|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Atmosfera i jej ruch. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Alternatywne źródła energii Ziemię otacza gruba warstwa powietrza – atmosfera. Wraz z wysokością powietrze staje się coraz bardziej rozrzedzone, mniej gęste. Na powierzchni Ziemi, na poziomie morza, jeden metr sześcienny powietrza waży około 0 kilograma w temperaturze 1,3 stopni; a na wysokości 25 kilometrów nad powierzchnią ziemi metr sześcienny powietrza waży już ponad trzydzieści razy mniej. Chociaż grubość ziemskiej atmosfery sięga wielu setek kilometrów, to jednak w porównaniu z objętością kuli ziemskiej wcale nie jest duża. Dolna warstwa atmosfery, znajdująca się na wysokości od 9 do 18 kilometrów nad powierzchnią Ziemi, nazywana jest troposferą. Ta warstwa zawiera więcej niż 3/4 masy powietrza. Górne warstwy nazywane są stratosferą i jonosferą. Powietrze, jak wszystkie przedmioty, ma ciężar; z wielką siłą naciska na Ziemię i na wszystkich, którzy na niej żyją; ta siła na powierzchni Ziemi jest równa w przybliżeniu jednemu kilogramowi na każdy centymetr kwadratowy powierzchni ciała. Ciśnienie powietrza stopniowo spada wraz z wysokością. Ale nawet na powierzchni Ziemi, jak zobaczymy później, ciśnienie atmosferyczne nigdy nie jest stałe, zawsze się zmienia. Ciśnienie powietrza równe ciśnieniu wywieranemu w temperaturze 0 stopni przez kolumnę rtęci o wysokości 760 milimetrów nazywane jest normalnym ciśnieniem atmosferycznym. To ciśnienie jest równe 1,0336 kilograma na centymetr kwadratowy. W meteorologii ciśnienie powietrza jest zwykle mierzone w milibarach. Jeden milibar jest w przybliżeniu równy ciśnieniu wywieranemu przez jeden gram na powierzchnię jednego centymetra kwadratowego. Normalne ciśnienie atmosferyczne wynosi około 1000 milibarów. Meteorologia to nauka zajmująca się atmosferą i zachodzącymi w niej zjawiskami, głównie fizycznymi. W węższym znaczeniu jest to nauka o pogodzie i jej zmianach. Atmosfera nigdy nie jest spokojna. Wszędzie - na biegunach i pod tropikami, poniżej, na powierzchni Ziemi i powyżej, gdzie unoszą się chmury - powietrze jest w ruchu. Ruch powietrza wokół Ziemi nazywa się wiatrem. Co powoduje ruch powietrza w atmosferze? Dlaczego wieją wiatry? Aby lepiej zrozumieć przyczynę wiatru, pamiętaj o dobrze znanym zjawisku. Kiedy zimą otwierasz drzwi z ogrzewanego pomieszczenia na ulicę lub do chłodniejszego pomieszczenia, zimne powietrze napływa od dołu do ciepłego pomieszczenia. W tym samym czasie ciepłe powietrze z pomieszczenia będzie wydostawać się z góry. Łatwo to zweryfikować. Zapal świeczkę lub zapałkę i umieść ją przy otwartych drzwiach – najpierw u dołu, przy progu, a następnie u góry (ryc. 1). Na dole płomień świecy zostanie zauważalnie odchylony przez napływ zimnego powietrza do pomieszczenia, a na górze przeciwnie, strumień ciepłego powietrza napływającego z pomieszczenia spowoduje odchylenie płomienia świecy na zewnątrz, poza pomieszczenie .
