Что случиться на Земле если пропадет атмосфера? Может ли планета неограниченно долго удерживать изотермическую атмосферу
Вопросы и задачи для самостоятельного решения
3.4.. Вопросы и задачи для самостоятельного решения
1. Определить для равновесного газа: а) ; б) ; в) долю молекул с ; г) долю молекул с . Здесь - компоненты скорости молекул вдоль осей x, y, z. - наиболее вероятное значение .2. Газ из молекул массы m находится в равновесном состоянии с температурой Т. Написать выражение для распределения вероятностей для компоненты скорости молекул газа. Нарисовать на одном чертеже графики зависимости для: а) ; б) ; в) ; г) где a - некоторое число. Чему равны площади под кривыми?
3. Азот находится при температуре Т = 600 К. Какова вероятность того, что молекула азота имеет скорость, точно равную 500 м/сек. Какова вероятность того, что скорость молекулы имеет значение в интервале от = 499,5 м/сек до = 500,5 м/сек?
4. Записать распределение Максвелла для в виде - функции от переменной
,
где - наиболее вероятное значение модуля вектора скорости. Нарисовать график зависимости от h плотности вероятности
.
Показать на рисунке долю молекул, у которых V ³ V0. Чему равна площадь под кривой?
5. Что происходит с максимумом функции f (V) при: а) увеличении температуры газа Т; б) увеличении массы молекул газа m? Как меняется при этом относительное число "быстрых" (V ³ V0) и "медленных" (V £ V0) молекул
.
f (V) - плотность вероятности для модуля скорости молекул.
6. Вычислить с помощью распределения Максвелла по абсолютным значениям скоростей молекул среднее значение обратной скорости .
7. Используя распределение Максвелла для e (энергий)
.
Найти наивероятнейшие e0 и среднее e> значения энергии поступательного движения молекул газа при температуре Т. Найти высоту максимума распределения Нарисовать график зависимости F(e) для двух температур: Т и 2Т. При какой энергии e* пересекаются кривые? Чему равны площади под кривыми?
8. Чему равна концентрация n молекул массы m в изотермической (температура Т) атмосфере планеты на расстоянии r от её центра (r-R~R, где R - радиус планеты)? Массы планеты М, концентрация молекул на поверхности планеты n0. Нарисовать график зависимости n от r для r ³ R.
9. Может ли планета неограниченно долго удерживать изотермическую атмосферу?
10. Идеальный газ (масса молекул m) находится в сосуде объемом V при температуре Т. Внешних силовых полей нет. Найти распределение вероятностей для координат и компонент скорости молекул газа.
11. Как надо изменить ответ к предыдущей задаче, если газ находится во внешнем поле, в котором потенциальная энергия молекул газа равно ? Записать для этого случая.
12. Полное число молекул в газе N. Определить DN - среднее число тех молекул газа, находящихся в элементе объёма DV = DxDyDz, компоненты скорости которых принадлежат интервалам . Внешнего силового поля нет.
13. Известно распределение вероятностей для вектора скорости молекул газа. Написать выражение для вектора плотности потока тех молекул, вектор скорости которых принадлежит интервалу концентрации молекул n.
14. Написать выражение для числа молекул газа, пересекающих в положительном направлении оси х за время Dt площадку DS, перпендикулярную этой оси. Известны: распределение вероятностей для компоненты скорости молекул и концентрации молекул n.
15.На диаграммах (P,V) изображён циклический процесс, осуществляемый с идеальным газом.
| Определить построением точки А и В, в которых температура газа Т минимальна и максимальна. Определить участки, на которых Т растёт и убывает. |
16. Над некоторой системой совершили работу d'A' и сообщили ей теплоту d'Q'. Найти работу d'A', которую совершила при этом сама система и приращение dU её внутренней энергии.
17. При совершении некоторой системой работы d'A' её внутренняя энергия испытала приращение dU. Какое количество d'Q' теплоты получила система?
18. При давлении Р приращение объёма системы равно dV. Какую работу d'A' совершила система над окружающими её телами? Чему равно d'A', если объём системы: а) уменьшается; б) увеличивается? Найти теплоту d'Q', полученную системой, если приращение её внутренней энергии dU.
| 19. На диаграмме (P,V) изображён процесс, совершаемый некоторой системой. На каких участках работа системы положительна? отрицательна? Показать на рисунке полную работу при переходе из состояния 1 в состояние 2. |
20. Найти число i степеней свободы для молекул Не, N2, СО2, Н2О, СН4 (молекула СО2 - линейная; имеют место все виды движений).
21. Число степеней свободы i для молекул газа известно. Используя закон равнораспределения энергии, найти среднюю энергию e> молекул идеального газа при температуре Т и его внутреннюю энергию U, если он: а) содержит N молекул; б) занимает объём V при давлении Р. Выразить V через число молей газа .
22. Известна зависимость внутренней энергии газа U (V,T) системы от объёма V и температуры Т. Вычислить изохорическую теплоёмкость системы CV.
