ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.09.2020
Просмотров: 4098
Скачиваний: 10
Испарение твердого тела называется сублимацией (возгонкой), а парообразование в объёме жидкости — кипением. Испарение — эндотермический процесс, при котором поглощается теплота фазового перехода — теплота испарения, затрачиваемая на преодоление сил молекулярного сцепления в жидкой фазе и на работу расширения при превращении жидкости в пар.
Процесс испарения зависит от интенсивности теплового движения молекул: чем быстрее движутся молекулы, тем быстрее происходит испарение. Кроме того, на испарение влияет скорость внешней (по отношению к веществу) диффузии, а также свойства самого вещества: к примеру, спирт испаряется гораздо быстрее воды. Важным фактором является также площадь поверхности жидкости, с которой происходит испарение: из узкого стакана оно будет происходить медленнее, чем из широкой тарелки.
ИСПАРЯЕМОСТЬ — максимально возможное испарение при данных метеорологических условиях с достаточно увлажненной подстилающей поверхности, то есть в условиях неограниченного запаса влаги. Испаряемость выражается в миллиметрах слоя испарившейся воды и сильно отличается от фактического испарения, особенно в пустыне, где испарение близко к нулю, а испаряемость — 2000 мм в год и более.
Конденса́ция паров (лат. condense — уплотняю, сгущаю) — переход вещества в жидкое или твёрдое состояние из газообразного. Максимальная температура, ниже которой происходит конденсация, называется критической. Пар, из которого может происходить конденсация, бывает насыщенным или ненасыщенным.
Виды конденсации
Соотношения для разных видов конденсации выведены на основе опытных данных, а также статистической физики и термодинамики.
Конденсация насыщенных паров
При наличии жидкой фазы вещества конденсация происходит при сколь угодно малых пересыщениях и очень быстро. В этом случае возникает подвижное равновесие между испаряющейся жидкостью и конденсирующимися парами. Уравнение Клапейрона — Клаузиуса определяет параметры этого равновесия — в частности, выделение тепла при конденсации и охлаждение при испарении.
Конденсация перенасыщенного пара
Наличие перенасыщенного пара возможно в следующих случаях:
-
отсутствие жидкой или твёрдой фазы того же вещества.
-
отсутствие ядер конденсации — взвешенных в атмосфере твёрдых частиц или капелек жидкости, а также ионов (наиболее активные ядра конденсации).
-
конденсация в атмосфере другого газа — в этом случае скорость конденсации ограничена скоростью диффузии паров из газа к поверхности жидкости.
Прибор ядерной физики — камера Вильсона — основана на явлении конденсации на ионах.
При отсутствии ядер конденсации пересыщение может достигать 800—1000 и более процентов. В этом случае конденсация начинается во флуктуациях плотности пара (точках случайного уплотнения вещества).
Конденсация ненасыщенного пара
Конденсация ненасыщенного пара возможна в присутствии порошкообразных или твёрдых пористых тел. Кривая (в данном случае вогнутая) поверхность изменяет равновесное давление и инициирует капиллярную конденсацию.
Конденсация в твёрдую фазу
Конденсация, минуя жидкую фазу, происходит через образование мелких кристалликов (десублимация). Это возможно в случае давления паров ниже давления в тройной точке при пониженной температуре.
Конденсат на окнах
Образование конденсата на стеклах происходит в холодное время года. С точки зрения физики, образование конденсата на окнах происходит из-за понижения температуры поверхности ниже температуры точки росы. Температура точки росы зависит от температуры и влажности воздуха в помещении. Причина образования конденсата на окнах может состоять как в чрезмерном повышении влажности внутри помещения, вызванном нарушением вентиляции, так и в невысоких теплоизолирующих свойствах стеклопакета, металлопластиковой рамы, оконной коробки, в неправильной глубине монтажа окна в однородной стене, неправильной глубине монтажа относительно слоя стенового утеплителя, в полном отсутствии, либо в некачественном утеплении оконных откосов.
Сублима́ция (возго́нка) — переход вещества из твёрдого состояния сразу в газообразное, минуя жидкое. Поскольку при возгонке изменяется удельный объём вещества и поглощается энергия (теплота сублимации), возгонка является фазовым переходом первого рода.
Обратным процессом является десублимация. Примером десублимации являются такие атмосферные явления, как иней на поверхности земли и изморозь на ветвях деревьев и проводах.
23 Осадки. Зависимость осадков от природных факторов, зональность. Виды атмосферных осадков. Географическое распределение.