Dlaczego to się dzieje? Dlatego. Jeśli weźmiemy dwie identyczne objętości powietrza, ale inaczej ogrzane, to zimniejsza objętość powietrza będzie zawsze gęstsza, a zatem cięższa. Po podgrzaniu powietrze, podobnie jak wszystkie ciała, rozszerza się, staje się mniej gęste i lżejsze. Kiedy otwieramy drzwi na ulicę, zimniejsze i gęstsze powietrze z zewnątrz napływa do ciepłego pomieszczenia, wypierając mniej gęste i lżejsze powietrze wewnętrzne do góry. Ponieważ cięższe, zewnętrzne powietrze dostaje się do pomieszczenia od dołu, znajduje się w pomieszczeniu w niższych warstwach, blisko podłogi. Wyparte przez ciężkie, zimne powietrze, ciepłe powietrze unosi się i opuszcza pomieszczenie na zewnątrz przez górną część otwartych drzwi. Ten przykład pozwoli nam zrozumieć przyczyny ruchu powietrza w atmosferze. Ciepło słońca padające na Ziemię ogrzewa przede wszystkim jej powierzchnię. Atmosfera pochłania tylko niewielką część słonecznej energii cieplnej. Z nagrzanej powierzchni kuli ziemskiej ogrzewane są dolne warstwy powietrza, które mają z nią kontakt. Ciepłe warstwy powietrza mieszają się z zimnymi, oddając im ciepło; w ten sposób powietrze jest ogrzewane. Tak więc, im bardziej powierzchnia ziemi jest ogrzewana przez Słońce, tym bardziej nagrzewa się również powietrze leżące nad nią. Ale w jaki sposób powierzchnia Ziemi jest ogrzewana przez Słońce? Daleko od tego samego. Wynika to przede wszystkim z faktu, że w różnych porach roku iw różnych strefach klimatycznych.
Ziemia Słońce wschodzi nad horyzontem na różne sposoby. Im wyżej Słońce znajduje się nad horyzontem, tym więcej ciepła słonecznego pada na ten sam obszar powierzchni Ziemi (ryc. 2). Ze względu na kulisty kształt Ziemi na równiku iw jego pobliżu promienie słoneczne padają stromo, w południe prawie pionowo. W krajach o klimacie umiarkowanym promienie słoneczne padają na powierzchnię ziemi znacznie łagodniej. A w krajach polarnych i na biegunach promienie słoneczne tylko pozornie ślizgają się po powierzchni ziemi - Słońce wznosi się stosunkowo nisko nad horyzontem. Co więcej, zimą Słońce w ogóle nie pojawia się nad horyzontem: panuje długa noc polarna. Z tego samego powodu temperatura powierzchni Ziemi zmienia się w ciągu dnia. W ciągu dnia, gdy Słońce jest wysoko na niebie, powierzchnia Ziemi nagrzewa się najbardziej, wieczorem, gdy Słońce schodzi za horyzont, Ziemia zaczyna się ochładzać, a nocą i nad ranem jej temperatura spada jeszcze niżej.
Ponadto nierównomierne nagrzewanie powierzchni ziemi tłumaczy się tym, że różne części powierzchni są ogrzewane przez Słońce i inaczej chłodzone. Szczególne znaczenie ma zdolność wody i lądu do odmiennego nagrzewania i stygnięcia. Ziemia szybko nagrzewa się do wyższej temperatury, ale szybko się ochładza. Z kolei woda (zwłaszcza w morzach i oceanach) dzięki ciągłemu mieszaniu nagrzewa się bardzo wolno, ale zatrzymuje ciepło znacznie dłużej niż ląd. Wyjaśnia to fakt, że pojemność cieplna wody i ziemi jest inna (pojemność cieplna to ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała o jeden stopień). Różne części lądu nagrzewają się w różny sposób pod wpływem promieni słonecznych. Na przykład czarna goła ziemia nagrzewa się znacznie bardziej niż, powiedzmy, zielone pole. Piasek i kamienie są silnie nagrzewane przez Słońce, las i trawa są znacznie słabsze. Zdolność różnych części ziemi do różnego nagrzewania się pod wpływem promieni słonecznych zależy również od tego, jaka część promieni padających na powierzchnię jest pochłaniana przez powierzchnię, a jaka jest odbijana. Różne ciała mają różne współczynniki odbicia. I tak śnieg pochłania tylko 15 proc. energii słonecznej, piasek 70 proc., a woda odbija tylko 5 proc. i pochłania 95 proc. (ryc. 4). Różnie ogrzewane części globu nagrzewają powietrze na różne sposoby. Z tego przykładu widać, jak różna jest ilość ciepła odbieranego przez powietrze w różnych miejscach. Na pustyni powietrze odbiera 130 razy więcej ciepła z rozgrzanego piasku niż powietrze otrzymuje z wody w morzu, które leży na tej samej szerokości geograficznej co pustynia. Ale inaczej ogrzane powietrze ma, jak już wspomniano, różne gęstości. Powoduje to różne ciśnienie atmosferyczne w różnych miejscach: tam, gdzie powietrze jest mniej ogrzewane, a zatem gęstsze, ciśnienie atmosferyczne jest wyższe; wręcz przeciwnie, gdy powietrze jest bardziej ogrzewane, a tym samym bardziej rozrzedzone, ciśnienie powietrza jest niższe. A powietrze o wyższym ciśnieniu zawsze ma tendencję do przemieszczania się tam, gdzie jest niższe ciśnienie atmosferyczne, tak jak woda zawsze przepływa z wyższego poziomu do niższego. W ten sposób wiatr występuje w przyrodzie. Ciągły ruch powietrza powoduje różnicę temperatur i ciśnień w atmosferze, co wiąże się z nierównomiernym nagrzewaniem globu przez Słońce.
