Содержание
ГРАВИТАЦИЯ » Теплый воздух легче холодного
Бессмысленно продолжать делать то же самое и ждать других результатов (Эйнштейн)
Рис. 1. Условно показана молекула кислорода на рычажных весах (детские качели) при разных температурах окружающей атмосферы. a – из наблюдений; b – по Эйнштейну.
Зададимся вопросом в стиле Якова Перельмана: какой воздух тяжелее холодный или теплый? После этого посмотрим ответы на форуме в интернете (ответы обозначены цифрами): 1) теплый; 2) холодный;3) холодный конечно; 4) тёплый воздух поднимается вверх, он легче; 5) холодный, поэтому он внизу всегда; 6) конечно теплый!; 7) тяжелей холодный, он опускается вниз, а теплый поднимается, значит легче; 8) тяжелее влажный воздух!; 9) холодный, вспомни, когда зимой открываешь форточку; 10) это и в садике знают, что тёплый легче, поэтому вверх стремится.
На тяжесть холодного воздуха ставок гораздо больше.
Мы народ северный и нас на таком вопросе не проведешь, открывая зимой форточку, наблюдаем, как холодный воздух буквально врывается в комнату, падает вниз к нашим ногам и расстилается по полу комнаты.
А может он хочет нам поклониться за широкое гостеприимство? Не знаю, но это подтверждается визуально, когда холодный воздух, увлекая частицы пара, превращает их в видимый шлейф при конденсации. После чего выносится вердикт: холодный воздух тяжелее теплого, поэтому он устремляется вниз. Очередная зима, подкрепляет наши наблюдения и укрепляет правоту сказанного. Объясняем мы это плотностью – холодный воздух более плотный, теплый более разреженный.
Иногда для объяснения притягивают влажность воздуха. Поскольку, в зимний период на улице влаги больше, то влажный воздух должен весить якобы больше. Воздух – это смесь газов, состоящая на три четверти из азота и почти на четверть из кислорода и некоторого количества водяного пара. Количество остальных газов пренебрежимо мало, их не учитываем. Средняя молекулярная масса воздуха 29, молекулярная масса водяного пара 18. Об этом говорит и, упомянутый выше, Я. Перельман: «При одинаковом давлении и температуре кубометр влажного воздуха не тяжелее, а легче, чем кубометр сухого воздуха» [1].
Для выяснения сути данного явления в бытовых условиях можно пойти в баню, и пока не вспотели, понаблюдать за движением пара. Кто в баню не ходит пусть поставит эксперимент на своей кухне и нагреет кастрюлю с водой. Как только кастрюля закипит, пар с завихрениями устремится вверх, под купол вытяжной вентиляции. В бане этот процесс выражен еще более контрастно, первый ковш воды, брошенный на раскаленные камни, выбрасывает вверх белый шлейф пара. Мы видим восходящий паровой поток, который буквально вонзается в потолок, растекается по нему, стараясь его приподнять, и, постепенно охлаждаясь, начинает оседать, а затем конденсироваться на холодных металлических трубах.
По сравнению с окружающим воздухом пар перегрет, поэтому его молекулы более энергонасыщены.
Можно ли доверять нашим органолептическим органам? Для начала необходимо разобраться, почему холодный воздух уплотняется?
На самом ли деле теплый воздух легче холодного. Давайте проверим это утверждение и взвесим две молекулы кислорода теплую, при температуре +20º С и холодную, при температуре 0º С.
Но как это сделать, на каких весах измерить разницу веса между молекулами? Судя по рисунку, автору удалось это сделать с помощью рычажных весов (детской качели).
Трудность заключается еще и в том, что мы не сможем в земных условиях точно оценить вес даже, заключенных в оболочку, достаточно больших одинаковых объемов воздуха. Оценке мешает эффект плавучести (статья «Гравитационная температура»). Остается одно, разобраться с этим явлением с энергетической точки зрения. Если мы возьмем молекулы одного и того же газа, но при разных температурах, то понятно, что молекула, имеющая более высокую температуру, будет более энергонасыщена и будет иметь более высокую скорость перемещения.