23. Идеальный газ (показатель адиабаты g) переводят из состояния (P1,V1) в состояние (P2,V2). Найти приращение внутренней энергии.
24. Воздух в комнате при открытой форточке нагрели от Т1 до Т2. Чему равно приращение DU внутренней энергии воздуха, находящегося в комнате.
25. Написать уравнение состояния идеального газа в параметрах pV и Т, если известны его СР и CV.
| 26.На диаграмме (P,V) показан ряд процессов. Кривая 2 - изотерма; кривая 4 - адиабата. Определив знак теплоёмкости С в процессах 1, 3, 5. Чему равна теплоёмкость в процессах 2 и 4? |
27. Некоторая система при температуре Т получает элементарное количество теплоты d'Q. Указать связь между этими величинами и приращением энтропии dS системы, если процесс: а) квазистатический; б) не квазистатический.
| 28. На диаграмме (T,S) изображён некоторый квазистатический процесс. Чему равна заштрихованная площадь? |
30. Можно ли пересчитать микросостояния при классическом их описании у системы, состоящей из N частиц?
31. С помощью энтропии S идеального газа вычислить частные производные и , где V - объём, U - внутренняя энергия идеального газа.
32. Рассмотрим замкнутую систему, состоящую из двух равновесных подсистем с постоянными объёмами и числом частиц. Подсистемы могут обмениваться теплотой. Показать, что одним из необходимых условий равновесности состояния системы является равенство температур подсистем.
33. молей идеального газа с показателем адиабаты переводят из состояния, в котором его давление Р1 и объём V1, в состояние, в котором его давление Р2 и объём V2. Определить приращение энтропии газа DS. Рассмотреть случаи, когда оба состояния лежат на: а) одной изобаре; б) на одной изохоре; в) на одной изотерме; г) на одной адиабате.
34. Во сколько раз увеличится статистический вес одного моля идеального газа при изотермическом увеличении его объёма в два раза?
35. Оценить среднее число молекул в некотором объёме газа, если относительная флуктуация числа молекул в этом объёме dN = 1 %. Оценить линейный размер l такого объёма, если газ находится при нормальных условиях.
| 36. На рисунке изображён циклический процесс, осуществляемый с рабочим телом в некотором устройстве. Что это за устройство: тепловая машина или холодильник? |
37. Может ли тепловая машина, использующая цикл Карно, быть необратимой? Сформулировать достаточные условия обратимости такой машины.
38. Сколько нагревателей и холодильников, и с какими температурами необходимо для реализации тепловой машины, использующей цикл, изображённый на рисунке 28.
40. Обратимая тепловая машина за цикл потребляет от нагревателя теплоту Q1 и передаёт холодильнику теплоту Q2. Какую работу А надо совершить над этой машиной, чтобы, работая в режиме теплового насоса, она "выкачала" из холодильника теплоту Q? Какую теплоту QН получит при этом нагреватель?
4.1. Ответы
1. а) 0; б) 0; в) ½; г) 1/8.| 2. |
3. w1= 0; w = f (V) V, где V = 500 м/сек; V = 1 м/сек.
.
| 4. |
5. а) Смещается вправо , высота максимума убывает , относительное число быстрых молекул не меняется; б) смещается влево от , высота максимума растёт , относительное число быстрых молекул не меняется.
9. Нет: , что означает, что такая атмосфера должна терять частицы до её полного исчезновения.
10. .
11. Множитель заменить на
,
где ; А - содержит все остальные множители.
12. .
13. .
14. .
| 15.На участке ADB температура растёт. На участке ВСА температура падает. |
17. .
18. В любом случае ; знак работы определяется знаком .
| 19. | . Полная работа отрицательна и по модулю равна площади заштрихованной фигуры. |
20.
21. 22. 23. . 24. 25. 26. 27. 28. а) - теплота, полученная системой при переходе из 1 в 2. б) Теплота, полученная за один цикл, она же работа системы за цикл.| 29. | Система из состояний менее вероятных будет переходить к состояниям более вероятным, при этом энтропия будет расти. |
33. 34. . 35. 36. Холодильник.
37. Да, если не выполнено хотя бы одно из следующих условий: все процессы квазистатические, при получении (отдаче) тепла от нагревателя (холодильника) температура рабочего тела равна температуре нагревателя (холодильника).
38. Два нагревателя с температурами Т1 и Т2 и три холодильника с температурами Т4, Т5, Т3.
39. .
40.3.4.2. Дополнительные задачи
1. Найти удельную теплоёмкость идеального одноатомного газа, если нагревание осуществляется так, что среднеквадратичная скорость U теплового движения его атомов массой m увеличивается прямо пропорционально давлению Р.2. Рабочим веществом теплового двигателя является один моль идеального одноатомного газа. Цикл двигателя состоит из адиабаты, изотермы и изохоры, а его к.п.д. равен h = 20 %. Зная, что работа, совершаемая над газом при его изотермическом сжатии, равна А = 2,5 кдж, найти максимальную разность температур DТ газа в этом цикле.
