¿Cómo cambia la temperatura con la altura? La estructura vertical de la atmósfera. En el estado normal del aire, la temperatura con la altura.

La temperatura es definitivamente elemento importante comodidad humana. Por ejemplo, me resulta muy difícil agradar en este sentido, en invierno me quejo del frío, en verano languidezco por el calor. Sin embargo, este indicador no es estático, porque cuanto más alto está el punto de la superficie de la Tierra, más frío hace, pero ¿a qué se debe esta situación? Empezaré con lo que La temperatura es uno de los estados. nuestro atmósfera, que consiste en una mezcla de una amplia variedad de gases. Para comprender el principio de "enfriamiento por altitud", no es necesario profundizar en el estudio de los procesos termodinámicos.

¿Por qué la temperatura del aire cambia con la altitud?

He sabido desde la época escolar que nieve en la cima de montañas y formaciones rocosas incluso si tienen el pie está lo suficientemente caliente. Esta es la principal evidencia de que la altitudes altas puede hacer mucho frío. Sin embargo, no todo es tan categórico e inequívoco, lo cierto es que al ascender el aire se enfría o se vuelve a calentar. Se observa una disminución uniforme sólo hasta un momento determinado, entonces la atmósfera en el sentido literal. febril siguiendo los siguientes pasos:

1. Troposfera.
2. tropopausa.
3. Estratosfera.
4. Mesosfera, etc.

Fluctuaciones de temperatura en diferentes capas.

La troposfera es responsable de la mayor parte eventos climáticos , porque es la capa más baja de la atmósfera, donde vuelan los aviones y se forman las nubes. Mientras está dentro, el aire se congela constantemente, aproximadamente cada cien metros. Pero, al llegar a la tropopausa, las fluctuaciones de temperatura se detienen y se detienen en el área. 60-70 grados centígrados.

Lo más sorprendente es que en la estratosfera disminuye casi a cero, ya que es susceptible de calentarse desde Radiación ultravioleta. En la mesosfera, la tendencia vuelve a disminuir y la transición a la termosfera promete un mínimo histórico. -225 grados centígrados. Además, el aire se calienta nuevamente, sin embargo, debido a una pérdida significativa de densidad, en estos niveles de la atmósfera la temperatura se siente de manera completamente diferente. Al menos vuelos orbitales satélites artificiales nada amenaza.

Para simplificar un poco la consideración del tema, la atmósfera se divide en tres capas principales. La estratificación atmosférica es principalmente el resultado de cambios desiguales en la temperatura del aire con la altura. Las dos capas inferiores tienen una composición relativamente homogénea. Por esta razón, se suele decir que forman una homosfera.

Troposfera. La capa inferior de la atmósfera se llama troposfera. Este término en sí significa "esfera de giro" y está asociado con las características de turbulencia de esta capa. Todos los cambios en el tiempo y el clima son el resultado de procesos fisicos que se produce en esta capa. En el siglo XVIII, dado que el estudio de la atmósfera se limitaba únicamente a esta capa, se creía que la disminución de la temperatura del aire con la altura que se observaba en ella era inherente al resto de la atmósfera.

Varias transformaciones de energía ocurren principalmente en la troposfera. Debido al contacto continuo del aire con superficie de la Tierra, además de recibir energía del espacio exterior, se pone en movimiento. El límite superior de esta capa se encuentra donde la disminución de la temperatura con la altura es reemplazada por su aumento, aproximadamente a una altura de 15 a 16 km sobre el ecuador y de 7 a 8 km sobre los polos. Al igual que la Tierra misma, bajo la influencia de la rotación de nuestro planeta, también se aplana un poco sobre los polos y se hincha sobre el ecuador. Sin embargo, este efecto es mucho más fuerte en la atmósfera que en la capa sólida de la Tierra.

En la dirección desde la superficie de la Tierra hasta el límite superior de la troposfera, la temperatura del aire disminuye. Sobre el ecuador, la temperatura mínima del aire es de unos -62°C, y sobre los polos, de unos -45°C. Sin embargo, dependiendo del punto de medición, la temperatura puede ser ligeramente diferente. Así, sobre la isla de Java, en el límite superior de la troposfera, la temperatura del aire desciende a un mínimo histórico de -95°C.

El límite superior de la troposfera se llama tropopausa. Más del 75% de la masa de la atmósfera se encuentra debajo de la tropopausa. En los trópicos, aproximadamente el 90% de la masa de la atmósfera se encuentra dentro de la troposfera.

La tropopausa fue descubierta en 1899, cuando su mínimo se encontró en el perfil vertical de temperatura a cierta altitud, y luego la temperatura aumentó ligeramente. El comienzo de este aumento significa la transición a la siguiente capa de la atmósfera: la estratosfera.

