных Штатов относительно прохладный влажный воздух, всасываемый из Мексиканского и Калифорнийского заливов, встречается с воздухом, нагретым палящими температурами пустыни.
Самый важный муссон в мире происходит каждый год над Индийским субконтинентом. Более двух миллиардов жителей Индии и Юго-Восточной Азии зависят от муссонных дождей как источника питьевой и поливной воды. Во времена парусных судов сезонные изменения муссонных ветров перевозили товары туда и обратно между Индией и Африкой.
Горные и долинные бризы
Разница температур между горами и долинами создает горный и долинный бриз.Днем воздух на горных склонах нагревается больше, чем воздух на той же высоте над прилегающей долиной. В течение дня теплый воздух поднимается вверх и втягивает прохладный воздух из долины, создавая долинный бриз . Ночью горные склоны остывают быстрее, чем близлежащая долина, из-за чего горный бриз спускается вниз.
Катабатические ветры
Катабатические ветры движутся вверх и вниз по склонам, но они сильнее горных и долинных бризов.Катабатические ветры образуются над возвышенностями, такими как высокое плато. Плато обычно почти со всех сторон окружено горами. Зимой плато остывает. Воздух над плато остывает и опускается вниз с плато через пропасти в горах. Скорость ветра зависит от разницы в давлении воздуха над плато и над окрестностями. Катабатические ветры образуются над многими континентальными районами. Чрезвычайно холодные стоковые ветры дуют над Антарктидой и Гренландией.
Чавычи Виндс (Foehn Winds)
Ветры Чавычи (или Ветры Фоэна ) возникают, когда воздух нагнетается над горным хребтом.Это происходит, например, когда западные ветры приносят воздух из Тихого океана над горами Сьерра-Невада в Калифорнии. Когда относительно теплый влажный воздух поднимается над наветренной стороной гор, он охлаждается и сжимается. Если воздух влажный, могут образовываться облака и выпадать дождь или снег. Когда воздух опускается с подветренной стороны гор, он образует зону высокого давления. Наветренная сторона горного хребта — это сторона, которая принимает ветер; подветренная сторона — это сторона, где воздух опускается.
Нисходящий воздух согревает и создает сильный сухой ветер. Ветер чавычи может повысить температуру более чем на 20 ° C (36 ° F) за час и быстро снизить влажность. Снег на подветренной стороне горы исчезает, быстро тает. Если осадки выпадают по мере того, как воздух поднимается над горами, воздух будет сухим, поскольку он опускается с подветренной стороны. Этот сухой, тонущий воздух вызывает эффект дождя (, рис. ниже), который создает многие пустыни мира.
Когда воздух поднимается над горой, он охлаждается и теряет влагу, а затем нагревается за счет сжатия с подветренной стороны.В результате тёплый и сухой ветер — это ветер Чавук. С подветренной стороны горы ощущается эффект дождя.
Санта-Ана Виндс
Ветры Санта-Ана возникают поздней осенью и зимой, когда Большой бассейн к востоку от Сьерра-Невады охлаждается, создавая зону высокого давления. Сила высокого давления идет вниз по часовой стрелке (из-за Кориолиса). Давление воздуха повышается, поэтому температура повышается, а влажность падает. Ветры дуют через юго-западные пустыни, а затем мчатся вниз и на запад к океану.Воздух проходит через каньоны, прорезающие горы Сан-Габриэль и Сан-Бернардино ( Рис. ниже).
Ветры особенно сильны в каньоне Санта-Ана, в честь которого они названы. Ветры Санта-Ана дуют пыль и дым на запад над Тихим океаном из Южной Калифорнии.
Ветры Санта-Ана часто прибывают в конце долгого летнего засушливого сезона в Калифорнии. Горячий сухой ветер еще больше сушит пейзаж. Если начинается пожар, он может быстро распространиться, вызывая крупномасштабные разрушения (, рис. ниже).
В октябре 2007 года ветры Санта-Аны спровоцировали множество пожаров, которые вместе сожгли 426 000 акров дикой земли и более 1 500 домов в Южной Калифорнии.
Ветры пустыни
Высокие летние температуры в пустыне создают сильные ветры, которые часто ассоциируются с муссонными штормами. Ветры пустыни собирают пыль, потому что там не так много растительности, которая удерживала бы грязь и песок. ( Рисунок ниже). haboob образуется в нисходящих потоках перед грозой.