3. При нагревании одного моля гелия ему было передано количество теплоты Q. При этом давление гелия увеличилось от первоначального Р1 до Р2, а его объём V возрастал по закону: , где Т - абсолютная температура, a - постоянный коэффициент. Найти a.
4. Внутри замкнутого сосуда с жесткими стенками находятся нагреватель, футбольный мяч и 1 молей аргона. Внутри мяча содержится ещё 2 молей аргона. Оболочка мяча не растягивается и хорошо проводит тепло. В исходном состоянии температура всей системы равна Т, а давление внутри мяча больше, чем в сосуде. Нагреватель включают и медленно греют систему. Какое количество теплоты нужно сообщить аргону, чтобы мяч лопнул, если его оболочка выдерживает разность давлений в n раз большую исходной?
5. Сосуд объёмом V1, заполненный гелием, соединён короткой трубкой с закрытым краном со вторым сосудом объёмом V2, заполненным аргоном. Масса гелия равна m1, а его давление Р1. Давление аргона равно Р2, а его количество в n раз больше количества гелия. Пренебрегая теплообменом гелия и аргона с окружающими телами, найти среднюю квадратичную скорость теплового движения атомов гелия, которая установится после открытия крана.
6. Моль гелия за цикл работы в тепловом двигателе совершает работу, равную А. Цикл состоит из адиабаты, изобары и изохоры. Максимальная разность температур гелия при адиабатическом процессе равна DТ. Найти количество теплоты Q, которым обменивается гелий с внешними телами при изобарическом процессе, зная, что на этом участке цикла температура гелия становится минимальной.
7. Один моль аргона адиабатически сжали, свершив работу А. Зная, что при этом изменение давления DР газа по сравнению с исходным давлением Р и относительное изменение его объёма оказались малыми, найти начальную температуру Т аргона.
8. Теплоизолированный сосуд заполнен одноатомным газом. Со временем половина его молекул "склеилась" попарно, образуя двухатомные молекулы. При склеивании пары молекул выделяется энергия e. Во сколько раз изменилось давление в сосуде? Начальная температура Т. Теплоёмкостью сосуда пренебречь.
3.4.3. Ответы к дополнительным задачам
1. Так как и для 1 моля где - число Авогадро, - коэффициент пропорциональности, k - постоянная Больцмана, то Молярная теплоёмкость и так как,
то .
2. Так как при адиабатическом процессе , при изотермическом сжатии газ отдаёт холодильнику а в при изохорическом процессе получает от нагревателя где R ~ 8,3 дж / моль К и
, то .
3. Так как то и .
Так как
4. Пусть Тк - температура, Р1к и Р2к - давление в сосуде и мяче в момент разрыва, а Р1н и Р2н - давление в сосуде и мяче до нагревания. Так как , то
.
5. Так как
где Т1 и Т2 - начальные температуры гелия и аргона, Т - температура смеси, то
.
| Так как то гелий отдаёт количество теплоты |
7. (адиабатический процесс).
Так как и то и
Таким образом, .
8. При "склеивании" половины молекул образуется пар выделяется энергия . Тогда энергия газа составит и температуру Т1 можно найти (с учётом "двухатомности" склеенных молекул)Таким образом . Отношение давлений определяется как отношение температур.
3.5. Контрольные вопросы
1. Что называют термодинамической системой?2. Что такое состояние термодинамической системы?
3. Какой набор параметров определяет состояние системы?
4. Какая термодинамическая система является однородной?
5. Что такое термодинамическое равновесие?
6. Какая термодинамическая система называется равновесной?
7. Что такое макроскопическая система?
8. Какие трудности возникают при описании макроскопической системы механическими методами?
9. Какие параметры системы называются макроскопическими?
10. Какие параметры системы называются микроскопическими?
11. Как получить значения макроскопических параметров, если известны микроскопические параметры?
12. В чём состоит метод среднестатистического среднего?
13. Что называют плотностью вероятности?
14. Что такое относительная флуктуация?
15. Что такое квадратичная флуктуация?
16. В чём содержание теоремы об относительной флуктуации?
17. Каким свойством должна обладать физическая величина, чтобы её относительная флуктуация подчинялась теореме об относительной флуктуации?
18. Какие системы называют квазизамкнутыми и квазинезависимыми?
19. Какими параметрами характеризуется состояние статистической системы?
20. Что называется функцией статистического распределения?
21. Каков физический смысл распределения Гиббса?
22. Какую роль играет распределение Гиббса в статистической физике?
23. Как вычислить среднее значение параметра с помощью распределения Гиббса для случая дискретного распределения энергии?
24. Как вычислить среднее значение параметра с помощью распределения Гиббса для случая непрерывного распределения энергии?
25. Что такое энтропия в статистической физике?
26. Как вычисляется энтропия в статистической физике?
27. Каким условиям удовлетворяет статистическая энтропия?
28. В чём состоит особенность энтропии для систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия?
29. Как связаны между собой энергия, энтропия и температура?
30. Какими свойствами обладает модель "идеальный газ"?
31. Как выглядит распределение вероятностей по импульсам для молекулы идеального газа?
