Меню Закрыть

Теплый воздух легче холодного

Когда воздух нагревается и расширяется, он становится легче и поднимается вверх. Так, когда топится печь, то нагретый в ней воздух вместе с дымом, а иногда и с искрами поднимается вверх по трубе. В горящей керосиновой лампе нагретый воздух по ламповому стеклу также поднимается вверх. Если бросить в ламповое стекло мелкие кусочки папиросной бумаги, то они не падают на пламя, а уносятся нагретым воздухом вверх. Все это показывает, что теплый воздух легче холодного, поэтому он и поднимается вверх.

Опыт. Воздух в классе обыкновенно теплее, чем в коридоре. Приоткроем слегка дверь из класса в коридор и будем держать горящую свечу около пола. Пламя свечи отклоняется в сторону класса. Это показывает, что холодный воздух, как более тяжелый, идет Низом.

Поднимем горящую свечу и будем держать её вверху, у притолки. Теперь пламя свечи отклоняется в сторону коридора. Это показывает, что теплый воздух, как более легкий, идёт верхом. Если мы приоткроем дверь из коридора наружу и проделаем такой же опыт со свечой, то будет то же самое. Все это показывает перемещение теплого и холодного воздуха. Перемещение теплого и холодного воздуха постоянно происходит в природе. Солнце греет землю. От нагретой земли нагревается воздух. Нагретый воздух, как более легкий, поднимается вверх, на место его притекает холодный воздух. Так благодаря нагреванию и охлаждению происходит перемещение воздуха в природе.

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].

Читайте также:  Как открыть файл wmv

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?

2. Почему плотность холодного воздуха больше чем теплого?

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.

Читайте также:  Pes 2009 системные требования

Теплый воздух в комнате выходит из температурного равновесия и постепенно внедряется в ряды холодного, отдавая часть своей теплоты.

3. Эйнштейн против Клайперона 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 Клайперона-Менделеева.

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.

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 Клайперона 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 9·10 16 Дж. Данная величина приблизительно равна электрической энергии 3∙10 10 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.

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) Клайперона-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.

Читайте также:  Как подключить электрическую плиту ханса

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?!

  1. Перельман Я.И., Знаете ли вы физику? «ТЕРРА», М. 2007

Воздух- смесь газов. Газ имеет массу. Воздух осязаем, его можно почувствовать. Ветер чувствовали?

Холодный воздух не тяжелее, он просто более плотный(больше масса на единицу объема). Видели как расширяется вода при кипении, а затем расширяется настолько, что превращается в водяной пар. Также расширяется и воздух при нагревании. Он становится менее плотным.

Источник: физика в школе.

Ну вы даете! Газ является одним из агрегатных состояний вещества и, ровным счетом как и вы, он состоит из молекул (следовательно имеет массу). Солнце на 99% состоит из водорода и гелия, но разве у вас когда-нибудь возникала мысль, что оно не имеет массы или, может, легкое как пёрышко? К сведению, масса Солнца составляет 1,9885·10^30 кг (332 940 масс Земли). А еще из газа состоят такие планеты-гиганты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Ладно, Солнце, планеты. Это все очень далеко от нас. Атмосфера! Каждый день вы ощущаете ее давление примерно равное 760 мм рт. ст. (или 101325 Па), а ее масса составляет около 5,3·10^15 тонн!

Надеюсь, после моих примеров, вопрос о весе воздуха отпал.

Теперь о том, почему же холодный воздух тяжелее более нагретого.

Мы знаем, что объём того вещества будет легче, чья плотность меньше.

Для идеальных газов существует известное из школьного курса уравнение Клайперона – Менделеева:

M – молярная масса,

R – универсальная газовая постоянная,

T – абсолютная температура (К).

Плотность есть m/V. Если уравнение переписать в виде: m/V = pM/RT, то отсюда следует, чем выше температура, тем меньше плотность и чем ниже температура, больше плотность. То есть один и тот же объем воздуха для холодного воздуха будет тяжелее.

К этому же результату можно придти, используя молекулярно-кинетическую теорию газов. Температура – мера средней кинетической энергии молекул. Чем выше температура, тем выше кинетическая энергия молекул газа, то есть молекулы быстрее движутся и как бы расстояния между ними увеличиваются. То есть, нагреваясь, газ расширяется. И стало быть его плотность уменьшается. И теплый воздух становится легче холодного.

Рекомендуем к прочтению

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

code

Adblock detector