Осадки. Тонкие облака и облака в тропиках не достигают высоты замерзания, потому в них не образуются кристаллы льда (А). Вместо этого более крупная, чем обычно, водяная частица в облаке может соединяться с несколькими миллионами других водяных частиц, в результате чего достигается размер дождевой капли. Электрические заряды могут способствовать объединению водяных частиц, если у них противоположные заряды. Некоторые капли разбиваются на части, образуя достаточно крупные водяные частицы, чтобы шла цепная реакция, порождающая поток дождевых капель. Большинство дождей в средних широтах являются, однако, результатом падения снежных хлопьев, тающих прежде, чем они достигнут земли (В). Много миллионов мелких водяных частиц и ледяных кристаллов должны объединиться, чтобы образовалась одна капля или снежинка, достаточно тяжелая, чтобы упасть из облака на землю. Тем не менее, снежинка может вырасти из кристаллов льда всего лишь за 20 минут. Для того, чтобы образовались большие градины, необходимы сильные воздушные потоки (С) (градины диаметром в 30 мм образуются при скорости воздушного потока 100 км/ч). Вихревые воздушные потоки во время грозы превращают замерзшие частицы воды в начальные градинки. Обильные переохлажденные влажные водяные частицы легко примерзают к ее поверхности. Градинку воздушными потоками бросает из стороны в сторону, в результате чего на ней концентрируются многочисленные плотные слои льда, которые могут быть прозрачными или белыми. Непрозрачный слой образуется, когда в градину попадают пузырьки воздуха, а иногда и кристаллы льда, во время быстрого замерзания в холодных верхних ярусах облака. Прозрачные слои образуются в более теплых нижних ярусах облака, где вода замерзает гораздо медленнее. В градине может быть до 25 и более слоев (D), причем последний — прозрачный слой льда, часто самый толстый — образуется, когда градина падает через влажную и теплую нижнюю кромку облака. Самая большая -градина была зарегистрирована 3 сентября 1970 г. в Коффивилле, штат Канзас. Ее диаметр составлял 190 мм, а вес — 766 г.
Зональность- это закономерное изменение компонентов или комплексов от экватора к полюсам благодаря измерению угла падения солнечных лучей.
По причине зонального распределения солнечной энергии на земле зональны: температура воздуха воды и почвы; испарение и облочность; атмосферные осадки; барические центры и системы ветров; свойства воздушных масс; типы растительности и животного мира; скульптурные формы рельефа.
Сфера появления зональности.
Выделяют: радиационные, тепловые, климатические, географические пояса.
Атмосферные осадки — вода в жидком или твердом состоянии, выпадающая из облаков или осаждающаяся из воздуха на земную поверхность.
Дождь
При определенных условиях облачные капли начинают сливаться в более крупные и тяжелые. Они уже не могут удерживаться в атмосфере и падают на землю в виде дождя.
Град
Бывает, что летом воздух быстро поднимается вверх, подхватывает дождевые тучи и несет их на высоту, где температура ниже 0°. Дождевые капли замерзают и выпадают в виде града (рис. 1).
Снег
В зимнее время в умеренных и высоких широтах осадки выпадают в виде снега. Облака в это время состоят не из капелек воды, а из мельчайших кристалликов — иголочек, которые, соединяясь вместе, образуют снежинки.
Роса и иней
Осадки, выпадающие на земную поверхность не только из облаков, но и непосредственно из воздуха, — это роса и иней.
Количество выпавших осадков измеряется осадкомером или дождемером
Классификация и виды осадков
Осадки различают по характеру выпадения, по происхождению, по физическому состоянию, сезонам выпадения и т. д. (рис. 3).
По характеру выпадения осадки бывают ливневыми, обложными и моросящими. Ливневые осадки - интенсивные, непродолжительные, захватывают небольшую площадь. Обложные осадки - средней интенсивности, равномерные, длительные (могут продолжаться сутками, захватывая большие территории). Моросящие осадки - мелкокапельные осадки, выпадающие на незначительной территории.
По происхождению различают осадки:
-
конвективные - характерны для жаркого пояса, где интенсивны нагрев и испарение, но нередко бывают и в умеренном поясе;
-
фронтальные - образуются при встрече двух воздушных масс с разной температурой и выпадают из более теплого воздуха. Характерны для умеренных и холодных поясов;
-
орографические - выпадают на наветренных склонах гор. Они очень обильны, если воздух идет со стороны теплого моря и обладает большой абсолютной и относительной влажностью.
Сравнив на климатической карте годовое количество атмосферных осадков на Амазонской низменности и в пустыне Сахара, можно убедиться в неравномерном их распределении.
Осадки приносят влажные воздушные массы, формирующиеся над океаном. Это хорошо видно на примере территорий с муссонным климатом. Летний муссон приносит с океана много влаги. И над сушей идут продолжительные дожди, как на Тихоокеанском побережье Евразии.
Постоянные ветры также играют большую роль в распределении осадков. Так, пассаты, дующие с континента, приносят сухой воздух на север Африки, где расположена самая обширная пустыня мира — Сахара. Западные ветры приносят в Европу дожди с Атлантического океана.
Как вы уже знаете, морские течения влияют на осадки в прибрежных частях материков: теплые течения способствуют их появлению (Мозамбикское течение у восточных берегов Африки, Гольфстрим у берегов Европы), холодные, наоборот, препятствуют выпадению осадков (Перуанское течение у западных берегов Южной Америки).