32. Чему равна среднеквадратичная скорость ?
33. Чему равна средняя кинетическая энергия атома?
34. Как выглядит формула Больцмана?
35. С каким процессом связано изменение внутренней энергии индивидуальных частиц, при котором не изменяется распределение вероятностей термодинамической системы?
36. С каким процессом связано изменение внутренней энергии индивидуальных частиц, при котором изменяется распределение вероятностей термодинамической системы?
37. Как выглядит распределение Максвелла по компонентам скоростей молекулы?
38. Как выглядит распределение Максвелла по абсолютным значениям скоростей молекулы?
39. Что такое степени свободы?
40 Что такое число степеней свободы?
41. В чём состоит содержание теоремы о равнораспределении энергии по степеням свободы?
42. В чём особенности степеней свободы колебательного движения?
43. Как выглядит выражение для общего числа степеней свободы?
44. Как выглядит формула для средней энергии линейной молекулы, состоящей из n атомов?
45. Как выглядит формула для средней энергии фор нелинейной молекулы, состоящей из n атомов?
46. Что такое константа Больцмана?
47. Перечислить основные понятия термодинамики.
48. Перечислить основные термодинамические параметры состояния тела.
49. Дать определение теплоты.
50. Дать определение количества теплоты.
51. Что такое теплообмен?
52. Как определяется температура?
53. Что такое абсолютная и эмпирическая температуры?
54. Как измерить эмпирическую температуру?
55. Как измерить абсолютную температуру?
56. Что такое термодинамическая шкала, в чём её отличие от всех других температурных шкал?
57. Можно ли стационарное состояние системы считать равновесным?
58. Что такое уравнение состояния?
59. Как выглядит уравнение состояния идеального газа?
60. Что такое термодинамический процесс?
61. Какой процесс называют равновесным?
62. Можно ли равновесный процесс считать обратимым?
63. Как реализовать равновесный процесс?
64. Что такое квазистатический процесс?
65. Дать формулировку О - началу термодинамики.
66. Дать формулировку 1 - началу термодинамики.
67. Дать формулировку 2 - началу термодинамики.
68. Дать формулировку 3 - началу термодинамики.
69. Дать определение внутренней энергии идеального газа.
70. Как определяется элементарная работа в термодинамике.
71. Что означает, что изменение внутренней энергии является полным дифференциалом?
72. Доказать, что изменение количества теплоты и работы не являются полными дифференциалами?
73. Как выглядит первое начало термодинамики для изохорического процесса?
74. Как выглядит первое начало термодинамики для изобарического процесса?
75. Как выглядит первое начало термодинамики для изотермического процесса?
76. Как выглядит первое начало термодинамики для адиабатического процесса?
77. Чему равна работа в изотермическом процессе?
78. Чему равна работа в изобарическом процессе?
79. Чему равна работа в адиабатическом процессе?
80. Чему равна работа в изохорическом процессе?
81. Какой термодинамический процесс называется циклическим?
82. В чём особенность внутренней энергии в термодинамическом процессе?
83. Как выглядит модель тепловой машины?
84. Как выглядит модель холодильной машины?
85. При каких условиях тепловой машиной можно пользоваться как холодильной?
86. Что такое обратимая тепловая машина?
87. Чему равен коэффициент полезного действия тепловой машины
88. Чему равен коэффициент полезного действия холодильной машины?
89. Что такое приведённая теплота?
90. Чему равен коэффициент полезного действия цикла Карно?
91. Что такое цикл Карно?
92. В чём особенность цикла Карно по сравнению с другими циклами?
93. Что такое термодинамическая энтропия?
94. В чём особенность поведения энтропии в замкнутой системе?
95. Как выглядит первое начало термодинамики с использованием величины энтропии.
96. Что такое связанная энергия?
97. Что представляют по смыслу термодинамические потенциалы?
98. Написать выражение для свободной энергии.
99. Написать выражение для потенциала Гиббса.
100. В чём состоит связь термодинамической и статистической энтропии и в чём статистический смысл второго начала термодинамики.
Используемая литература
1. Библия. М., 1994.2. Григулевич И.Р. Инквизиция. М., 1988, Мир.
3. Клайн Н. Математика. Поиск истины. М., 1988.
4. Фролов Б.А. К истокам познания и творчества. Сб.: Будущее науки, № 23, 1990.
5. Аристотель. Сочинения. Т. 3. М., 1981.
6. Стрелков С.П. Механика. М., 1975.
7. Спасский Б.М. Физика для философов. МГУ, 1988.
8. Тамм И.Е. Основы теории электричества. М., 1988.
9. Козелецкий Ю. Психологическая теория решений. М., 1979, Прогресс.
10. Буздин А.И., Зильберман А.Р., Кротов С.С. Раз задача, два задача. М., 1990, Наука.
11. Стрелков С.П., Эльцин И.А., Яковлев И.А. Сборник задач по общему курсу физики. Ч. I. М., 1960.
12. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1983.