Estratosfera. El término estratosfera significa "esfera de capa" y refleja la idea anterior de la singularidad de la capa que se encuentra encima de la troposfera. La estratosfera se extiende hasta una altura de unos 50 km sobre la superficie de la Tierra. Su característica es, en particular, una marcada aumento de la temperatura del aire en comparación con sus valores extremadamente bajos en la tropopausa En la estratosfera la temperatura aumenta a aproximadamente -40 ° C. Este aumento de temperatura se explica por la reacción de formación de ozono, uno de los principales reacciones químicas que ocurren en la atmósfera.

El ozono es una forma especial de oxígeno. A diferencia de la habitual molécula diatómica de oxígeno (O2). El ozono está formado por sus moléculas triatómicas (Oz). Aparece como resultado de la interacción del oxígeno ordinario con el que ingresa a la atmósfera superior.

La mayor parte del ozono se concentra en altitudes de unos 25 km, pero en general la capa de ozono es una capa muy extendida en altura que cubre casi toda la estratosfera. En la ozonosfera, los rayos ultravioleta interactúan con mayor frecuencia y fuerza con el oxígeno atmosférico. Provoca la desintegración de las moléculas de oxígeno diatómico ordinarias en átomos individuales. A su vez, los átomos de oxígeno a menudo se vuelven a unir a moléculas diatómicas y forman moléculas de ozono. De la misma manera, los átomos de oxígeno individuales se combinan en moléculas diatómicas. La intensidad de la formación de ozono es suficiente para que exista una capa de su alta concentración en la estratosfera.

La interacción del oxígeno con los rayos ultravioleta es uno de los procesos favorables en la atmósfera terrestre que contribuyen al mantenimiento de la vida en la Tierra. La absorción de esta energía por el ozono impide su flujo excesivo a la superficie terrestre, donde se crea exactamente un nivel de energía adecuado para la existencia de formas de vida terrestres. Quizás en el pasado la Tierra recibía más energía que ahora, lo que influyó en el surgimiento de formas de vida primarias en nuestro planeta. Pero los organismos vivos de hoy no habrían sobrevivido a cantidades más significativas de radiación ultravioleta del Sol.

La ozonosfera absorbe la parte que atraviesa la atmósfera. Como resultado, en la ozonosfera se establece un gradiente vertical de temperatura del aire de aproximadamente 0,62 ° C por 100 m, es decir, la temperatura aumenta con la altura hasta el límite superior de la estratosfera: la estratopausa (50 km).

En altitudes de 50 a 80 km, hay una capa de la atmósfera llamada mesosfera. La palabra "mesosfera" significa "esfera intermedia", aquí la temperatura del aire continúa disminuyendo con la altura.

Por encima de la mesosfera, en una capa llamada termosfera, la temperatura vuelve a aumentar con la altitud hasta aproximadamente 1000°C, y luego desciende muy rápidamente a -96°C. Sin embargo, no baja indefinidamente, luego la temperatura vuelve a subir.

La división de la atmósfera en capas separadas es bastante fácil de notar por las características de los cambios de temperatura con la altura en cada capa.

A diferencia de las capas mencionadas anteriormente, la ionosfera no está resaltada. según la temperatura. caracteristica principal ionosfera - alto grado ionización de gases atmosféricos. Esta ionización es provocada por la absorción de energía solar por átomos de diversos gases. Los rayos ultravioleta y otros rayos solares, que transportan cuantos de alta energía, ingresan a la atmósfera, ionizan los átomos de nitrógeno y oxígeno: los electrones que se encuentran en órbitas exteriores se separan de los átomos. Al perder electrones, un átomo adquiere una carga positiva. Si se agrega un electrón a un átomo, entonces el átomo queda cargado negativamente. Por tanto, la ionosfera es una región de naturaleza eléctrica, gracias a la cual son posibles muchos tipos de comunicaciones por radio.

La ionosfera se divide en varias capas, designándolas con las letras D, E, F1 y F2, estas capas también tienen nombres especiales. La división en capas se debe a varias razones, entre las cuales la más importante es la influencia desigual de las capas en el paso de las ondas de radio. La capa más baja, D, absorbe principalmente ondas de radio y, por tanto, evita su propagación.

La capa E mejor estudiada se encuentra a una altitud de unos 100 km sobre la superficie terrestre. También se llama capa de Kennelly-Heaviside por los nombres de los científicos estadounidenses e ingleses que la descubrieron de forma simultánea e independiente. La capa E, como un espejo gigante, refleja ondas de radio. Gracias a esta capa, las ondas de radio largas viajan distancias más largas de lo que se esperaría si se propagaran solo en línea recta, sin reflejarse en la capa E.

Propiedades similares tiene la capa F. También se llama capa de Appleton. Junto con la capa de Kennelly-Heaviside, refleja las ondas de radio hacia las estaciones de radio terrestres, reflexión que puede producirse en distintos ángulos. La capa Appleton se encuentra a una altitud de unos 240 km.