А за счет какой энергии вообще молекулы перемещаются? Классическая молекулярно-кинетическая теория на этот вопрос не дает вразумительного ответа. Этот физический процесс был основательно исследован в главе «Броуновское движение». Молекулы двигаются благодаря энергии импульсов придачи «вперед за снарядом».
Под действием этих импульсов электромагнитного крафонного (краснофотонного) излучения, молекулы пара стремительно разлетаются в разные стороны, но в большей степени вверх (область пониженного давления), тем самым, разреживая и освобождая пространство, в которое устремляется новые молекулы. Те, в свою очередь, поступают как первые. Тем самым мы видим восходящий поток пара. Этот процесс в динамике идет по нормали до первой преграды – потолка.
Попутно еще один вопрос: за счет чего уплотняется холодный воздух?
Конвективные перемещения осуществляются за счет разности давлений, разности температур и гравитации. Холодный воздух из открытой форточки непрерывным потоком падает на пол нашей комнаты. Да, температура холодного воздуха ниже, чем теплого и что из этого следует? Ранее было выяснено, что гравитация квантуется, т.е. передается импульсами. Количество этих импульсов гравитационного излучения земли и нашего пола распределяется по всей поверхности примерно одинаково. Тогда остается излучение самих молекул воздуха.
Молекулы имеют маленькую массу и охотно отзываются на собственный импульс придачи, после чего устремляются в том же направлении отстрела этого импульса. Статистически у теплых молекул частота излучения выше, чем у холодных. Они чаще отстреливают свои импульсы в пространство, где меньше давление, поэтому теплые молекулы летят в сторону потолка, освобождая место холодным. Получается, за счет этого электромагнитное, гравитационное излучение земли подтягивает к полу в большей степени холодный воздух, соответственно, теплый выталкивается вверх. Холодные молекулы имеют меньшую скорость, поэтому находятся в более плотном состоянии. Вот по такой технологии идет конвекция в любой газовой среде.
Теплый воздух в комнате выходит из температурного равновесия и постепенно внедряется в ряды холодного, отдавая часть своей теплоты.
3. Эйнштейн против Клапейрона и Менделеева
Рис. 2. На рисунке условно показано равное количество молекул азота (1) и молекул кислорода (2), находящихся при разных температуре и занимающих не равные объемы.
a – при высокой температуре; b – при низкой температуре.
Обычно объясняют, что холодный воздух выталкивает теплый и тот поднимается вверх. На самом деле никто никого не толкает и не выталкивает. Весь воздух подвержен притяжению Земли и эта энергия его подпитывает. В зависимости от энергонасыщенности происходит температурная сегрегация по высоте расположения. Молекулы теплого воздуха имеют большую скорость перемещения, они разлетаются на большие расстояния, происходит больше столкновений между ними и они занимают больший объем (рис. 2а).
А теперь для доказательства равенства масс молекул, находящихся под разным тепловым потенциалом, я призвал на помощь два уравнения из классической физики.
1) уравнение состояния для идеального газа Клапейрона-Менделеева.
(1)
(2)
Где, m – масса газа, P – давление, V – объем, M – молярная масса, R – универсальная газовая постоянная, Т – температура.
Замечание, сейчас принято обозначать температуру греческой буквой Θ (Тэта). Чтобы не нарушать написание известной формулы оставим символ Т.
Из (2) видно, что при повышении температуры, увеличивается V (при постоянном давлении P). При этом масса газа (воздуха) остается постоянной.
2) Уравнение Эйнштейна. Энергия излучения связана с его массой.
E=mc2 (3)
m=E/c2 (4)
Подставив в формулы (3, 4) реальные значения, можно убедиться без лишних доказательств, что кубовый объем газа, имеющий меньшую энергию Е (температуру и скорость молекул) будет иметь и меньшую массу.
Тогда можно заключить, что холодный воздух легче теплого, и должен подниматься вверх, а он падает вниз.
Вот где нелогичная конвекция и Эйнштейн против Клапейрона и Менделеева.