13. Елютин П.В., Чижов Г.А. Словарь-справочник по элементарной физике. Ч. I, II, III. М., 1995, изд. МГУ.
14. Липкин А.И. Модели современной физики. М., 1999, изд. ГНОЗИС.
15. Путилов К.А. Курс физики. Т. I, II. М., 1954, изд. Техн. теор. лит-ры.
16. Левич В.Г. Курс теоретической физики. Т. 1. М., 1962, Физматгиз.
17. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Статистическая физика. М., 1964, изд. Наука.
18. Лауэ М. История физики. М., 1956.
19. Хазен А.М. О возможном и невозможном в науке. М., 1988.
20. Бабаджан Е.Н., Гервиде В.Н., Дубовик В.М., Нерессов Э.А. Сборник качественных вопросов и задач по общей физике. М., 1990, Наука.
21. Кассандрова О.Н., Матвеев А.Н., Попов В.В. Пособие по решению задач молекулярной физики.
22. Задачи вступительных экзаменов по физике на физическом факультете МГУ разных лет.
23. Козел С.М. Сборник задач по физике. М., 1990, Наука.
скачатьnenuda.ru
3. Вопросы и задачи для самостоятельного решения
3.4.. Вопросы и задачи для самостоятельного решения
1. Определить для равновесного газа: а) ; б) ; в) долю молекул с ; г) долю молекул с . Здесь - компоненты скорости молекул вдоль осей x, y, z. - наиболее вероятное значение .2. Газ из молекул массы m находится в равновесном состоянии с температурой Т. Написать выражение для распределения вероятностей для компоненты скорости молекул газа. Нарисовать на одном чертеже графики зависимости для: а) ; б) ; в) ; г) где a - некоторое число. Чему равны площади под кривыми?
3. Азот находится при температуре Т = 600 К. Какова вероятность того, что молекула азота имеет скорость, точно равную 500 м/сек. Какова вероятность того, что скорость молекулы имеет значение в интервале от = 499,5 м/сек до = 500,5 м/сек?
4. Записать распределение Максвелла для в виде - функции от переменной
,
где - наиболее вероятное значение модуля вектора скорости. Нарисовать график зависимости от h плотности вероятности
.
Показать на рисунке долю молекул, у которых V ³ V0. Чему равна площадь под кривой?
5. Что происходит с максимумом функции f (V) при: а) увеличении температуры газа Т; б) увеличении массы молекул газа m? Как меняется при этом относительное число "быстрых" (V ³ V0) и "медленных" (V £ V0) молекул
.
f (V) - плотность вероятности для модуля скорости молекул.
6. Вычислить с помощью распределения Максвелла по абсолютным значениям скоростей молекул среднее значение обратной скорости .
7. Используя распределение Максвелла для e (энергий)
.
Найти наивероятнейшие e0 и среднее e> значения энергии поступательного движения молекул газа при температуре Т. Найти высоту максимума распределения Нарисовать график зависимости F(e) для двух температур: Т и 2Т. При какой энергии e* пересекаются кривые? Чему равны площади под кривыми?
8. Чему равна концентрация n молекул массы m в изотермической (температура Т) атмосфере планеты на расстоянии r от её центра (r-R~R, где R - радиус планеты)? Массы планеты М, концентрация молекул на поверхности планеты n0. Нарисовать график зависимости n от r для r ³ R.
9. Может ли планета неограниченно долго удерживать изотермическую атмосферу?
10. Идеальный газ (масса молекул m) находится в сосуде объемом V при температуре Т. Внешних силовых полей нет. Найти распределение вероятностей для координат и компонент скорости молекул газа.
11. Как надо изменить ответ к предыдущей задаче, если газ находится во внешнем поле, в котором потенциальная энергия молекул газа равно ? Записать для этого случая.
12. Полное число молекул в газе N. Определить DN - среднее число тех молекул газа, находящихся в элементе объёма DV = DxDyDz, компоненты скорости которых принадлежат интервалам . Внешнего силового поля нет.
13. Известно распределение вероятностей для вектора скорости молекул газа. Написать выражение для вектора плотности потока тех молекул, вектор скорости которых принадлежит интервалу концентрации молекул n.
14. Написать выражение для числа молекул газа, пересекающих в положительном направлении оси х за время Dt площадку DS, перпендикулярную этой оси. Известны: распределение вероятностей для компоненты скорости молекул и концентрации молекул n.
15.На диаграммах (P,V) изображён циклический процесс, осуществляемый с идеальным газом.
| Определить построением точки А и В, в которых температура газа Т минимальна и максимальна. Определить участки, на которых Т растёт и убывает. |
16. Над некоторой системой совершили работу d'A' и сообщили ей теплоту d'Q'. Найти работу d'A', которую совершила при этом сама система и приращение dU её внутренней энергии.
17. При совершении некоторой системой работы d'A' её внутренняя энергия испытала приращение dU. Какое количество d'Q' теплоты получила система?