Tak więc wiatr w naturze powstaje dzięki energii promieni słonecznych. Na rysunku 5 przedstawiamy uproszczony schemat głównych prądów powietrza. Jak widać z diagramu, nawet w najprostszej postaci ruch mas powietrza nad Ziemią jest dość złożonym obrazem. Na równiku, ze względu na silne nagrzewanie się powierzchni, obserwuje się stałe obniżone ciśnienie powietrza. Strumienie powietrza napływają tu z północy i południa i tworzą stałe wiatry - pasaty. Wiatry te są odchylane przez obrót Ziemi. Na półkuli północnej, jeśli spojrzysz w kierunku, w którym wieje pasat, wiatr odchyla się w prawo, na półkuli południowej - w lewo. Na wysokości 3-7 kilometrów na tych obszarach wieją wiatry przeciwne - wiatry o odwrotnych kierunkach. W pobliżu równika znajduje się strefa spokoju. W miarę oddalania się od równika wiatry przeciwpasatowe coraz bardziej odchylają się od swojego kierunku w kierunku biegunów. Na około 30 stopniach szerokości geograficznej po obu stronach równika występują spokojne pasma; na tych obszarach masy powietrza napływające znad równika (wiatry przeciwpasowe) opadają i tworzą obszary wysokiego ciśnienia. To tutaj rodzą się pasaty. Stąd wiatry wieją w kierunku biegunów poniżej. Te wiatry to przeważające wiatry zachodnie; w porównaniu z pasatami są znacznie bardziej zmienne. Starzy marynarze nazywają obszary między 30 a 60 stopni „zachodnimi burzami”. Spokojne strefy wokół 30 stopni szerokości geograficznej są czasami nazywane szerokościami geograficznymi koni. Panuje tu bezchmurna pogoda z wysokim ciśnieniem atmosferycznym. Ta dziwna nazwa przetrwała do czasów, gdy żeglarze żeglowali i odnosiła się tylko do okolic Bermudów. Wiele statków przewoziło konie z Europy do Indii Zachodnich. Raz w okresie spokoju żaglówki traciły zdolność poruszania się. Jednocześnie żeglarze często znajdowali się w trudnych warunkach. Wyczerpały się zapasy wody, jako pierwsze padły konie z pragnienia. Zwłoki koni wyrzuconych za burtę przez długi czas były niesione falami. Wiatry wiejące od biegunów są często określane jako polarne wiatry wschodnie (patrz ryc. 5).