Хабуб в столичном районе Финикса, штат Аризона.
Пыльные дьяволы, также называемые вихрями, образуются, когда земля становится настолько горячей, что воздух над ней нагревается и поднимается. Воздух поступает в низкое давление и начинает вращаться. Пыльные черти маленькие и недолговечные, но они могут причинить вред.
Циркуляция атмосферы
Поскольку на экватор попадает больше солнечной энергии, воздух нагревается и образует зону низкого давления. В верхней части тропосферы половина движется к Северному полюсу, а половина — к Южному полюсу.По мере того как он движется по верхней части тропосферы, он охлаждается. Холодный воздух плотный и, достигнув зоны высокого давления, опускается на землю. Воздух засасывается обратно к низкому давлению на экваторе. Это описывает конвективные ячейки к северу и югу от экватора.
Если бы Земля не вращалась, была бы одна конвекционная ячейка в северном полушарии и одна в южном, с восходящим воздухом на экваторе и опускающимся воздухом на каждом полюсе. Но поскольку планета вращается, ситуация усложняется.Вращение планеты означает, что необходимо учитывать эффект Кориолиса. Эффект Кориолиса был описан в главе «Океаны Земли».
Давайте посмотрим на атмосферную циркуляцию в северном полушарии как результат эффекта Кориолиса (, рис. ниже). Воздух поднимается на экваторе, но по мере движения к полюсу в верхней части тропосферы отклоняется вправо. (Помните, что он просто кажется отклоняется вправо, потому что земля под ним движется.) Примерно на 30 ° северной широты воздух с экватора встречает воздух, текущий к экватору с более высоких широт.Этот воздух прохладный, потому что он пришел из более высоких широт. Обе порции воздуха спускаются, создавая зону высокого давления. Оказавшись на земле, воздух возвращается к экватору. Эта конвекционная ячейка называется ячейкой Хэдли и находится между 0 ° и 30 ° северной широты.
Ячейки атмосферной циркуляции, показывающие направление ветра у поверхности Земли.
В Северном полушарии есть еще две конвективные ячейки. Ячейка Феррелла находится между 30 ° и 50–60 ° северной широты. Эта ячейка делит свою южную, нисходящую сторону с ячейкой Хэдли на юге.Его северный восходящий край разделяет полярную ячейку, расположенную между 50 ° и 60 ° северной широты и Северный полюс, куда спускается холодный воздух.
В Южном полушарии есть три ячейки циркуляции зеркальных изображений. В этом полушарии эффект Кориолиса заставляет объекты отклоняться влево.
Ветряные ремни Global
Глобальные ветры дуют поясами, опоясывающими планету. Глобальные ветровые пояса огромны, а ветры относительно устойчивы ( Рисунок ниже). Эти ветры являются результатом движения воздуха в нижней части основных ячеек атмосферной циркуляции, где воздух движется горизонтально от высокого к низкому давлению.
Основные ветровые пояса и направления, в которых они дуют.
Ветряные ремни Global
Давайте посмотрим на глобальные ветровые пояса в Северном полушарии.
- В камере Хэдли воздух должен двигаться с севера на юг, но Кориолис отклоняет его вправо. Итак, воздух дует с северо-востока на юго-запад. Этот пояс — пассат, названный так потому, что во времена парусных судов они были хороши для торговли.
- В камере Феррела воздух должен двигаться с юга на север, но на самом деле ветры дуют с юго-запада.Это пояс западных ветров или западных ветров. Как вы думаете, почему перелет через Соединенные Штаты из Сан-Франциско в Нью-Йорк занимает меньше времени, чем обратный рейс?
- В полярной ячейке ветры дуют с северо-востока и называются полярными восточными.
Ветровые пояса названы в честь направлений, с которых дуют ветры. Например, западные ветры дуют с запада на восток. Эти названия относятся и к ветрам в ветровых поясах Южного полушария.
В этой видеолекции обсуждается трехэлементная модель атмосферной циркуляции и возникающие в результате глобальные ветровые пояса и приземные ветровые течения (5a) : http://www.youtube.com/watch?v=HWFDKdxK75E (8:45).