18. При давлении Р приращение объёма системы равно dV. Какую работу d'A' совершила система над окружающими её телами? Чему равно d'A', если объём системы: а) уменьшается; б) увеличивается? Найти теплоту d'Q', полученную системой, если приращение её внутренней энергии dU.
| 19. На диаграмме (P,V) изображён процесс, совершаемый некоторой системой. На каких участках работа системы положительна? отрицательна? Показать на рисунке полную работу при переходе из состояния 1 в состояние 2. |
20. Найти число i степеней свободы для молекул Не, N2, СО2, Н2О, СН4 (молекула СО2 - линейная; имеют место все виды движений).
21. Число степеней свободы i для молекул газа известно. Используя закон равнораспределения энергии, найти среднюю энергию e> молекул идеального газа при температуре Т и его внутреннюю энергию U, если он: а) содержит N молекул; б) занимает объём V при давлении Р. Выразить V через число молей газа .
22. Известна зависимость внутренней энергии газа U (V,T) системы от объёма V и температуры Т. Вычислить изохорическую теплоёмкость системы CV.
23. Идеальный газ (показатель адиабаты g) переводят из состояния (P1,V1) в состояние (P2,V2). Найти приращение внутренней энергии.
24. Воздух в комнате при открытой форточке нагрели от Т1 до Т2. Чему равно приращение DU внутренней энергии воздуха, находящегося в комнате.
25. Написать уравнение состояния идеального газа в параметрах pV и Т, если известны его СР и CV.
| 26.На диаграмме (P,V) показан ряд процессов. Кривая 2 - изотерма; кривая 4 - адиабата. Определив знак теплоёмкости С в процессах 1, 3, 5. Чему равна теплоёмкость в процессах 2 и 4? |
27. Некоторая система при температуре Т получает элементарное количество теплоты d'Q. Указать связь между этими величинами и приращением энтропии dS системы, если процесс: а) квазистатический; б) не квазистатический.
| 28. На диаграмме (T,S) изображён некоторый квазистатический процесс. Чему равна заштрихованная площадь? |
30. Можно ли пересчитать микросостояния при классическом их описании у системы, состоящей из N частиц?
31. С помощью энтропии S идеального газа вычислить частные производные и , где V - объём, U - внутренняя энергия идеального газа.
32. Рассмотрим замкнутую систему, состоящую из двух равновесных подсистем с постоянными объёмами и числом частиц. Подсистемы могут обмениваться теплотой. Показать, что одним из необходимых условий равновесности состояния системы является равенство температур подсистем.
33. молей идеального газа с показателем адиабаты переводят из состояния, в котором его давление Р1 и объём V1, в состояние, в котором его давление Р2 и объём V2. Определить приращение энтропии газа DS. Рассмотреть случаи, когда оба состояния лежат на: а) одной изобаре; б) на одной изохоре; в) на одной изотерме; г) на одной адиабате.
34. Во сколько раз увеличится статистический вес одного моля идеального газа при изотермическом увеличении его объёма в два раза?
35. Оценить среднее число молекул в некотором объёме газа, если относительная флуктуация числа молекул в этом объёме dN = 1 %. Оценить линейный размер l такого объёма, если газ находится при нормальных условиях.
| 36. На рисунке изображён циклический процесс, осуществляемый с рабочим телом в некотором устройстве. Что это за устройство: тепловая машина или холодильник? |
37. Может ли тепловая машина, использующая цикл Карно, быть необратимой? Сформулировать достаточные условия обратимости такой машины.
38. Сколько нагревателей и холодильников, и с какими температурами необходимо для реализации тепловой машины, использующей цикл, изображённый на рисунке 28.
40. Обратимая тепловая машина за цикл потребляет от нагревателя теплоту Q1 и передаёт холодильнику теплоту Q2. Какую работу А надо совершить над этой машиной, чтобы, работая в режиме теплового насоса, она "выкачала" из холодильника теплоту Q? Какую теплоту QН получит при этом нагреватель?
4.1. Ответы
1. а) 0; б) 0; в) ½; г) 1/8.| 2. |
3. w1= 0; w = f (V) V, где V = 500 м/сек; V = 1 м/сек.
.
| 4. |
5. а) Смещается вправо , высота максимума убывает , относительное число быстрых молекул не меняется; б) смещается влево от , высота максимума растёт , относительное число быстрых молекул не меняется.6.
9. Нет: , что означает, что такая атмосфера должна терять частицы до её полного исчезновения.
10. .
11. Множитель заменить на
,
где ; А - содержит все остальные множители.
12. .
13. .
14. .
| 15.На участке ADB температура растёт. На участке ВСА температура падает. |
17. .
18. В любом случае ; знак работы определяется знаком .
| 19. | . Полная работа отрицательна и по модулю равна площади заштрихованной фигуры. |
20. 21. 22. 23. .24. 25. 26. 27. 28. а) - теплота, полученная системой при переходе из 1 в 2. б) Теплота, полученная за один цикл, она же работа системы за цикл.
| 29. | Система из состояний менее вероятных будет переходить к состояниям более вероятным, при этом энтропия будет расти. |
32. В равновесном состоянии энтропия максимальна, т.е.