В чем же дело? А дело в серьезном разбирательстве, связанном со знаменитой формулой. Если в расчете использовать формулу (3), то килограммовый куб воздуха будет иметь энергию 9·1016 Дж. Данная величина приблизительно равна электрической энергии 3∙1010 кВт∙ч! Такое количество электроэнергии потребляют США за один день! Невероятно, но где энергия? А ее, увы, не видно.
Этому разбирательству посвящена отдельная статья под названием: «Энергия покоя». А сейчас, чтобы выбраться из создавшейся коллизии введем в данное уравнение энергетический коэффициент GE.
T – температура тела в Кельвинах
Tmax – максимально возможная температура вещества в природе.
E=GE·mc2 (5)
Отсюда масса
(6)
(7)
Используя в расчетах уравнение (7) можно убедиться, что при прочих равных условиях, массы холодного и теплого воздуха будут равны.
Такой же расчет дает по формуле (2) Клапейрона-Менделеева и противостояние с Эйнштейном прекращается. И что самое главное, энергия газового куба снижается до удобоваримого значения, на десять порядков! Все расчеты привели меня к заключению, что уравнение Эйнштейна не общее, а частное, для максимального значения температуры при GE=1.
Электромагнитное, крафонное излучение Земли постоянно мониторит пространство и подтягивает атмосферу с паром вниз, но теплый воздух всегда оказываются наверху. Это происходит потому, что холодные молекулы реже отстреливают свои крафоны придачи в окружающее пространство из-за их меньшей энергонасыщенности.
Теплый воздух в комнате находится в термодинамическом равновесии, поэтому его молекулы продолжают хаотично двигаться, постепенно внедряясь в ряды холодного, отдавая часть своей теплоты.
Несмотря на то, что холодный воздух находится всегда внизу, масса теплых и холодных молекул остается одинаковой.
Конвективные перемещения в жидкости можно объяснить аналогичным способом.
Объемная плотность газа существенно зависит от температуры газа.
Как было указано выше, более горячий газ устремляется вверх не из-за его легкости, а по причине поднятия молекул за счет крафонного излучения. По сути, о какой легкости или тяжести мы говорим, каждая молекула находится во взвешенном состоянии, но не в какой-то среде, а фактически, в вакууме. Равные по массе и одинаковой температуре молекулы будут иметь одинаковый объемный вес. Известно, если охладить кубометр воздуха, то получим 1,2 литра в жидком состоянии. Отсюда вопрос: какое вещество занимает 998,8 литра этого объема воздуха, если мы уберем энергию расширения, то есть теплоту?!
- Перельман Я.И., Знаете ли вы физику? «ТЕРРА», М. 2007
Назад Вперед
Используйте тепловентиляторы и изоляцию, чтобы сохранить тепло в вашем доме.. Статьи компании «ТОО «КлиматСауда»»
Не секрет, что при повышении температуры в помещении горячий воздух, поднимающийся до потолка, может согреть ваш дом в холодные месяцы.
Тепловентиляторы могут быть использованы для улучшения циркуляции воздуха и перемещения теплого воздуха с потолка на уровень ниже. Позаботьтесь о том, чтобы зимой ваш дом был теплым, убедившись, что ваша изоляция надежна, это позволит удержать температуру термостата и сэкономить на счетах за электроэнергию.
Ослепленный наукой.
Законы термодинамики говорят нам, что горячий воздух поднимается наверх, но он может двигаться и вбок, и вниз, и обратно. Холодный воздух тяжелее теплого и оседает ближе к полу. В зимние месяцы теплый воздух низкой плотности стремится подняться в самую высокую часть помещения. Играя ученого и экспериментируя с размещением вентиляторов, вы можете управлять балансом потока воздуха в помещении и направлять горячий воздух туда, где он вам нужен больше всего. Если в вашем доме установлен настенный тепловентилятор, воздух может быть перенаправлен путем изменения направления жалюзи вентилятора.
Правильное направление
Передача воздуха также возможна без настенного вентилятора. Если вы решили спиральный тепловентилятор купить, вы также можете использовать его для направления тепла. Большинство вентиляторов спирального типа, таких как Almacom FH 20AH , поставляются с головкой, которая может наклоняться. Отрегулируйте вентилятор таким образом, чтобы он мог полностью наклонить головку вентилятора назад. Это позволит вентилятору подавать холодный воздух к потолку и создать круговой воздушный поток, который будет подавать теплый воздух вниз.