La región más externa de la atmósfera suele denominarse exosfera.

Este término indica la existencia de las afueras del espacio cerca de la Tierra. Es difícil determinar exactamente dónde termina y comienza el cosmos, ya que la densidad de los gases atmosféricos disminuye gradualmente con la altura y se convierte suavemente en casi un vacío, en el que solo se encuentran moléculas individuales. A medida que se alejan de la superficie terrestre, los gases atmosféricos experimentan cada vez menos atracción del planeta y, a partir de cierta altura, tienden a abandonar el campo gravitacional terrestre. Ya a una altitud de unos 320 km, la densidad de la atmósfera es tan baja que las moléculas pueden viajar más de 1 km sin chocar entre sí. Su límite superior es la parte más exterior de la atmósfera, que se encuentra en altitudes de 480 a 960 km.

Lección pública

en historia natural a los 5

clase correccional

Cambio en la temperatura del aire desde las alturas.

Desarrollado

profesora Shuvalova O.T.

El propósito de la lección:

Formar conocimientos sobre la medición de la temperatura del aire con la altura, familiarizarse con el proceso de formación de nubes y tipos de precipitación.

durante las clases

1. Organizar el tiempo

tener un libro de texto libro de trabajo, diario, bolígrafos.

2. Comprobación de los conocimientos de los estudiantes.

Estamos estudiando el tema: aire.

Antes de comenzar a estudiar material nuevo, recordemos el material cubierto: ¿qué sabemos sobre el aire?

Encuesta frontal

composición del aire

¿De dónde provienen estos gases en el aire? Nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono, impurezas.

Propiedad del aire: ocupa espacio, compresibilidad, elasticidad.

¿Peso del aire?

Presión atmosférica, cambiándolo con la altura.

Calefacción de aire.

3. Aprendiendo nuevo material

Sabemos que el aire caliente asciende. ¿Y qué pasa con el aire caliente? ¿Lo sabemos?

¿Crees que la temperatura del aire disminuirá con la altitud?

Tema de la lección: cambio en la temperatura del aire con la altura.

El propósito de la lección: descubrir cómo cambia la temperatura del aire con la altura y cuáles son los resultados de estos cambios.

Un extracto del libro del escritor sueco "El maravilloso viaje de Nils con los gansos salvajes" sobre un troll tuerto que decidió: "Construiré una casa más cerca del sol, deja que me caliente". Y el troll se puso a trabajar. Recogió piedras por todas partes y las apiló unas sobre otras. Pronto la montaña de piedras se elevó casi hasta las mismas nubes.

¡Ya es suficiente! - dijo el troll. Ahora me construiré una casa en la cima de esta montaña. Viviré justo al lado del sol. ¡No me congelaré al lado del sol! Y el troll subió a la montaña. ¿Qué es exactamente? Cuanto más alto sube, más frío hace. Llegado a la cima.

"Bueno - piensa - ¡de aquí al sol hay un tiro de piedra!". Y con mucho frío, el diente no se cae sobre el diente. Este troll era terco: si ya se le ha metido en la cabeza, nada podrá noquearlo. Decidí construir una casa en la montaña y la construí. El sol parece estar cerca, pero el frío aún penetra hasta los huesos. Entonces este estúpido troll se quedó helado.

Explica por qué el obstinado troll se quedó paralizado.

Conclusión: cuanto más cerca de la superficie terrestre está el aire, más cálido es y con la altura se vuelve más frío.

Al ascender a una altura de 1500 m, la temperatura del aire aumenta 8 grados. Por lo tanto, fuera del avión a una altitud de 1000 m, la temperatura del aire es de 25 grados, y en la superficie de la tierra al mismo tiempo el termómetro marca 27 grados.

¿Qué pasa aquí?

Las capas inferiores de aire, al calentarse, se expanden, reducen su densidad y, al elevarse, transfieren calor a las capas superiores de la atmósfera. Esto significa que el calor proveniente de la superficie de la tierra está mal conservado. Por eso no hace más calor, sino más frío por la borda, razón por la cual el obstinado troll se quedó helado.

Demostración de la carta: las montañas son bajas y altas.

¿Qué diferencias ves?

¿Por qué picos? montañas altas¿Está cubierto de nieve, pero no hay nieve al pie de las montañas? La aparición de glaciares y nieves eternas en las cimas de las montañas se asocia con un cambio en la temperatura del aire con la altura, el clima se vuelve más severo y, en consecuencia, cambia. mundo vegetal. En lo más alto, cerca de los picos de las altas montañas, hay un reino de frío, nieve y hielo. Los picos de las montañas y en los trópicos están cubiertos de nieves eternas. Los límites de las nieves eternas en las montañas se llaman línea de nieve.