33. 34. .35. 36. Холодильник.
37. Да, если не выполнено хотя бы одно из следующих условий: все процессы квазистатические, при получении (отдаче) тепла от нагревателя (холодильника) температура рабочего тела равна температуре нагревателя (холодильника).
38. Два нагревателя с температурами Т1 и Т2 и три холодильника с температурами Т4, Т5, Т3.
39. .40.
3.4.2. Дополнительные задачи
1. Найти удельную теплоёмкость идеального одноатомного газа, если нагревание осуществляется так, что среднеквадратичная скорость U теплового движения его атомов массой m увеличивается прямо пропорционально давлению Р.2. Рабочим веществом теплового двигателя является один моль идеального одноатомного газа. Цикл двигателя состоит из адиабаты, изотермы и изохоры, а его к.п.д. равен h = 20 %. Зная, что работа, совершаемая над газом при его изотермическом сжатии, равна А = 2,5 кдж, найти максимальную разность температур DТ газа в этом цикле.
3. При нагревании одного моля гелия ему было передано количество теплоты Q. При этом давление гелия увеличилось от первоначального Р1 до Р2, а его объём V возрастал по закону: , где Т - абсолютная температура, a - постоянный коэффициент. Найти a.
4. Внутри замкнутого сосуда с жесткими стенками находятся нагреватель, футбольный мяч и 1 молей аргона. Внутри мяча содержится ещё 2 молей аргона. Оболочка мяча не растягивается и хорошо проводит тепло. В исходном состоянии температура всей системы равна Т, а давление внутри мяча больше, чем в сосуде. Нагреватель включают и медленно греют систему. Какое количество теплоты нужно сообщить аргону, чтобы мяч лопнул, если его оболочка выдерживает разность давлений в n раз большую исходной?
5. Сосуд объёмом V1, заполненный гелием, соединён короткой трубкой с закрытым краном со вторым сосудом объёмом V2, заполненным аргоном. Масса гелия равна m1, а его давление Р1. Давление аргона равно Р2, а его количество в n раз больше количества гелия. Пренебрегая теплообменом гелия и аргона с окружающими телами, найти среднюю квадратичную скорость теплового движения атомов гелия, которая установится после открытия крана.
6. Моль гелия за цикл работы в тепловом двигателе совершает работу, равную А. Цикл состоит из адиабаты, изобары и изохоры. Максимальная разность температур гелия при адиабатическом процессе равна DТ. Найти количество теплоты Q, которым обменивается гелий с внешними телами при изобарическом процессе, зная, что на этом участке цикла температура гелия становится минимальной.
7. Один моль аргона адиабатически сжали, свершив работу А. Зная, что при этом изменение давления DР газа по сравнению с исходным давлением Р и относительное изменение его объёма оказались малыми, найти начальную температуру Т аргона.
8. Теплоизолированный сосуд заполнен одноатомным газом. Со временем половина его молекул "склеилась" попарно, образуя двухатомные молекулы. При склеивании пары молекул выделяется энергия e. Во сколько раз изменилось давление в сосуде? Начальная температура Т. Теплоёмкостью сосуда пренебречь.
3.4.3. Ответы к дополнительным задачам
1. Так как и для 1 моля где - число Авогадро, - коэффициент пропорциональности, k - постоянная Больцмана, то Молярная теплоёмкость и так как,
то .
2. Так как при адиабатическом процессе , при изотермическом сжатии газ отдаёт холодильнику а в при изохорическом процессе получает от нагревателя где R ~ 8,3 дж / моль К и
, то .
3. Так как то и .
Так как
4. Пусть Тк - температура, Р1к и Р2к - давление в сосуде и мяче в момент разрыва, а Р1н и Р2н - давление в сосуде и мяче до нагревания. Так как , то
.
5. Так как
где Т1 и Т2 - начальные температуры гелия и аргона, Т - температура смеси, то
.
| Так как то гелий отдаёт количество теплоты |
7. (адиабатический процесс).
Так как и то и
Таким образом, .8. При "склеивании" половины молекул образуется пар выделяется энергия . Тогда энергия газа составит и температуру Т1 можно найти (с учётом "двухатомности" склеенных молекул)
Таким образом . Отношение давлений определяется как отношение температур.
3.5. Контрольные вопросы
1. Что называют термодинамической системой?2. Что такое состояние термодинамической системы?
3. Какой набор параметров определяет состояние системы?
4. Какая термодинамическая система является однородной?
5. Что такое термодинамическое равновесие?
6. Какая термодинамическая система называется равновесной?
7. Что такое макроскопическая система?
8. Какие трудности возникают при описании макроскопической системы механическими методами?
9. Какие параметры системы называются макроскопическими?
10. Какие параметры системы называются микроскопическими?
11. Как получить значения макроскопических параметров, если известны микроскопические параметры?
12. В чём состоит метод среднестатистического среднего?
13. Что называют плотностью вероятности?
14. Что такое относительная флуктуация?
15. Что такое квадратичная флуктуация?
16. В чём содержание теоремы об относительной флуктуации?