Opisany przez nas obraz głównych prądów powietrza nad Ziemią jest dodatkowo komplikowany przez stałe wiatry, które powstają w wyniku nierównomiernego ogrzewania wody i lądu. Powiedzieliśmy już, że ląd nagrzewa się i ochładza szybciej niż woda. Z tego powodu w ciągu dnia ziemia ma czas na ogrzanie znacznie więcej niż woda: w nocy wręcz przeciwnie, woda ochładza się wolniej niż ziemia. Dlatego w ciągu dnia nad lądem powietrze nagrzewa się bardziej; ogrzane powietrze unosi się i zwiększa tam ciśnienie atmosferyczne. Prądy powietrza (na wysokości około 1 km) pędzą do wody, a nad powierzchnią wody powstaje podwyższone ciśnienie atmosferyczne. W rezultacie od wody poniżej zaczyna wiać świeży wiatr, bryza (ryc. 6).
Ale oto nadchodzi noc. Ziemia szybko się ochładza; otaczające powietrze jest również chłodzone. Zimne powietrze, skraplające się, opada. Jego ciśnienie w górnych warstwach spada. Jednocześnie woda pozostaje ciepła przez długi czas i ogrzewa powietrze nad nią. Obliczono, że schłodzenie 1 metra sześciennego wody morskiej o jeden stopień daje taką ilość ciepła, która wystarczy do ogrzania ponad 3 tysięcy metrów sześciennych powietrza o jeden stopień! Po podgrzaniu powietrze unosi się i wytwarza tam zwiększone ciśnienie atmosferyczne. W rezultacie wiatr zaczyna wiać na wybrzeżu powyżej, a bryza kontynentalna wieje poniżej - od lądu do wody (ryc. 7).
Takie przybrzeżne wiatry są znane każdemu, kto mieszka nad brzegami dużych jezior lub mórz. Dobrze znane są na przykład bryzy znad Morza Czarnego, Azowskiego i Kaspijskiego; więc w Suchumi bryzy są przez cały rok. Bryza wieje również nad dużymi jeziorami, takimi jak Sevan, Issyk-Kul, Onega i inne. Bryzy obserwuje się również na brzegach dużych rzek, na przykład na Wołdze w pobliżu Saratowa, na jej wysokim prawym brzegu. Bryza nie podróżuje daleko. Są to wyłącznie lokalne wiatry. Nierównomierne ogrzewanie wody i lądu w obszarach przybrzeżnych mórz i oceanów powoduje powstawanie wiatrów podobnych do bryzy. Są to tak zwane monsuny. Monsuny to wiatry sezonowe, wieją pół roku w jednym kierunku, pół roku w innym. Wieją z powodu różnego ogrzewania i chłodzenia mórz i kontynentów zimą i latem. Latem powietrze nad lądem nagrzewa się znacznie bardziej niż nad morzem. Wręcz przeciwnie, zimą powietrze nad morzem (oceanem) jest cieplejsze niż nad lądem. Wyjaśnia to fakt, że latem kontynenty bardziej się nagrzewają, a zimą ochładzają bardziej niż woda, podczas gdy morze, które latem jest chłodniejsze, zimą staje się cieplejsze niż ląd. Duża pojemność cieplna wody pozwala oceanowi magazynować ogromne rezerwy ciepła z lata. Tak więc latem kontynenty niejako podgrzewają atmosferę, podczas gdy morza i oceany ją chłodzą. Zimą sytuacja się zmienia: morza stają się „piecami atmosferycznymi”, a kontynenty „lodówkami”. Z tego powodu wieją monsuny; zimą - z lądu na morze, a latem z morza na stały ląd. Monsuny obserwuje się we wszystkich strefach klimatycznych, nawet na wybrzeżach Oceanu Arktycznego. Na kierunek monsunów ma również wpływ obrót Ziemi. Monsuny są najbardziej widoczne w Indiach. Wreszcie, dla ogólnego opisu prądów powietrza, należy powiedzieć o wirach atmosferycznych - cyklonach. Prądy powietrza, o których mówiliśmy powyżej, są związane z ruchem ogromnych objętości powietrza w atmosferze - mas powietrza. Zwyczajowo nazywa się masę powietrza takimi objętościami powietrza, które przez pewien czas zachowują swoje specyficzne właściwości. I tak na przykład masa powietrza napływająca znad Arktyki niesie ze sobą niską temperaturę i suche, przejrzyste powietrze. Granica między dwiema różnymi masami powietrza nazywana jest frontem. Po obu stronach frontu temperatura powietrza, prędkość wiatru itp. są często bardzo różne. Dlatego też, gdy front przechodzi nad danym miejscem, pogoda na tym obszarze zwykle zmienia się dramatycznie. Gdy dwie sąsiadujące ze sobą masy powietrza o różnych temperaturach (a więc i gęstościach powietrza) poruszają się z różnymi prędkościami lub gdy poruszają się one względem siebie wzdłuż czoła (rys. 8 powyżej) na powierzchni granicznej mas powietrza, w wyniku oddziaływania ciepłych i zimnych mas powietrza, powstaje zaburzenie falowe - z przodu tworzy się jakby fala powietrzna. W tym przypadku zimne powietrze przepływa pod ciepłym powietrzem, a ciepłe powietrze z kolei zaczyna wypychać zimne powietrze. Prądy powietrza zaczynają wirować. Zakłócenie fali na froncie rośnie, granica między dwiema masami powietrza wygina się coraz bardziej stromo: w ten sposób stopniowo powstaje coraz silniejszy ruch wirowy powietrza - cyklon (patrz ryc. 8).