Demostración de la mesa: montañas.

Mira la tarjeta con la imagen de varias montañas. ¿La altura de la línea de nieve es la misma en todas partes? ¿Con qué está conectado? La altura de la línea de nieve es diferente. En las regiones del norte es menor y en las del sur es mayor. Esta línea no está trazada en la montaña. ¿Cómo podemos definir el concepto de "línea de nieve"?

La línea de nieve es la línea por encima de la cual la nieve no se derrite ni siquiera en verano. Debajo de la línea de nieve hay una zona caracterizada por una vegetación escasa, luego hay un cambio regular en la composición de la vegetación a medida que se acerca al pie de la montaña.

¿Qué vemos en el cielo todos los días?

¿Por qué se forman nubes en el cielo?

A medida que el aire caliente asciende, transporta vapor de agua que no es visible a simple vista hacia una capa superior de la atmósfera. A medida que el aire se aleja de la superficie terrestre, la temperatura del aire desciende, el vapor de agua que contiene se enfría y se forman pequeñas gotas de agua. Su acumulación da lugar a la formación de una nube.

TIPOS DE NUBE:

Cirro

en capas

Cúmulo

Demostración de una tarjeta con tipos de nubes.

Las nubes cirros son las más altas y delgadas. Nadan muy por encima del suelo, donde siempre hace frío. Son nubes hermosas y frías. El cielo azul brilla a través de ellos. Parecen largas plumas de pájaros fabulosos. Por eso se les llama cirros.

Las nubes estratos son sólidas, de color gris pálido. Cubren el cielo con un monótono velo gris. Estas nubes traen mal tiempo: nieve, llovizna durante varios días.

Cúmulos de lluvia: grandes y oscuros, corren uno tras otro como si estuvieran en una carrera. A veces el viento los lleva tan bajo que parece que las nubes tocan los tejados.

Los cúmulos raros son los más bellos. Se parecen a montañas con deslumbrantes picos blancos. Y son interesantes de ver. Alegres cúmulos corren por el cielo, cambiando constantemente. Parecen animales, personas o algún tipo de criatura fabulosa.

Demostración de una tarjeta con diferentes tipos de nubes.

¿Qué nubes se muestran en las imágenes?

Bajo ciertas condiciones aire atmosférico la precipitación cae de las nubes.

¿Qué tipo de precipitación conoces?

Lluvia, nieve, granizo, rocío y otros.

Las gotas de agua más pequeñas que forman las nubes, fusionándose entre sí, aumentan gradualmente, se vuelven pesadas y caen al suelo. En verano Está lloviendo, nieve en invierno.

¿De qué está hecha la nieve?

La nieve está formada por cristales de hielo. Diferentes formas- Los copos de nieve, en su mayoría estrellas de seis puntas, caen de las nubes cuando la temperatura del aire es inferior a cero grados.

A menudo, en la estación cálida, durante un aguacero, cae granizo. precipitación en forma de trozos de hielo, generalmente de forma irregular.

¿Cómo se forma el granizo en la atmósfera?

Las gotas de agua, que caen a gran altura, se congelan y sobre ellas crecen cristales de hielo. Al caer, chocan con gotas de agua sobreenfriada y aumentan de tamaño. El granizo es capaz de causar grandes daños. Derriba cultivos, expone bosques, derriba follaje, destruye aves.

4.Lección total.

¿Qué nuevo aprendiste en la lección sobre el aire?

1. Disminución de la temperatura del aire con la altura.

2. Línea de nieve.

3. Tipos de precipitación.

5. Tarea.

Aprenda las notas en su cuaderno. Observación de las nubes con un boceto de las mismas en un cuaderno.

6. Consolidación del pasado.

Trabajo independiente con texto. Complete los espacios en blanco del texto utilizando las palabras como referencia.