Рельеф также влияет на распределение осадков, например, Гималайские горы не пропускают на север влажные ветры, дующие с Индийского океана. Поэтому на их южных склонах иногда выпадает за год до 20 000 мм осадков. Влажные воздушные массы, поднимаясь по склонам гор (восходящие токи воздуха), охлаждаются, насыщаются, и из них выпадают осадки. Территория же севернее Гималайских гор напоминает пустыню: там выпадает всего 200 мм осадков в год.
Существует зависимость между поясами атмосферного давления и количеством осадков. У экватора — в поясе низкого давления — постоянно нагретый воздух; поднимаясь вверх, он охлаждается и насыщается. Поэтому в области экватора образуется много облаков и идут обильные дожди. Много осадков выпадает и в других областях земного шара, где господствует низ- кос давление. При этом большое значение имеет температура воздуха: чем она ниже, тем меньше выпадает осадков.
В поясах высокого давления преобладают нисходящие воздушные токи. Воздух, опускаясь, нагревается и утрачивает свойства состояния насыщения. Поэтому на широтах 25-30° осадки выпадают редко и в малом количестве. В областях высокого давления у полюсов также выпадает мало осадков.
Абсолютный максимум осадков зарегистрирован на о. Гавайи (Тихий океан) — 11 684 мм/год и в Черапунджи (Индия) — 11 600 мм/год. Абсолютный минимум - в пустыне Атакама и в Ливийской пустыне — менее 50 мм/год; иногда осадки годами вообще не выпадают.
Характеристикой увлажнения территории служит коэффициент увлажнения — отношением годового количества осадков и испаряемости за тот же период. Коэффициент увлажнения обозначают буквой К, годовое количество осадков — буквой О, а испаряемость — И; тогда К = О : И.
Чем меньше коэффициент увлажнения, тем суше климат. Если годовое количество осадков примерно равно испаряемости, то коэффициент увлажнения близок к единице. В этом случае увлажнение считается достаточным. Если показатель увлажнения больше единицы, то увлажнение избыточное, меньше единицы - недостаточное. При коэффициенте увлажнения менее 0,3 увлажнение считается скудным. К зонам с достаточным увлажнением относятся лесостепи и степи, к зонам с недостаточным увлажнением — пустыни.
24. Барические центры, их происхождение и влияние на атмосферные процессы. Барическое поле
Барические системы- области пониженного и повышенного атмосферного давления, части барического поля атмосферы. Основные Б. с. — Циклоны (с пониженным давлением) и Антициклоны (с повышенным давлением) — ограничены на приземных картах распределения давления (см. рис.) замкнутыми изобарами — линиями, соединяющими места с одинаковым давлением. Различают также Б. с. с незамкнутыми изобарами — ложбина низкого давления и гребень высокого давления. Чаще всего они являются несколько обособленными периферийными частями циклонов и антициклонов. Различают ещё седловину — область между двумя циклонами и двумя антициклонами, расположенную крест-накрест. Размеры Б. с. различны, но обычно они сравнимы с размерами материков и океанов или их больших частей. Б. с. непрерывно перемещаются, меняют свои размеры и интенсивность, возникают заново и исчезают. С Б. с. связаны определённые системы воздушных течений (ветров), распределение температуры, облачности, осадков и т.д.
С. П. Хромов
Крупномасштабная область в барическом поле атмосферы с определенным типичным распределением атмосферного давления. Барические системы в основном делятся на области пониженного и повышенного давления. В первых изобарические поверхности прогнуты вниз, во вторых — выгнуты вверх.
В циклоне атмосферное давление в центре области наименьшее, и горизонтальные барические градиенты направлены от периферии к центру; в антициклоне давление в центре области наибольшее, и горизонтальные барические градиенты направлены от центра к периферии. Давление в центре Б. С. на уровне моря может быть на несколько десятков миллибар ниже или выше, чем на периферии, при поперечнике системы порядка сотен и тысяч километров.
Барические системы с незамкнутыми изобарами — ложбина и гребень — представляют собой периферийные части систем с замкнутыми изобарами или промежуточные области между ними. Различают также вторичный циклон, отрог, седловину; прежде различали еще прямолинейные изобары.
Под влиянием асимметричного распределения температуры барические системы с замкнутыми изобарами обычно превращаются с высотой в системы с разомкнутыми изобарами. В зависимости от высоты, на которой происходит это превращение, различают высокие, средние и низкие барические системы.
Барические системы связаны с определенными полями ветра, с фронтами, с типичными облачными формами и пр. В качестве таких комплексных (не только барических) образований они носят название атмосферных возмущений.
Пространственное распределение атмосферного давления. Б. П. — скалярное поле, характеризующееся системой поверхностей равного давления — изобарических поверхностей. На синоптических и климатологических картах Б. П. представляется либо изобарами на различных стандартных уровнях (высотах), либо изогипсами (линиями равных геопотенциалов) определенных изобарических поверхностей. Формы барического поля носят название барических систем. Со скалярным Б. П. связано векторное поле барического градиента.