Атмосферний тиск і щільність повітря

Тиск, температура і щільність - найважливіші характеристики будь-якого газу, в тому числі і повітря, що становить атмосферу

атмосферний тиск -Тиск, вироблене атмосферою на що знаходяться в ній предмети і на земну поверхню. Атмосферний тиск обумовлений тиском верхніх шарів повітря на нижні шари внаслідок тяжіння до Землі.

Атмосфера не має чіткої межі, щільність її змінюється з висотою. Тому розрахувати величину атмосферного тиску за формулою для обчислення тиску стовпа рідини не можна.

Атмосферний тиск вимірюють за допомогою ртутного барометра, в якому тиск стовпа ртуті врівноважується атмосферним тиском.

Атмосферний тиск виражають у грамах на см2 або в кілограмах на м2. На рівні моря тиск повітря становить близько 1 кг 33 г на 1 см2.

Атмосферний тиск зменшується зі збільшенням висоти підйому над Землею.

Це пояснюється тим, що зі збільшенням висоти товщина стискає шару атмосфери зменшується.

щільність повітря - маса газу атмосфери землі на одиницю об'єму або питома маса повітря при природних умовах. щільність повітря - це кількість повітря, що міститься в 1 м 3 об'єму. У фізиці існує поняття двох видів щільності - вагова (питома вага) і масова. У аеродинаміці найчастіше користуються масової щільністю. Вагова щільність (питома вага) повітря - це вага повітря в обсязі 1 м 3.

Встановлено, що 1 м 3 повітря при стандартних атмосферних умовах (барометричний тиск 760 мм рт. Ст. T = + 15 ° С) важить 1,225 кгс, отже, вагова щільність (питома вага) 1 м 3 об'єму повітря в цьому випадку дорівнює = 1,225 кгс / мg3.

Масова щільність повітря - це маса повітря в обсязі 1 м 3. Позначається грецької буквою р. Маса тіла - величина постійна. За одиницю маси прийнята маса гирі з ірідістой платини, що зберігається в Міжнародній палаті мір і ваг в Парижі. Величина щільності повітря є функцією від висоти вироблених вимірювань, від його температури і вологості. Зазвичай стандартною величиною вважається значення 1,225 кг/м3, яка відповідає щільності сухого повітря при 15 ° С на рівні моря.

Види води в атмосфері, показники вологості.

Вологість повітря характеризується кількома показниками:

а) абсолютна вологість ( «absolut» по-латині означає «повний») - це кількість водяної пари, що міститься в повітрі. Показник абсолютної вологості виражається або в 1 г / м 3. або в одиницях тиску повітря, які показують той тиск, який виробляв би пар, якби він один займав об'єм всього повітря, - так зване парціальний тиск.

б) відносна вологість показує відношення кількості водяної пари, що міститься в повітрі, до найбільшого його кількості, яке може міститися при даній температурі. Дані виражаються в процентах.

Залежно від вмісту водяної пари розрізняють насичений і ненасичений повітря. Повітря, який більше не може вмістити вологу, називається насиченим. З цього повітря при найменшому охолодженні випадають атмосферні опади у вигляді роси або туманів. Це відбувається тому, що вода при охолодженні переходить з газоподібного стану (водяна пара) в рідке - процес отримав назву конденсація (від латинського «згущення»). Температура, при якій водяна пара насичує повітря і починається конденсація, називається точкою роси.

Повітря, що знаходиться над сухою і теплою поверхнею, зазвичай містить водяної пари менше, ніж міг би містити при даній температурі. Таке повітря називається ненасиченим. При його охолодженні не завжди виділяються атмосферні опади.

Розрахунок вологості повітря має велике значення не тільки для визначення погоди, але і для проведення технічних заходів, при зберіганні книг і музейних картин, лікуванні багатьох хвороб, зрошенні полів.