Istnieją trzy główne fronty, na których występują cyklony: arktyczny, polarny i tropikalny. Front arktyczny to linia podziału między powietrzem arktycznym a polarnym (północne szerokości geograficzne). Front polarny oddziela powietrze polarne i tropikalne (umiarkowane szerokości geograficzne). Front tropikalny jest linią podziału między powietrzem tropikalnym i równikowym (szerokości geograficzne południowe). Ciśnienie atmosferyczne w cyklonie spada w kierunku jego środka. W środku cyklonu ciśnienie powietrza jest najniższe. Jeżeli na mapie obszaru, na którym rozwija się cyklon, wszystkie punkty o takim samym ciśnieniu są połączone liniami – np. jedna linia łączy wszystkie punkty o ciśnieniu 990 milibarów, druga o ciśnieniu 995 milibarów itd., wtedy okazuje się, że wszystkie takie linie znajdujące się w obszarach cyklonu będą zamkniętymi liniami krzywymi (ryc. 9). Takie linie nazywane są izobarami. Izobara w środku tego regionu połączy najniższe punkty ciśnienia. Dzięki takiemu rozkładowi ciśnień w cyklonie wiatry wieją w nim od krawędzi do środka, tak że formuje się krąg przeciwnych do ruchu wskazówek zegara wiatrów.
Cyklon porusza się przez atmosferę; niesie ze sobą nagłą zmianę kierunku i prędkości wiatru. Średnia prędkość cyklonów wynosi 25-40 kilometrów na godzinę. Oprócz cyklonów, czyli inaczej obszarów o niskim ciśnieniu, w atmosferze pojawiają się również obszary o wysokim ciśnieniu – antycyklony. Tutaj ciśnienie powietrza wzrasta w kierunku środka. Cyklony i antycyklony często obejmują bardzo duże obszary rozciągające się na tysiące kilometrów. Dlatego te zaburzenia atmosferyczne mają zauważalny wpływ na ogólną cyrkulację powietrza w atmosferze, komplikując ją jeszcze bardziej. Pojawianie się i zmiany różnych wiatrów w umiarkowanych szerokościach geograficznych związane są głównie z ruchem cyklonów i antycyklonów. Bardzo silne wiatry o sile huraganu powstają w cyklonicznych zaburzeniach, które powstają na froncie tropikalnym, nad morzami południowymi. Cyklony te nazywane są cyklonami tropikalnymi. Autor: Karmishin A.V.
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ Tranzystory spinowe zwiększą prędkość komputerów milion razy ▪ Nawigacja samochodowa w rozszerzonej rzeczywistości ▪ Zatyczki do uszu w nosie dla chcących schudnąć
▪ sekcja serwisu Biografie wielkich naukowców. Wybór artykułu ▪ artykuł Bezpieczeństwo życia dzieci i młodzieży. Podstawy bezpiecznego życia ▪ Artykuł Czym jest rytm muzyczny? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Urządzenie do łamania i owijania opon. Transport osobisty
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony