|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Атмосфера та її рух. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Альтернативні джерела енергії Земля оточена товстим шаром повітря – атмосферою. З висотою повітря стає все більш розрідженим, менш щільним. У поверхні Землі, лише на рівні моря, один кубічний метр повітря важить при 0 градусів близько 1,3 кілограма; а на висоті 25 кілометрів над земною поверхнею кубічний метр повітря важить вже в тридцять разів менше. Хоча товщина земної атмосфери досягає багатьох сотень кілометрів, але в порівнянні з обсягом земної кулі вона зовсім не велика. Нижній шар атмосфери, в межах від 9 до 18 км над поверхнею Землі, називається тропосферою. У цьому шарі знаходиться понад 3/4 за вагою повітря. Верхні шари називають стратосферою та іоносферою. Повітря, як і всі предмети, має вагу; він тисне на Землю і на всіх, хто живе на ній, з великою силою; ця сила біля Землі дорівнює приблизно одному кілограму за кожен квадратний сантиметр площі тіла. З висотою тиск повітря поступово зменшується. Але й у поверхні Землі, як ми побачимо далі, атмосферний тиск ніколи не буває постійним, він завжди змінюється. Тиск повітря, що дорівнює тиску, який чинить при 0 градусів стовп ртуті заввишки 760 міліметрів, називається нормальним атмосферним тиском. Цей тиск дорівнює 1,0336 кілограмів на квадратний сантиметр. У метеорології тиск повітря прийнято вимірювати у мілібарах. Один мілібар дорівнює приблизно тиску, який надає один грам на поверхню квадратного сантиметра. Нормальний атмосферний тиск дорівнює приблизно 1000 мілібар. Метеорологія - наука про атмосферу та явища, що відбуваються в ній, переважно фізичних. У вужчому понятті - це наука про погоду та її зміни. Атмосфера ніколи не перебуває у спокої. Усюди - біля полюсів і під тропіками, внизу, біля Землі, і вгорі, там, де пливуть хмари, - повітря перебуває у русі. Рух повітря, що оточує Землю, і називають вітром. Що викликає рух повітря в атмосфері? Чому дмуть вітри? Щоб добре усвідомити причину вітру, згадайте всім відоме явище. Коли взимку ви відкриваєте двері з натопленої кімнати на вулицю або в холоднішу кімнату, внизу спрямовується в теплу кімнату холодне повітря. Одночасно з цим поверхом виходитиме назовні тепле кімнатне повітря. Впевнитись у цьому легко. Засвітіть свічку або сірник і помістіть її біля відкритих дверей - спочатку внизу, біля порога, а потім - вгорі (рис. 1). Внизу полум'я свічки помітно відхилятиметься потоком холодного повітря в кімнату, а вгорі, навпаки, потік теплого повітря, що йде з кімнати, відхиляє полум'я свічки назовні, з кімнати.
Чому так відбувається? А ось чому. Якщо взяти два однакові обсяги повітря, але по-різному нагріті, то холодніший об'єм повітря буде завжди щільнішим, а значить, і більш важким. Нагріваючись, повітря, як і всі тіла, розширюється, стає менш щільним і легшим. Коли ми відкриваємо двері на вулицю, холодніше і щільніше зовнішнє повітря спрямовується в теплу кімнату, витісняючи менш щільне і легше кімнатне повітря вгору. Як важче, зовнішнє повітря входить до кімнати внизу, розташовується в кімнаті в нижніх шарах, біля підлоги. Тепле повітря, що витісняється холодним важким повітрям, піднімається вгору і йде з кімнати назовні через верхню частину відкритих дверей. Цей приклад дозволить нам зрозуміти причини руху повітря у атмосфері. Сонячне тепло, що падає на Землю, нагріває насамперед її поверхню. Атмосфера поглинає лише незначну частину сонячної теплової енергії. Від нагрітої поверхні земної кулі нагріваються нижні шари повітря, що стикаються з нею. Теплі шари повітря перемішуються із холодними, віддають їм своє тепло; так відбувається нагрівання повітря. Таким чином, чим сильніше нагрівається Сонцем земна поверхня, тим сильніше нагрівається повітря, що лежить над нею. Але як нагрівається поверхня Землі Сонцем? Далеко не однаково. Це пов'язано насамперед з тим, що в різні пори року та в різних кліматичних поясах.