Повітряні маси і фронти

Нижній шар атмосфери, стикаючись з різноманітною поверхнею, набуває від неї деякі властивості. Над розігрітій поверхнею формуються теплі маси, над охолодженої - холодні. Крім того, в нижній шар постійно надходить ту чи іншу кількість водяної пари. Чим довше повітряна маса знаходиться над поверхнею, з якої випаровується волога, тим вона вологіше. Повітряна маса - це величезний рухомий об'єм повітря з певними фізичними властивостями: температурою, щільністю, вологістю і прозорістю. Залежно від того, де маси повітря формуються, їх підрозділяють на арктичні, помірні, тропічні й екваторіальні.

Над крижаними просторами Арктики формується арктична маса - холодна, суха, має більшу прозорість і щільність.

В помірні широти надходять арктичні і тропічні маси повітря. З них формуються помірні повітряні маси (помірний повітря). Якщо формування цих мас відбувається над океаном, то їх називають морськими. Морська повітряна маса, тепла взимку і прохолодна влітку, відрізняється великою вологістю.

У субтропічних і тропічних широтах (в умовах підвищеного атмосферного тиску, великого надходження сонячної радіації) виникають тропічні маси повітря. В основному вони з малою відносною вологістю, щільні, з високою температурою. Якщо вони виникають над океанами, їх називають морськими, а над материками - континентальним і. Континентальна маса відрізняється від морської меншою відносною вологістю, більш високими температурами і сильною запиленістю.

В екваторіальному поясі (в умовах зниженого атмосферного тиску і великої вологості) формується екваторіальна маса. Оскільки екваторіальний пояс на великих просторах покритий лісами, які випаровують вологу не менше, аніж океан, великої різниці між морської та континентальними масами в цих районах не виникає.

Росія розташована в помірному поясі, тому в західних районах переважають помірні морські маси, а в східних над більшою частиною території - континентальні.

Межі розділів повітряних мас, що утворилися над природними поясами, називають атмосферними фронтах і.

Між помірними і тропічними масами повітря проходить фронт помірних широт. Він також переміщається, на окремих ділянках материка «розмивається» з огляду на те, що помірне повітря за своїми фізичними властивостями мало чим відрізняється від тропічного. Тропічне повітря відділяється від екваторіального тропічним фронтом.

Головним фізичним властивістю повітряної маси є температура. Тому при спостереженнях насамперед помічають, яка надійшла маса повітря: тепла або холодна. Теплої масою називають таку, яка, вступивши в даний район, починає охолоджуватися. Холодної масою називають таку, яка, вступивши в даний район, починає прогріватися.

Існують три основні цикли атмосферних процесів, що беруть участь у формуванні погоди і що визначають клімат. Це так звані климатообразующие процеси - теплооборот, влагооборот і атмосферна циркуляція.

«Теплооборот» описує складні процеси отримання, передачі, перенесення і втрати тепла в системі «земля-атмосфера». Потік сонячної радіації, що йде від Сонця до Землі, частково відбивається повітрям, хмарами і домішками назад у світовий простір. Ця енергія безповоротно втрачається для Землі. Інша частина проходить крізь атмосферу. Атмосфера частково і в порівняно невеликому ступені поглинає сонячну радіацію, перетворюючи її в теплоту, частково розсіює її, змінюючи спектральний склад.

Пряма сонячна радіація, що пройшла крізь атмосферу, і розсіяна радіація, падаючи на земну поверхню, частково від неї відображаються, але в більшій частині поглинаються нею і нагре-вают верхні шари грунту і водойм. Земна поверхня сама випускає невидиму інфрачервону радіацію, яку в більшій частині поглинає атмосфера, і нагрівається. Атмосфера в свою чергу випромінює інфрачервону радіацію, більшу частину якої поглинає земна поверхня ..

Значна частина сонячного тепла, що надходить на земну поверхню, витрачається на випаровування води, тобто переходить в приховану форму. Потім, при конденсації водяної пари в атмосфері і, як правило, в районі, віддаленому від місця випаровування, це тепло, виділяючись, нагріває повітря.