Antes de considerar la distribución de la temperatura del aire en la superficie terrestre en los meses más fríos y cálidos, es necesario decir sobre el cambio de temperatura con la altura, ya que las isotermas de todas las localidades se reducen al nivel del mar; es necesario saber cómo se produce este proceso de reducción.
Hasta ahora hemos estado hablando del calentamiento de la superficie terrestre, ahora consideraremos las condiciones para calentar la envoltura de aire en contacto con esta superficie.
El calentamiento de la atmósfera se produce, como ya hemos dicho, en parte directamente por el sol: el vapor de agua, el dióxido de carbono y las partículas de polvo absorben parte de los rayos solares. Pero, principalmente, el calentamiento del aire se produce transfiriendo calor desde la superficie calentada de la tierra, mediante conductividad térmica y radiación. Cuanto menor sea la transparencia térmica de la atmósfera (por ejemplo, a en numeros grandes vapor de agua o dióxido de carbono en el aire), más retiene el calor emitido por la superficie terrestre y, en consecuencia, más se calienta de la tierra.
Por muchas razones, uno esperaría que la temperatura en las capas superiores del aire fuera más baja que en las inferiores: 1) las capas superiores de la atmósfera están más enrarecidas, por lo tanto retienen menos calor recibido directamente del sol, y 2) el calentamiento del aire se produce principalmente desde abajo. Pero al mismo tiempo, el aire, como el agua, tiende a estabilizarse de modo que hay capas más cálidas y ligeras arriba, y capas más frías y pesadas debajo. En efecto, el aire que entra en contacto con la superficie terrestre, cuando se calienta, se expande, se vuelve menos denso y asciende, mientras que el aire más denso y frío desciende. Como resultado de tal circulación, uno esperaría que la atmósfera superior e inferior tuvieran la misma temperatura (al menos en algunos momentos del día), o que la temperatura aumentara. De hecho, las observaciones y la experiencia han demostrado que la temperatura generalmente disminuye con la altura, pero la razón de esta disminución está en otra parte, a saber: las partículas de aire cálidas ascendentes caen en capas más raras, por lo que se expanden gradualmente durante su ascenso, y una cierta cantidad La cantidad de energía que se gasta en la expansión es la cantidad de calor, es decir, el trabajo de expansión del aire se produce debido a su calor. Cuando una masa de aire en la atmósfera se eleva sin aporte de calor del exterior o, como se suele decir, durante un proceso adiabático, la temperatura de esta masa disminuye (debido a la expansión) en 1 ° por cada 100 m de ascenso. aire, así como al aire que contiene vapor de agua, cuando, al enfriarse, aún no comienza su condensación. Aire, lleno de vapor agua, pierde menos: cuando se eleva 100 m, se enfría no 1 °, sino aproximadamente 0,5-0,4 °. Esto se explica por lo siguiente: si el aire saturado de vapor sube, cuando la temperatura baja (debido a la expansión del aire), los vapores se espesan y algunos de ellos pasan al estado líquido, y se libera el calor latente de vaporización.
A medida que el aire desciende, se calienta, porque se comprime cada vez más y se desarrolla calor debido a la compresión. Al bajar tanto el aire seco como el saturado de agua, el poder calorífico es el mismo e igual a 1 ° por cada 100 m. Las observaciones sobre el cambio de la temperatura del aire con la altura se realizan en montañas y edificios altos, además, se realizan experimentos. globos, cometas y aviones, a los que se les suministraron meteorógrafos, instrumentos que registran automáticamente no solo la temperatura, sino también la presión, la humedad del aire y la velocidad del viento a diferentes alturas. EN últimos años la temperatura en altitud se estudia con la ayuda de radiosondas, así como durante vuelos en globos estratosféricos.
Inicialmente se hicieron observaciones sobre Torre Eiffel, que está expuesto a la acción de aire más o menos libre, y se instalaron termómetros para que la energía solar radiante directa no incida directamente sobre ellos. Fueron instalados a una altura de 2 m, 123 m, 197 m, 302 m, resulta que durante el día en capas inferiores La atmósfera es constantemente más cálida que en las capas superiores, y en verano, cuando la Tierra, y en consecuencia las capas inferiores de la atmósfera, están muy calientes, la temperatura desciende con cada 100 m de elevación más de un valor adiabático, es decir, más de 1 °. .
En verano, la circulación del aire es especialmente vigorosa e incluso perceptible (a simple vista); En un caluroso día de verano, vemos que el aire parece fluir sobre superficies muy calientes.