Землі Сонце піднімається над обрієм по-різному. Чим вище Сонце стоїть над горизонтом, тим більше доводиться сонячного тепла на ту саму площу поверхні Землі (рис. 2). Завдяки кулястій формі Землі на екваторі та біля нього промені Сонця падають круто, опівдні майже прямовисно. У країнах помірного клімату сонячні промені падають на земну поверхню вже значно порожнішого. А в полярних країнах і на полюсах сонячні промені лише ніби ковзають по земній поверхні – Сонце піднімається над горизонтом порівняно невисоко. Більше того, взимку Сонце тут зовсім не з'являється над обрієм: стоїть довга полярна ніч. З цієї причини змінюється температура поверхні Землі протягом доби. Вдень, коли Сонце знаходиться високо в небі, поверхня Землі нагріта найсильніше, увечері ж, коли Сонце йде за горизонт, Земля починає остигати, а вночі та вранці температура її падає ще нижче.
Крім того, нерівномірне нагрівання земної поверхні пояснюється тим, що різні ділянки поверхні нагріваються Сонцем і охолоджуються по-різному. Особливе значення має здатність води та суші по-різному нагріватися і охолоджуватися. Суша швидко нагрівається до вищої температури, але швидко й остигає. Вода ж (особливо в морях і океанах) завдяки постійному перемішуванню нагрівається дуже повільно, проте зберігає своє тепло значно довше, ніж суша. Пояснюється це тим, що теплоємність води та суші різна (теплоємністю називається кількість тепла, необхідне нагрівання тіла однією градус). По-різному нагріваються під променями Сонця та різні ділянки суші. Наприклад, чорна гола земля нагрівається значно сильніше, ніж, скажімо, зелене поле. Сильно нагрівається Сонцем пісок та камінь, набагато слабше – ліс та трава. Здатність різних ділянок землі по-різному нагріватися під променями Сонця залежить також від того, яка частка падаючих поверхню променів поглинається поверхнею і яка відбивається. Різні тіла мають різну відбивну здатність. Так, сніг засвоює лише 15 відсотків сонячної енергії, пісок – 70 відсотків, а вода відбиває лише 5 відсотків та поглинає 95 (рис. 4). Від різно нагрітих ділянок земної кулі по-різному нагрівається повітря. Наскільки різна кількість тепла, що отримується повітрям у різних місцях, видно з такого прикладу. У пустелі повітря одержує від нагрітого піску в 130 разів більше тепла, ніж одержує повітря від води в морі, що знаходиться на одній широті з пустелею. Але по-різному нагріте повітря має, як уже говорилося, і різну щільність. Це створює в різних місцях різний атмосферний тиск: там, де повітря менш нагріте і, отже, щільніше, атмосферний тиск вищий; навпаки, де повітря нагріте сильніше і, отже, більш розріджене, тиск повітря нижче. А повітря з вищим тиском завжди прагне рухатися туди, де є нижчий атмосферний тиск, подібно до того, як вода завжди тече від вищого рівня до нижчого. Так і виникає у природі вітер. Постійне рух повітря створює різницю температур і тисків у атмосфері, що з нерівномірним нагріванням земної кулі Сонцем.