Найважливішим процесом в теплооборот є горизонтальний перенос тепла повітряними течіями, спрямованими з одних місць землі в інші.

Між земною поверхнею і атмосферою відбувається постійний оборот води, або влагооборот. З поверхні океанів і морів, а також інших водойм, з вологого грунту і рослинності в атмосферу випаровується вода. На випаровування витрачається велика кількість тепла з грунту і верхніх шарів води. Водяна пара - вода в газоподібному стані - важлива складова частина атмосферного повітря.

При існуючих в атмосфері умовах водяна пара може відчувати і зворотне преоб-разование: він конденсується (згущується) і перетворюється в крапельки води або кристалики льоду, внаслідок чого виникають хмари і тумани. В процесі конденсації атмосфера отримує велику кількість прихованого тепла. З хмар при певних умовах випадають опади. Повертаються на земну поверхню опади у цілому врівноважують випаровування.

Кількість опадів, що випадають і їх розподіл за сезонами впливають на рослинний покрив і землеробство. Від розподілу і коливання кількості опадів залежать також умови стоку, режим річок, рівень озер та інші гідрологічні явища. Більша чи менша висота снігового покриву визначає промерзання грунту і режим багаторічної мерзлоти.

Нерівномірний розподіл тепла в атмосфері призводить до нерівномірного розподілу атмосферного тиску, від розподілу тиску залежить рух повітря, тобто повітряні течії.

Рух повітря відносно земної поверхні відчувається нами як вітер. Отже, причиною появи вітрів є нерівномірний розподіл тиску. Систему великомасштабних повітряних течій на Землі називають загальною циркуляцією атмосфери. Основними елементами загальної циркуляції атмосфери є циклони і антициклони, тобто хвилі і вихори розміром в декілька тисяч кілометрів, постійно виникають і руйнуються в атмосфері.

З повітряними течіями в системі загальної циркуляції атмосфери пов'язані основні изме-нения погоди: повітряні маси, переміщаючись з одних областей Землі в інші, приносять з собою властиві їм характеристики. Системи повітряних течій загальної циркуляції атмосфери, що визначають переважання тих чи інших повітряних мас в тому чи іншому районі, є також найважливішим чинником кліматообразованія.

Вітер викликає хвилювання водних поверхонь, багато океанічні течії, дрейф льодів; він є важливим фактором ерозії і рельефообразования.

клімат є однією з фізико-географічних характеристик місцевості, і, таким чином, він визначається насамперед географічним положенням останньої, тобто широтою, розподілом суші і моря, характером суші.
У формуванні клімату будь-якій місцевості велику роль відіграє її висота над рівнем моря, а клімату морських узбереж і острівних країн - течії в океані.

Поєднання климатообразующих чинників в різних географічних умовах створює різні типи клімату. Класифікацій клімату є багато. За класифікацією В. Кеппена по температурному режиму виділяють 6 класів клімату:

А. Тропічні - середньомісячні температури більше 17 ° С протягом усього року.

Б. Субтропічні - середньомісячні температури більше 9 ° С протягом 8-12 місяців.

В. Помірні - середньомісячні температури більше 9 ° С протягом 4-7 місяців.

Г. Субарктичні - середньомісячні температури більше 9 ° С протягом 1-3 місяців.

Д. Полярні - середньомісячні температури ні в одному місяці не перевищують 9 ° С.

Е. Сухі - випаровування перевищує опади.

Розрізняють клімат холодний, помірний і жаркий - по режиму температури, крім того, кожну з трьох основних різновидів клімату можна в залежності від режиму опадів і вологості додатково характеризувати як морської (вологий, з рівним ходом температури) або континентальний (сухий, з різкими коливаннями температури ).
Це спрощена, приблизна класифікація земних кліматів, що не включає багато важливих кліматичні особливості, наприклад, зону мусонів або високогірні райони і т.п ..