Глобальные ветры и осадки
Помимо их влияния на глобальные ветровые пояса, области высокого и низкого давления, создаваемые шестью ячейками атмосферной циркуляции, в целом определяют количество осадков, которые получает регион.В регионах с низким давлением, где воздух поднимается, часто идут дожди. В областях с высоким давлением опускающийся воздух вызывает испарение, и эта область обычно сухая. Более конкретные климатические эффекты будут описаны в главе о климате.
Полярные фронты и реактивные течения
Полярный фронт — это стык между ячейками Феррелла и полярными ячейками. В этой зоне низкого давления относительно теплый влажный воздух ячейки Феррелла сталкивается с относительно холодным и сухим воздухом полярной ячейки. Погода там, где встречаются эти двое, чрезвычайно изменчива, что типично для большей части Северной Америки и Европы.
Полярная струйная струя находится высоко в атмосфере, где встречаются две ячейки. Реактивный поток — это быстро текущая воздушная река на границе между тропосферой и стратосферой. Струйные потоки образуются там, где существует большая разница температур между двумя воздушными массами. Это объясняет, почему полярная струя является самой мощной в мире (, рис. ниже).
Поперечное сечение атмосферы с основными циркуляционными ячейками и струйными потоками.Полярное струйное течение — место чрезвычайно бурной погоды.
Реактивные потоки движутся сезонно точно так же, как угол Солнца в небе движется на север и юг. Полярное струйное течение, известное как «струйное течение», движется на юг зимой и на север летом между 30 ° и 50-75 ° северной широты.
Краткое содержание урока
- Ветры дуют из зон высокого давления в зоны низкого давления. Зоны давления создаются, когда воздух у земли становится теплее или холоднее, чем воздух поблизости.
- Местные ветры могут быть в горной долине или у побережья.
- Глобальные ветры представляют собой долгосрочные устойчивые ветры, которые преобладают на большей части планеты.
- Расположение глобальных ветровых поясов оказывает большое влияние на погоду и климат местности.
Контрольные вопросы
- Изобразите конвекционную ячейку в атмосфере. Обозначьте зоны низкого и высокого давления и места, где дует ветер.
- При каких обстоятельствах ветер будет очень сильным?
- С учетом того, что вы знаете о конвекционных ячейках глобального масштаба, куда бы вы отправились, если бы хотели испытать теплый обильный дождь?
- Опишите атмосферную циркуляцию в двух местах, где вы, вероятно, найдете пустыни, и объясните, почему эти регионы относительно теплые и сухие.
- Как можно уменьшить масштабы индийских муссонов? Как повлияет сокращение этих важных муссонов на эту часть мира?
- Почему имя «Снежный пожиратель» является подходящим описанием ветров чавычи?
- Почему из-за эффекта Кориолиса в Северном полушарии кажется, что воздух движется по часовой стрелке? Когда эффект Кориолиса вызывает движение воздуха против часовой стрелки?
- Моряки когда-то называли часть океана депрессивной. Это регион, где часто нет ветра, поэтому на судах может быть штиль на несколько дней или даже недель.Как вы думаете, где может быть депрессия относительно ячеек атмосферной циркуляции?
- Представьте, что струйный поток расположен южнее, чем обычно летом. Какая погода по сравнению с обычным летом в регионах к северу от струйного течения?
- Дайте общее описание того, как образуются ветры.
Дополнительная литература / дополнительные ссылки
пунктов для рассмотрения
- Как местные ветры влияют на погоду в районе?
- Как глобальные ветровые пояса влияют на климат в районе?
- Каковы основные принципы, регулирующие циркуляцию атмосферы?
Что вызывает повышение температуры? | Научные вопросы с удивительными ответами
Категория: Физика Опубликовано: 10 июля 2014 г.
Public Domain Image, источник: Кристофер С.Бэрд.
Тепло не поднимается, горячий воздух поднимается (обычно). Тепло может распространяться во всех направлениях. Существует три основных способа переноса тепла:
- Излучение : Электромагнитные волны всех длин, включая свет, переносят энергию. Когда электромагнитные волны ударяются о объект, они частично поглощаются, а энергия, которую переносят волны, преобразуется в объекте в тепло. Кроме того, горячие предметы излучают электромагнитные волны («тепловое излучение»), которые уносят энергию и могут нагревать другие предметы, на которые они попадают.В широком смысле вы можете думать об электромагнитных волнах как о передаче тепла от одного объекта к другому. Хотя, строго говоря, когда волны движутся, они переносят только энергию электромагнитного поля, а не тепло. Тепло выделяется, когда волны поглощаются веществом.
- Проводимость : Когда один горячий объект находится в прямом контакте с другим объектом, тепло может передаваться напрямую от одного объекта к другому через соприкасающиеся поверхности.
- Конвекция .Когда жидкость, такая как воздух или вода, соприкасается с горячим объектом, она может нагреваться, а затем перемещаться в объеме как жидкость, тем самым быстро перенося тепло в новые места. Подъем горячего воздуха — типичный пример тепловой конвекции. По этой причине термины «тепло» и «горячий воздух» часто путают друг с другом.
Тепловое излучение имеет тенденцию распространяться во всех направлениях, а не только вверх. Когда вы стоите в нескольких шагах от большого костра, большая часть получаемого тепла доставляется вам посредством теплового излучения.Хотя горячий воздух костра движется в основном вверх, тепловое излучение без проблем выходит боком и поражает вас. Тепловое излучение костра распространяется во всех направлениях, так что вы можете чувствовать, как оно нагревает вас, независимо от того, где вы стоите (пока вы находитесь достаточно близко). Нагревание солнечным светом — еще один пример теплового излучения. Солнечный свет без проблем распространяется во всех направлениях в космосе и спускается через земную атмосферу, чтобы поразить вас.
Тепло, передаваемое за счет теплопроводности, также может распространяться во всех направлениях. Кондуктивное тепло имеет тенденцию перемещаться больше всего в том направлении, где существует самый большой градиент температуры, и в направлении, где материал имеет самую высокую теплопроводность. Другими словами, проводимое тепло наиболее сильно распространяется в самые холодные регионы по путям, где тепло встречает наименьшее сопротивление. Если вы положите длинный металлический стержень по диагонали так, чтобы его верхний конец находился в пламени, а его нижний конец был на земле, тепло от пламени без проблем будет перемещаться вниз по стержню к нижнему концу посредством теплопроводности.
Тепло, передаваемое за счет конвекции, также может перемещаться во всех направлениях, но имеет тенденцию перемещаться в основном в стороны и вверх, если в жидкости могут образовываться потоки естественной конвекции. Жидкости, такие как воздух и вода, обычно становятся менее плотными при нагревании, заставляя их толкаться в стороны и вверх более холодной и более плотной жидкостью вокруг них, которая сильнее притягивается вниз под действием силы тяжести. Но так бывает не всегда. Когда вода остается ниже 4 ° по Цельсию, она становится более плотной при нагревании.Это означает, что в холодном зимнем водоеме более теплая вода опускается на дно. Таким образом, даже для чего-то столь же простого, как вода, тепло, передаваемое в результате конвекции, не всегда распространяется вверх.
Кроме того, конвекция может быть вызвана не только силой тяжести. Во вращающейся системе отсчета, такой как центрифуга или поворотный стол, центробежная сила может стать доминирующей силой. В этом случае менее плотные жидкости (обычно более теплые) будут конвектироваться к центру вращения под действием центробежной силы, а более плотные жидкости (обычно более холодные) будут конвектироваться от центра вращения. .Эта ситуация легко проверяется. Поместите зажженную свечу в открытую стеклянную банку (чтобы она не задула) и поместите их на вращающийся поднос. Когда поворотный стол поворачивается, вы увидите, что пламя свечи направлено к центру вращения, а не вверх. Другой пример: конвекция может быть вызвана вентиляторами и насосами. Горячий воздух без проблем спускается вниз, если в этом направлении дует вентилятор.
Таким образом, тепло может распространяться во всех направлениях. Направление распространения тепла сильно зависит от ситуации.Более того, даже горячий воздух может распространяться во всех направлениях, а не только вверх. Горячий воздух поднимается вверх только тогда, когда сила тяжести является преобладающей.
Темы: проводимость, конвекция, электромагнетизм, энергия, тепло, горячий воздух, свет, излучение, тепловое излучение, термодинамика
.