Керамический нагревательный элемент
Если вы не планируете использовать вентилятор для равномерной циркуляции отопления вашего дома, вы можете нагреть выбранные участки дома. Керамические нагреватели нагревают небольшие участки, чтобы они сохраняли уровень тепла, пока вы находитесь в этих комнатах, и могут быть отключены, когда вы уходите.
Небольшие нагреватели относительно недороги в эксплуатации и достаточно портативны, чтобы их можно было легко перемещать из комнаты в комнату. Но обеспечение надлежащей теплоизоляции дома — это важный шаг, который вы должны сделать для удержания тепла и максимального блокирования притока холодного воздуха снаружи. тепловентиляторы алматы
NWS JetStream — Теория «посылки»
Общеизвестно, что теплый воздух поднимается вверх. Обычно предполагается, что это связано с тем, что теплый воздух легче холодного. Хотя это верно, существует более фундаментальный процесс, который имеет место для причины подъема теплого воздуха.
Теплый воздух поднимается в первую очередь из-за его меньшей плотности по сравнению с более холодным воздухом.
С повышением температуры плотность воздуха уменьшается. Но даже воздух меньшей плотности не начнет подниматься сам по себе.
Первый закон физики Исаака Ньютона состоит в том, что скорость объекта останется постоянной, пока на этот объект не будет воздействовать другая сила. Более распространенный способ сказать это: «Объект в состоянии покоя имеет тенденцию оставаться в покое, а объект в движении стремится оставаться в движении».
Вот почему одного лишь уменьшения плотности воздуха недостаточно, чтобы вызвать подъем воздуха. Должна быть другая сила, действующая на менее плотный воздух, чтобы он начал движение вверх.
Эта сила — «гравитация». Роль гравитации заключается в том, что она охлаждает, более плотный воздух по направлению к поверхности земли. Когда более плотный воздух достигает поверхности земли, он распространяется и подрезает менее плотный воздух, который, в свою очередь, заставляет менее плотный воздух двигаться, заставляя его подниматься.
Так работает полет на воздушном шаре.
Пламя используется для нагревания воздуха внутри воздушного шара, делая его менее плотным. Снаружи воздушного шара более холодный и плотный воздух притягивается вниз под действием силы тяжести. Более холодный воздух подрезает более теплый и менее плотный воздух внутри воздушного шара, заставляя его подниматься.
Вот почему грозы часто образуются на фронтах погоды. Фронт представляет собой границу, где более холодный и плотный воздух подрезает менее плотный и теплый воздух, заставляя его подниматься в атмосферу, образуя штормы.
В метеорологии мы часто относимся к «воздушным карманам» так же, как к полетам на воздушном шаре. Мы называем эти карманы воздуха «посылками». Посылка — это пузырь воздуха неопределенного размера, который, как мы обычно предполагаем, сохраняет свою форму и общие характеристики при подъеме или опускании в атмосфере.
Теория «посылки» имеет несколько предположений.
В стабильной атмосфере поднимающийся пакет становится холоднее, чем окружающая среда, замедляющая или заканчивающая его подъем (левое изображение).
В нестабильной атмосфере температура посылки выше, чем температура окружающей среды, поэтому она остается плавучей и будет продолжать расти (правое изображение).В обоих случаях скорость охлаждения посылки остается фиксированной. Следовательно, стабильность/нестабильность основана на вертикальном температурном профиле атмосферы. Обычно мы предполагаем, что отношение влажного воздуха к сухому на участке остается постоянным по мере того, как он поднимается (или опускается) в атмосфере.
- Мы также предполагаем, что к посылке не подключен внешний источник отопления.
- Любая ненасыщенная посылка (относительная влажность менее 100%) будет охлаждаться (или опускаться) со скоростью 9,8°C на 1000 метров (5,5°F/1000 футов) до тех пор, пока относительная влажность не станет 100% (воздух станет насыщенным). ).
