空气的物理性质

给出了一些重要的数字地球大气层在表1.3。全球平均地表压力是1.013 x 105 Pa = 1013 h。(“百”帕斯卡现在大气压强的官方单位(1 h Pa = 102 Pa),尽管这个术语“毫巴(1 mbar = 1 h Pa)仍在普遍使用,也会用在这里。)

全球平均密度的空气kgm-3 1.235表面。在这平均密度我们需要7 - 8公里高的空气柱施加压力相当于1大气。

整个地区的重点(大气的最低50公里)平均自由程短的大气分子和分子碰撞如此频繁,大气可以被看作是一个连续流体在当地热力学平衡(LTE),所以在第二章“黑体”理念开发适用。(这些语句分解在足够高的高度,> 80公里,密度非常低。)

如果在LTE,大气中准确地遵循理想气体定律,1

p是压力,p,密度,T,绝对温度(以开尔文),Rg,通用气体常数

Rg = 8.3143 J K-1mol-1,干燥的空气的气体常数

R = R = 287 j kg-1K-1,

马和干燥的空气的平均分子量(见表1.2,最后一个条目)、马= 28.97 (mol-1 x10-3公斤)。

罗伯特·博伊尔(1627 - 1691)作出了重要贡献,物理和化学,最出名的是波义耳定律,描述理想气体。罗伯特胡克的帮助下,他在其他事情听起来并不是在真空中传播,证明火焰需要空气,空气的弹性性质的调查。

表1.3。一些大气数据。

大气质量马5.26 x 1018公斤

全球平均表面压力p 1.013 x 105 Pa

全球平均地表温度Ts 288 K

全球平均表面密度1.235 kgm-3 ps

表1.4。干燥的空气在STP的属性。

定压比热容比热定体积比热比密度在273 k, 1013 mbar粘度STP运动粘度在STP导热STP气体常数干燥的空气cp 1005 J公斤k - 1

Y 1.40

L 1.73 x的纯kgm-1 s - 1

p0 v = PL 1.34 x的纯m2的s - 1文件

K 2.40 x 10-2Wm-2K-1

从情商。1 - 1我们可以看到,只需要知道任何两个p, T, p指定的热力学状态完全干燥的空气。因此在STP, Eq。1 - 1产生密度p0 = 1.293 kgm-3,如表1.4中输入,在一些重要的物理参数列出了干燥的空气。

注意空气,不同于液体,可压缩(如果p T不变,增加增加页)和有一个相对较大的热膨胀系数(如果T增加恒定p, p降低)。我们将看到,这些性质有重要的影响。

空气是气体的混合物,理想气体定律可以应用于单个组件。因此如果pv和pd,分别,大量的水蒸气和每单位体积(即干燥的空气。,部分密度)的方程分压(即每个组件的压力施加在同一温度的混合物,如果单独占据的体积占混合物)是:

e是水蒸气的分压,pd的分压干燥的空气,房车是水蒸气的气体常数,Rd是干空气的气体常数。道尔顿分压定律,混合物的压力,p,是由:

在实践中,因为空气中的水蒸气的量很小(见表1.2),我们可以假设pd > > e和p ~ pd。

现在想象一下盒子里的空气温度T和假设的地板盒覆盖着水,见图1.4。在平衡时,蒸发率等于凝结,据说,空气和水蒸气饱和。如果我们看着盒子,我们会看到一个薄雾。2在这一点上,已经达到了

2这是真的有很多提供冷凝nuclei-tiny粒子以确保冷凝发生(见GFD实验室我)。

图1.4。盒子里的空气/水在温度t .平衡蒸发率等于凝结的速度。空气饱和水蒸气,蒸汽压力施加的,饱和蒸汽压。右边显示了组成的混合物干' d '和蒸汽V组件。

图1.4。盒子里的空气/水在温度t .平衡蒸发率等于凝结的速度。空气饱和水蒸气,蒸汽压力施加的,饱和蒸汽压。右边显示了组成的混合物干' d '和蒸汽V组件。

图1.5。饱和蒸汽压es (mbar)作为°C T的函数(坚实的曲线)。从华莱士&霍布斯(2006)。

饱和蒸汽压,es。事实上,发生饱和时的分压水超过饱和蒸气压。图1.5所示,es是一个函数的温度和增加迅速与一个好的近似T .典型大气温度,es (T)是由:

hPa = 6.11, p = 0.067°颈- 1是常数和T°C,一个简化的声明吗克劳修斯——克拉珀龙方程关系。饱和蒸汽压与温度呈指数增长,财产对地球的气候是非常重要。raybet雷竞技最新