Таким чином, вітер у природі виникає за рахунок енергії сонячних променів. На малюнку 5 ми наводимо спрощену схему основних повітряних течій. Як видно зі схеми, навіть у найпростішому вигляді рух повітряних мас над Землею є досить складною картиною. У екватора завдяки сильному нагріванню поверхні спостерігається постійний знижений тиск повітря. Сюди течуть повітряні потоки з півночі і півдня і створюють постійні вітри - пасати. Ці вітри відхиляються під впливом обертання Землі. У північній півкулі, якщо дивитися в тому напрямку, куди дме пасат, вітер відхиляється праворуч, у південному - ліворуч. На висоті 3-7 кілометрів у цих областях дмухують антипасати - вітри зворотних напрямків. У самого екватора знаходиться зона затишшя. У міру віддалення від екватора антипасати все більше відхиляються від свого напрямку до полюсів. Приблизно на широті 30 градусів по обидві сторони від екватора спостерігаються смуги затишшя; в цих районах припливають від екватора повітряні маси (антипасати) опускаються і створюють областц підвищеного тиску. Саме тут і зароджуються пасати. Звідси ж внизу дмуть вітри до полюсів. Вітри ці - переважаючі західні; порівняно з пасатами вони значно мінливіші. Старі моряки називають області між 30 та 60 градусами областями "західних штормів". Смуги затишшя близько 30 градусів широти називають іноді кінськими широтами. Тут переважає ясна погода за високого атмосферного тиску. Ця дивна назва збереглася ще з тих часів, коли мореплавці ходили парусними кораблями, і ставилося тільки до району біля Бермудських островів. Багато кораблів перевозили коней з Європи островами Вест-Індії. Потрапляючи у смугу затишшя, вітрильники втрачали можливість рухатися. Нерідко при цьому моряки опинялися у важких умовах. Виснажувалися запаси води, від спраги насамперед гинули коні. Викинуті за борт трупи коней довго гасали хвилями. Вітри, що дмуть від полюсів, часто називають полярними східними вітрами (див. рис. 5).
Описана нами картина головних повітряних течій над Землею ще більше ускладнюється постійними вітрами, що виникають завдяки нерівномірному нагріванню води та суші. Ми вже говорили про те, що суша нагрівається і охолоджується швидше, ніж вода. Завдяки цьому за день суша встигає нагрітися значно сильніше, ніж вода: уночі ж, навпаки, вода охолоджується повільніше суше. Тому вдень над сушею повітря сильніше нагрівається; нагріте повітря піднімається нагору і збільшує там атмосферний тиск. Потоки повітря (приблизно на висоті 1 км) прямують до води і над водною поверхнею встановлюється підвищений атмосферний тиск. Внаслідок цього внизу з води починає дмухати свіжий вітер - бриз (рис. 6).
Але настає ніч. Суша швидко охолоджується; охолоджується і прилегле до неї повітря. Холодне повітря, ущільнюючись, опускається. Його тиск у верхніх шарах зменшується. Водночас вода залишається довгий час теплою і нагріває повітря, що знаходиться над нею. Підраховано, що охолодження 1 кубічного метра морської води на один градус дає таку кількість тепла, якого достатньо для нагрівання на один градус понад 3 тисячі кубічних метрів повітря! Нагріваючись, повітря піднімається вгору і створює там підвищений атмосферний тиск. В результаті вгорі починає дмухати вітер на берег, а внизу дме материковий бриз - з суші до води (рис. 7).
Такі берегові вітри відомі всім, хто живе на березі великих озер чи морів. Добре відомі, наприклад, бризи на Чорному, Азовському та Каспійському морях; так, у Сухумі бризи бувають цілий рік. Бризи дмуть і на великих озерах, на таких, як Севан, Іссик-Куль, Онезьке та інші. Спостерігають бризи і берегах великих річок, наприклад, на Волзі біля Саратова, її високому правому березі. Бризи не поширюються далеко. Це – суто місцеві вітри. Нерівномірне нагрівання води та суші в берегових районах морів та океанів створює вітри, аналогічні бризам. Це – так звані мусони. Мусони – сезонні вітри, вони дмуть півроку в одному напрямку, півроку в іншому. Вони дмуть завдяки різному нагріванню та охолодженню морів та материків у зимовий та літній час. Влітку повітря над материком нагрівається набагато сильніше, ніж над морем. Навпаки, взимку повітря над морем (океаном) виявляється теплішим, ніж повітря над материком. Пояснюється це тим, що влітку материки нагріваються сильніше, а взимку охолоджуються сильніше, ніж вода, тоді як море холодніше влітку, взимку стає тепліше суші. Велика теплоємність води дозволяє океану зберігати