En este estado, se dice que el aire está en equilibrio inestable y se calienta desde la superficie subyacente. Por la noche, como lo han demostrado las observaciones de la Torre Eiffel, el aire debajo de la superficie de la tierra es más frío que en las capas superiores. Esta distribución de temperatura se denomina inversión de temperatura inferior, a diferencia de otra inversión que se conoce hace relativamente poco tiempo y se llama superior. La menor inversión se explica porque la Tierra irradia mucho calor durante la noche y, por tanto, se enfría mucho. Este enfriamiento se transfiere a las capas inferiores de aire, que se vuelven más densas y fluyen hacia abajo, tratando de llenar las depresiones. Por tanto, en las zonas montañosas de los valles en invierno hace mucho frío, y en las laderas de las montañas hace algo más de calor. La inversión es especialmente pronunciada durante las noches claras de invierno.
Las observaciones realizadas a mayor altitud (unos 3-4 km), donde la temperatura terrestre ya no juega un papel tan importante, han demostrado que allí las inversiones son mucho menos frecuentes. La caída de temperatura con la altura, calculada para 100 m (gradiente de temperatura vertical), cuando se eleva en capas de la atmósfera superiores a 2-3 km, aumenta gradualmente y alcanza su máximo en altitudes de 7-10 km. En estas capas altas no hay inversiones y la temperatura se debe principalmente a corrientes de convección ascendentes y descendentes. Las corrientes ascendentes dan para el aire no saturado de vapor de agua, una caída de temperatura de 1 ° por 100 m de elevación; para aire saturado con vapor de agua, la caída de temperatura es mucho menor (ver arriba). Por ello, a estas altitudes, los gradientes de temperatura en invierno, cuando hay poco vapor de agua en la atmósfera, son mayores que en verano.
En altitudes aún mayores (por encima de 7-10 km), el gradiente de temperatura comienza a caer rápidamente, luego la caída de temperatura se detiene por completo e incluso se produce un ligero aumento de temperatura ( inversión superior). Así, la densidad de la atmósfera se puede dividir en dos capas: la inferior, en la que la temperatura disminuye con la altura, y luego la superior, donde no hay tal disminución, sino que, por el contrario, se observa un ligero aumento. . La primera capa, la inferior, recibe el nombre de troposfera y la segunda, la superior, estratosfera.
En promedio, el límite de la estratosfera se encuentra a una altitud de 11 km. Las observaciones han demostrado que el límite de la estratosfera sube hacia el ecuador y desciende hacia los polos. Entonces, en los países polares, el límite de la estratosfera está a una altitud de 8 a 10 km, en Europa media 11-12 km, mientras que en los trópicos se encuentra a una altitud de 16-18 km. Como resultado, bajo los trópicos, en las capas altas, la temperatura a la misma altura es más baja que sobre los polos. Obviamente, cuanto más alto sea el límite de la estratosfera, mayor será la disminución de la temperatura con la altura. La temperatura más baja en la troposfera superior se encontró cerca del ecuador.
Las observaciones en Batavia, unos pocos grados al sur del ecuador, dieron cifras de aproximadamente -87°, una vez a una altitud de 17 km incluso -91,9.
Esta es la temperatura más baja jamás observada en la atmósfera. En Europa la mayoría temperaturas bajas rara vez caen por debajo de -70°. La altura del límite de la estratosfera también cambia durante el año. Su altura mínima se observa en invierno o a principios de primavera, alcanza su máximo a finales de verano.
Todo lo anterior se aplica a capas superiores atmósfera, pero para un espesor atmosférico de 4-5 km, se puede suponer que la disminución de la temperatura con la altura, cuando se eleva 100 m, es en promedio de 0,5-0,6 por año, y este valor se tiene en cuenta cuando la temperatura se le da al nivel del mar. En las montañas y en las mesetas, cuando la temperatura cambia con la altura, importan varias circunstancias secundarias, por ejemplo, si la pendiente de la montaña está orientada al sol o a la sombra. Además, cuando los inviernos son severos, las cimas suelen tener una temperatura más cálida que los valles, y esta inversión térmica no sólo existe durante la noche, sino que continúa durante todo el período frío. Si en Siberia oriental en invierno hay una pausa debido a la alta presión barométrica y la superficie de la tierra se cubre de nieve, que refleja mucho calor; El aire frío allí, debido a su mayor densidad, llena los valles y depresiones y permanece en ellos, mientras que en las cimas de las crestas en este momento más calor. Un fenómeno similar se observó en muchos valles alpinos protegidos por montañas de los vientos predominantes. Pero en general, incluso en las montañas, se puede tomar una disminución de la temperatura por cada 100 m de elevación igual a 0,5 en promedio por año, y en verano y primavera la caída de temperatura es más rápida, en invierno y otoño más lentamente.