从情商。1 - 4(参见图1.5)我们注意到es = 16.7 hpa在T = 15°C。从表1.2我们推断出房车J = Rg / mv = 461.39公斤k - 1所以,使用Eq。1 - 2,在饱和pv = 0.0126 kgm-3。这是水蒸气单位体积的最大数量,可以持有的气氛在这个温度。

es (T)曲线显示在图1.5中有以下非常重要的气候后果:

•大气的水分含量随高度迅速衰减,因为T随高度,从地球表面到10公里左右。在第三章中我们将看到,在表面平均温度大约15°C,但落在-50°C的高度10公里(见图3.1)。我们看到从图1.5 es - > 0在这个温度。因此最大气的水汽位于最低几公里。此外,它的水平分布非常inhomo-geneous,蒸汽在温暖的热带地区多在高纬度地区。在第二章将讨论,这是至关重要的转移辐射通过大气中。

•空气在热带地区往往是比空气更潮湿的波兰人,仅仅因为它比在温暖的热带地区极地纬度;参见5.3节。

•降水发生在潮湿的空气是通过对流冷却,使水浓度赶回饱和值在给定T;参见4.5节。

•在寒冷的时期地球的历史,20000年前,比如最后的冰河时代气氛可能比在温暖更干旱的时期。相反,温暖的气候会更潮湿;raybet雷竞技最新参见12.3节。

1.3.3。在绝热膨胀GFD实验室我:云的形成

饱和蒸汽压的敏感依赖性温度很容易通过酸瓶和温水涌入到几厘米,深度图1.6所示。我们离开几分钟允许空中温水成为饱和水蒸气。我们迅速减少瓶子里的压力吸酸瓶的顶部。你可以用你的肺吸空气,或者一个吸尘器。也许有人会认为,空气的绝热膨胀迅速将减少其温度,从而降低蒸汽的饱和蒸汽压足够将凝结形成水滴,“云在罐子里。“失望的,这不会发生。

蒸汽凝结的过程需要凝结形成水滴

图1.6。温水倒进一个酸瓶的深度10厘米左右,如左边所示。我们离开几分钟,点燃火柴扔进提供凝结核。我们迅速减少瓶子里的压力吸吮。空气的绝热膨胀降低其温度,因此饱和蒸汽压,导致蒸汽consense并形成水滴,右边所示。

图1.6。温水倒进一个酸瓶的深度10厘米左右,如左边所示。我们离开几分钟,点燃火柴扔进提供凝结核。我们迅速减少瓶子里的压力吸吮。空气的绝热膨胀降低其温度,因此饱和蒸汽压,导致蒸汽consense并形成水滴,右边所示。

核,小颗粒的蒸汽冷凝。我们可以引入这类粒子的酸瓶滴在点燃火柴和重复实验。现在开始减压我们确实观察到密云形成再次消失当压力恢复正常,如1.6图(右)所示。

底部公里左右的大气中几乎都有丰富的凝结核,因为存在的硫酸盐气溶胶,灰尘,大火,浓烟和海洋盐。云由液体水滴或冰晶形成的水蒸气凝结到这些粒子不低于露点时,这是必须冷却空气的温度(在恒压和恒水蒸气内容)达到饱和。

一种常见的大气现象的例子在我们的瓶子是学习雾的形成由于换能器辐射冷却的浅,湿润层的空气在地表附近。清楚,平静的夜晚,由于辐射冷却露点温度,下降会导致雾的形成,如照片所示的清晨的薄雾在新英格兰湖(图1.7)。

图1.8中的音爆图是一个特别的敏感依赖的结果es T:就像在我们的瓶子,凝结的水是由快速扩张和随后adi-abatic冷却的空气包裹产生的冲击波引起的飞机穿过音障。

继续阅读:行星发射温度

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