у собі з літа величезні запаси тепла. Таким чином, влітку материки ніби нагрівають атмосферу, а моря та океани – охолоджують її. Взимку становище змінюється: "атмосферними грубками" стають моря, а "холодильниками" - материки. З цієї причини і дмухують мусони; взимку – із суші на море, а влітку з моря на материк. Мусони спостерігаються у всіх кліматичних поясах, навіть на берегах Північного Льодовитого океану. На напрям мусонів також впливає обертання Землі. Найбільш яскраво виражені мусони в Індії. Нарешті, для загальної характеристики повітряних течій необхідно сказати і про атмосферні вихори - циклони. Повітряні течії, про які ми говорили вище, пов'язані з переміщенням в атмосфері величезних обсягів повітря – повітряних мас. Повітряною масою прийнято називати такі обсяги повітря, які зберігають деякий час свої певні властивості. Так, наприклад, повітряна маса, що йде з Арктики, несе із собою низьку температуру та сухе прозоре повітря. Поверхня розділу двох різних повітряних мас називають фронтом. По обидва боки фронту часто різко різні температура повітря, швидкість вітру тощо. тому, коли над будь-яким місцем проходить фронт, то цьому районі зазвичай різко змінюється погода. Коли дві сусідні повітряні маси, що мають різну температуру (а отже, і різну щільність повітря), рухаються з різною швидкістю, або коли вони переміщуються один щодо одного вздовж фронту (рис. 8 вгорі) на прикордонній поверхні повітряних мас завдяки взаємодії теплих і холодних мас повітря, виникає хвильове обурення - на фронті утворюється повітряна хвиля. При цьому холодне повітря підтікає під тепле, а тепле повітря, своєю чергою, починає відтісняти холодне повітря. Починається завихрення повітряних потоків. Хвильове обурення на фронті зростає, поверхня розділу двох повітряних мас згинається все крутіше: так поступово виникає все сильніший вихровий рух повітря - циклон (див. рис. 8).
Є три основних фронти, де з'являються циклони: арктичний, полярний і тропічний. Арктичний фронт є лінією поділу арктичного та полярного повітря (північні широти). Полярний фронт поділяє полярне та тропічне повітря (помірні широти). Тропічний фронт є лінією поділу тропічного та екваторіального повітря (південні широти). Атмосферний тиск у циклоні знижується для його центру. У центрі циклону тиск повітря найнижчий. Якщо на карті місцевості, де розвивається циклон, всі точки з однаковими тисками з'єднати лініями - наприклад, одна лінія з'єднає всі точки з тиском 990 мілібар, інша - з тиском 995 мілібар і т. д., то виявиться, що всі такі лінії в області циклону будуть замкнутими кривими лініями (рис. 9). Такі лінії називаються ізобарами. Ізобар, що знаходиться в центрі цієї області, буде з'єднувати точки з найнижчим тиском. Завдяки такому розподілу тисків у циклоні вітри дмуть у ньому від країв до центру, так, що утворюється коло вітрів, що дмуть проти годинникової стрілки.
Циклон переміщається у атмосфері; він приносить із собою різку зміну вітру за напрямом і за швидкістю. Середня швидкість руху циклонів 25-40 кілометрів на годину. Крім циклонів, тобто, іншими словами, областей зі зниженим тиском, в атмосфері виникають також області з підвищеним тиском – антициклони. Тут тиск повітря підвищується до центру. Циклони та антициклони нерідко захоплюють дуже великі простори, що тягнуться на тисячі кілометрів. Тому ці атмосферні обурення мають помітний вплив на загальну циркуляцію повітря в атмосфері, ще більшою мірою ускладнюють її. Виникнення та зміна різних вітрів у помірних широтах пов'язані головним чином із переміщенням циклонів та антициклонів. Дуже сильні ураганні вітри виникають у циклонічних обуреннях, що зароджуються на тропічному фронті, над південними морями. Ці циклони звуться тропічних. Автор: Кармішин А.В.
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Липень-2019 - найспекотніший місяць в історії метеоспостережень ▪ Напружений трилер допомагає міцно заснути ▪ Професійний OLED-дисплей LG UltraFine Display OLED Pro ▪ Система навігації для пожежників
▪ Електричні лічильники. Добірка статей ▪ стаття Гальський півень. Крилатий вислів ▪ статья Який птах несе найменші в порівнянні з власними розмірами яйця? Детальна відповідь ▪ стаття Допомога при обмороженні. Медична допомога ▪ стаття Електронна ігротека. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Транзистори IRFL014 - IRFP264. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page