- Любая насыщенная посылка (посылка с относительной влажностью 100 %) охлаждается медленнее. Это связано с тем, что в процессе конденсации водяного пара в жидкость выделяется тепло. Высвобождающееся тепло, добавляемое в атмосферу, замедляет скорость охлаждения.
В нестабильной атмосфере температура посылки выше, чем температура окружающей среды, поэтому она остается плавучей и будет продолжать расти (правое изображение).
Высвобождающееся тепло, добавляемое в атмосферу, замедляет скорость охлаждения.Из-за множества различных влияний на поток восходящего воздуха большинство, если не все, предположения не всегда будут на 100% верны. Тем не менее, «теория посылок», хотя и является чрезмерным упрощением реальных процессов в атмосфере, является хорошим способом осмысления того, как атмосфера создает погоду.
Целью просмотра посылок является помощь в определении стабильности атмосферы. Когда ненасыщенный пакет поднимается, он будет охлаждаться с фиксированной скоростью 90,8°C на 1000 метров (5,5°F/1000 футов).
Если температура поднимающегося посылки упадет ниже температуры окружающей атмосферы (из-за ее охлаждения), посылка станет более плотной, чем окружающая среда, и гравитация замедлит или даже обратит вспять подъем. Это называется отрицательной энергией и означает, что атмосфера на этом уровне «стабильна».
Если температура поднимающегося посылки остается выше температуры окружающей атмосферы (несмотря на ее охлаждение), то посылка, будучи менее плотной, чем окружающая среда, будет продолжать подниматься.
Это называется положительной энергией и означает, что атмосфера на этом уровне «нестабильна».
гидродинамика — Насколько холодный воздух менее плотный в одном случае и более плотный в другом случае по сравнению с теплым воздухом?
спросил
Изменено
1 год, 8 месяцев назад
Просмотрено
11 тысяч раз
$\begingroup$
Даны два разных и противоречащих друг другу объяснения. Какой из них правильный?
Объяснение 1: Холодный воздух более плотный, чем горячий, потому что , когда холодный воздух некоторой плотности, скажем, «d» нагревается, молекулы/атомы расходятся друг от друга, и поэтому объем увеличивается. Поскольку масса воздуха не изменилась, а объем увеличился, горячий воздух менее плотный, чем холодный.
Объяснение 2: Горячий воздух более плотный, чем холодный, потому что воздух в основном состоит из кислорода (~20%) и азота (~78%). Таким образом, этот воздух, когда начинает удерживать воду (то есть когда он начинает остывать), несколько молекул O2 (атомная масса 16 единиц) и N2 (атомная масса 14 единиц) заменяется на h30 (атомная масса 10 единиц). Итак, согласно закону Авогадро, для данного объема воздуха при той же температуре и давлении и том же количестве молекул холодный воздух имеет меньший вес (h30 имеет меньшую атомную массу), чем горячий воздух.
Какой из двух вариантов правильный? Что вызывает морской бриз??
Дело в том, что второе объяснение является частным случаем воды, выступающей в качестве хладагента, в противном случае верно первое объяснение.
- гидродинамика
- плотность
- влажность
$\endgroup$
9
$\begingroup$
Уравнения для плотности воздуха доступны на сайте Engineering Toolbox.
Плотность сухого воздуха приблизительно определяется как: 93$, а во второй таблице те же данные, но в долях от плотности сухого воздуха при $0$ºC.
Причина наличия пробелов в таблице заключается в том, что для любой температуры существует максимальное количество воды, которое может удерживать воздух. Опять же, это доступно на сайте инженерного инструментария. Я выбрал значения $x$ как максимальные значения при температурах 273K, 278K и т. д., поэтому нижняя левая часть таблицы пуста.
Результаты меня удивили. Влияние влажности и температуры почти одинаково по своему действию — я не ожидал, что влажность будет иметь такое большое влияние.
Все это хорошее развлечение, но не имеет большого значения для морского бриза. поскольку земля горячее моря, плотность воздуха на суше ниже, поэтому он поднимается и втягивает воздух с моря — отсюда и морской бриз. Содержание влаги в воздухе остается постоянным по мере движения воздуха, поэтому меняется только температура, а не содержание влаги.