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Planeta azul...

Se suponía que este tema aparecería en el sitio como uno de los primeros. Después de todo, los helicópteros son aviones atmosféricos. atmósfera terrestre- su, por así decirlo, hábitat :-). A propiedades físicas aire simplemente determine la calidad de este hábitat :-). Entonces ese es uno de los conceptos básicos. Y la base siempre se escribe primero. Pero me acabo de dar cuenta de esto ahora. Sin embargo, como sabes, más vale tarde que nunca ... Toquemos este tema, pero sin entrar en líos y dificultades innecesarias :-).

Entonces… atmósfera terrestre. Esta es la capa gaseosa de nuestro planeta azul. Todo el mundo conoce este nombre. ¿Por qué azul? Simplemente porque el componente "azul" (así como el azul y el violeta) luz de sol(espectro) está mejor disperso en la atmósfera, por lo que lo tiñe de un tono azulado azulado, a veces con un toque violeta (en un día soleado, por supuesto :-)).

Composición de la atmósfera terrestre.

La composición de la atmósfera es bastante amplia. No enumeraré todos los componentes en el texto, hay un buen ejemplo: la composición de todos estos gases es casi constante, a excepción del dióxido de carbono (CO 2 ). Además, la atmósfera contiene necesariamente agua en forma de vapores, gotas en suspensión o cristales de hielo. La cantidad de agua no es constante y depende de la temperatura y, en en menor grado, sobre la presión del aire. Además, la atmósfera terrestre (especialmente la actual) también contiene una cierta cantidad, yo diría "todo tipo de porquería" :-). Estos son SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, además hay vapores de mercurio Hg. Es cierto que todo esto está ahí en pequeñas cantidades, gracias a Dios :-).

atmósfera terrestre Se acostumbra dividirlo en varias zonas consecutivas en altura sobre la superficie.

La primera, la más cercana a la Tierra, es la troposfera. Esta es la capa más baja y, por así decirlo, la principal de la vida. diferente tipo. Contiene el 80% de la masa de todo el aire atmosférico (aunque en volumen constituye sólo aproximadamente el 1% de toda la atmósfera) y aproximadamente el 90% de toda el agua atmosférica. La mayor parte de todos los vientos, nubes, lluvias y nieves 🙂 provienen de allí. La troposfera se extiende hasta altitudes de unos 18 km. latitudes tropicales y hasta 10 km en las polares. La temperatura del aire en él desciende con un aumento de aproximadamente 0,65º por cada 100 m.

zonas atmosféricas.

La segunda zona es la estratosfera. Debo decir que entre la troposfera y la estratosfera se distingue otra zona estrecha: la tropopausa. Detiene el descenso de temperatura con la altura. La tropopausa tiene un espesor promedio de 1,5 a 2 km, pero sus límites son confusos y la troposfera a menudo se superpone a la estratosfera.

Así, la estratosfera tiene una altura media de 12 a 50 km. La temperatura en él hasta los 25 km permanece sin cambios (aproximadamente -57ºС), luego hasta los 40 km sube a aproximadamente 0ºС y luego hasta los 50 km permanece sin cambios. La estratosfera es una parte relativamente tranquila de la atmósfera terrestre. Adverso clima está prácticamente ausente. Es en la estratosfera donde se encuentra el famoso capa de ozono en altitudes de 15-20 km a 55-60 km.

Luego viene un pequeño capa límite estratopausa, en la que la temperatura se mantiene alrededor de 0ºС, y luego la siguiente zona es la mesosfera. Se extiende a altitudes de 80 a 90 km y en él la temperatura desciende hasta unos 80ºС. En la mesosfera suelen hacerse visibles pequeños meteoros que comienzan a brillar en ella y a arder allí.

La siguiente brecha estrecha es la mesopausa y más allá la zona de la termosfera. Su altura es de hasta 700-800 km. Aquí la temperatura vuelve a empezar a subir y en altitudes de unos 300 km puede alcanzar valores del orden de 1200ºС. A partir de entonces se mantiene constante. La ionosfera se encuentra dentro de la termosfera hasta una altura de unos 400 km. Aquí el aire está altamente ionizado debido al impacto. radiación solar y tiene una alta conductividad eléctrica.

La siguiente y, en general, la última zona es la exosfera. Esta es la llamada zona de dispersión. Aquí se encuentran principalmente hidrógeno y helio (con predominio de hidrógeno) muy enrarecidos. A altitudes de unos 3.000 km, la exosfera pasa al vacío espacial cercano.

Es así en alguna parte. ¿Por qué sobre? Porque estas capas son bastante condicionales. Son posibles varios cambios de altitud, composición de gases, agua, temperatura, ionización, etc. Además, existen muchos más términos que definen la estructura y el estado de la atmósfera terrestre.

Por ejemplo homosfera y heterosfera. En el primero, los gases atmosféricos están bien mezclados y su composición es bastante homogénea. El segundo está situado encima del primero y allí prácticamente no se produce tal mezcla. Los gases se separan por gravedad. El límite entre estas capas se encuentra a una altitud de 120 km y se llama turbopausa.

Terminemos con los términos, pero definitivamente agregaré que convencionalmente se acepta que el límite de la atmósfera se encuentra a una altitud de 100 km sobre el nivel del mar. Esta frontera se llama Línea Karman.

Agregaré dos imágenes más para ilustrar la estructura de la atmósfera. El primero, sin embargo, está en alemán, pero es bastante completo y fácil de entender :-). Se puede ampliar y considerar bien. El segundo muestra el cambio de la temperatura atmosférica con la altitud.

La estructura de la atmósfera terrestre.

Cambio en la temperatura del aire con la altitud.

Las naves espaciales orbitales tripuladas modernas vuelan a altitudes de entre 300 y 400 km. Sin embargo, esto ya no es aviación, aunque el área, por supuesto, en cierto sentido está estrechamente relacionada, y seguramente volveremos a hablar de ello :-).

La zona de la aviación es la troposfera. Los aviones atmosféricos modernos también pueden volar en las capas inferiores de la estratosfera. Por ejemplo, el techo práctico del MIG-25RB es de 23000 m.

Vuelo en la estratosfera.

Y exactamente propiedades fisicas del aire Las troposferas determinan cómo será el vuelo, qué tan efectivo será el sistema de control de la aeronave, cómo lo afectarán las turbulencias en la atmósfera y cómo funcionarán los motores.

La primera propiedad principal es temperatura del aire. En dinámica de gases, se puede determinar en la escala Celsius o en la escala Kelvin.

Temperatura t1 a una altura determinada h en la escala Celsius se determina:

t 1 = t - 6,5 n, Dónde t es la temperatura del aire en el suelo.

La temperatura en la escala Kelvin se llama temperatura absoluta El cero en esta escala es el cero absoluto. Se detiene en el cero absoluto moción termal moléculas. El cero absoluto en la escala Kelvin corresponde a -273º en la escala Celsius.

En consecuencia, la temperatura t en las alturas h en la escala Kelvin se determina:

T \u003d 273K + t - 6,5H

Presión del aire. La presión atmosférica se mide en pascales (N/m 2), en el antiguo sistema de medida en atmósferas (atm.). También existe la presión barométrica. Esta es la presión medida en milímetros de mercurio usando un barómetro de mercurio. Presión barométrica (presión al nivel del mar) igual a 760 mm Hg. Arte. llamado estándar. En física, 1 atm. justo igual a 760 mm Hg.

Densidad del aire. En aerodinámica, el concepto más utilizado es el de densidad de masa del aire. Esta es la masa de aire en 1 m3 de volumen. La densidad del aire cambia con la altura, el aire se vuelve más fino.

Humedad del aire. Muestra la cantidad de agua en el aire. Hay un concepto " humedad relativa ". Esta es la relación entre la masa de vapor de agua y el máximo posible a una temperatura determinada. El concepto de 0%, es decir, cuando el aire está completamente seco, en general sólo puede existir en el laboratorio. Por otro lado, una humedad del 100% es bastante real. Esto quiere decir que el aire ha absorbido toda el agua que podía absorber. Algo así como una "esponja absolutamente llena". Una humedad relativa alta reduce la densidad del aire, mientras que una humedad relativa baja la aumenta en consecuencia.

Debido al hecho de que los vuelos de los aviones se realizan en diferentes condiciones atmosféricas, sus parámetros de vuelo y aerodinámicos en un modo de vuelo pueden ser diferentes. Por lo tanto, para una correcta evaluación de estos parámetros, introdujimos Atmósfera estándar internacional (ISA). Muestra el cambio en el estado del aire con el aumento de altitud.

Los principales parámetros del estado del aire a humedad cero se toman como:

presión P = 760 mm Hg. Arte. (101,3kPa);

temperatura t = +15°C (288 K);

densidad de masa ρ = 1,225 kg / m 3;

Para la ISA, se supone (como se mencionó anteriormente :-)) que la temperatura desciende en la troposfera 0,65º por cada 100 metros de altitud.

Atmósfera estándar (ejemplo hasta 10000 m).

Las tablas ISA se utilizan para calibrar instrumentos, así como para cálculos de navegación y de ingeniería.

Propiedades físicas del aire. También se incluyen conceptos como inercia, viscosidad y compresibilidad.

La inercia es una propiedad del aire que caracteriza su capacidad para resistir cambios en el estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme. . La medida de la inercia es la densidad másica del aire. Cuanto más alto es, mayor es la inercia y la fuerza de arrastre del medio cuando el avión se mueve en él.

Viscosidad. Determina la resistencia por fricción contra el aire a medida que se mueve la aeronave.

La compresibilidad mide el cambio en la densidad del aire a medida que cambia la presión. A bajas velocidades aeronave(hasta 450 km/h) no hay cambio de presión cuando el flujo de aire fluye a su alrededor, pero cuando altas velocidades El efecto de compresibilidad comienza a aparecer. Su influencia sobre los supersónicos es especialmente pronunciada. Esta es un área separada de la aerodinámica y un tema para un artículo aparte :-).

Bueno, parece que esto es todo por ahora... Es hora de terminar con esta enumeración un poco tediosa, de la que, sin embargo, no se puede prescindir :-). atmósfera terrestre, sus parámetros, propiedades fisicas del aire son tan importantes para la aeronave como los parámetros del propio aparato, y era imposible no mencionarlos.

De momento, hasta próximos encuentros y más temas interesantes 🙂…

PD De postre, sugiero ver un vídeo filmado desde la cabina de un MIG-25PU gemelo durante su vuelo hacia la estratosfera. Filmado, aparentemente, por un turista que tiene dinero para ese tipo de vuelos :-). Filmado principalmente a través del parabrisas. Fíjate en el color del cielo...