17. Каким свойством должна обладать физическая величина, чтобы её относительная флуктуация подчинялась теореме об относительной флуктуации?
18. Какие системы называют квазизамкнутыми и квазинезависимыми?
19. Какими параметрами характеризуется состояние статистической системы?
20. Что называется функцией статистического распределения?
21. Каков физический смысл распределения Гиббса?
22. Какую роль играет распределение Гиббса в статистической физике?
23. Как вычислить среднее значение параметра с помощью распределения Гиббса для случая дискретного распределения энергии?
24. Как вычислить среднее значение параметра с помощью распределения Гиббса для случая непрерывного распределения энергии?
25. Что такое энтропия в статистической физике?
26. Как вычисляется энтропия в статистической физике?
27. Каким условиям удовлетворяет статистическая энтропия?
28. В чём состоит особенность энтропии для систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия?
29. Как связаны между собой энергия, энтропия и температура?
30. Какими свойствами обладает модель "идеальный газ"?
31. Как выглядит распределение вероятностей по импульсам для молекулы идеального газа?
32. Чему равна среднеквадратичная скорость ?
33. Чему равна средняя кинетическая энергия атома?
34. Как выглядит формула Больцмана?
35. С каким процессом связано изменение внутренней энергии индивидуальных частиц, при котором не изменяется распределение вероятностей термодинамической системы?
36. С каким процессом связано изменение внутренней энергии индивидуальных частиц, при котором изменяется распределение вероятностей термодинамической системы?
37. Как выглядит распределение Максвелла по компонентам скоростей молекулы?
38. Как выглядит распределение Максвелла по абсолютным значениям скоростей молекулы?
39. Что такое степени свободы?
40 Что такое число степеней свободы?
41. В чём состоит содержание теоремы о равнораспределении энергии по степеням свободы?
42. В чём особенности степеней свободы колебательного движения?
43. Как выглядит выражение для общего числа степеней свободы?
44. Как выглядит формула для средней энергии линейной молекулы, состоящей из n атомов?
45. Как выглядит формула для средней энергии фор нелинейной молекулы, состоящей из n атомов?
46. Что такое константа Больцмана?
47. Перечислить основные понятия термодинамики.
48. Перечислить основные термодинамические параметры состояния тела.
49. Дать определение теплоты.
50. Дать определение количества теплоты.
51. Что такое теплообмен?
52. Как определяется температура?
53. Что такое абсолютная и эмпирическая температуры?
54. Как измерить эмпирическую температуру?
55. Как измерить абсолютную температуру?
56. Что такое термодинамическая шкала, в чём её отличие от всех других температурных шкал?
57. Можно ли стационарное состояние системы считать равновесным?
58. Что такое уравнение состояния?
59. Как выглядит уравнение состояния идеального газа?
60. Что такое термодинамический процесс?
61. Какой процесс называют равновесным?
62. Можно ли равновесный процесс считать обратимым?
63. Как реализовать равновесный процесс?
64. Что такое квазистатический процесс?
65. Дать формулировку О - началу термодинамики.
66. Дать формулировку 1 - началу термодинамики.
67. Дать формулировку 2 - началу термодинамики.
68. Дать формулировку 3 - началу термодинамики.
69. Дать определение внутренней энергии идеального газа.
70. Как определяется элементарная работа в термодинамике.
71. Что означает, что изменение внутренней энергии является полным дифференциалом?
72. Доказать, что изменение количества теплоты и работы не являются полными дифференциалами?
73. Как выглядит первое начало термодинамики для изохорического процесса?
74. Как выглядит первое начало термодинамики для изобарического процесса?
75. Как выглядит первое начало термодинамики для изотермического процесса?
76. Как выглядит первое начало термодинамики для адиабатического процесса?
77. Чему равна работа в изотермическом процессе?
78. Чему равна работа в изобарическом процессе?
79. Чему равна работа в адиабатическом процессе?
80. Чему равна работа в изохорическом процессе?
81. Какой термодинамический процесс называется циклическим?
82. В чём особенность внутренней энергии в термодинамическом процессе?
83. Как выглядит модель тепловой машины?
84. Как выглядит модель холодильной машины?
85. При каких условиях тепловой машиной можно пользоваться как холодильной?
86. Что такое обратимая тепловая машина?
87. Чему равен коэффициент полезного действия тепловой машины
88. Чему равен коэффициент полезного действия холодильной машины?
89. Что такое приведённая теплота?
90. Чему равен коэффициент полезного действия цикла Карно?
91. Что такое цикл Карно?
92. В чём особенность цикла Карно по сравнению с другими циклами?
93. Что такое термодинамическая энтропия?
94. В чём особенность поведения энтропии в замкнутой системе?
95. Как выглядит первое начало термодинамики с использованием величины энтропии.
96. Что такое связанная энергия?
97. Что представляют по смыслу термодинамические потенциалы?
98. Написать выражение для свободной энергии.
99. Написать выражение для потенциала Гиббса.
100. В чём состоит связь термодинамической и статистической энтропии и в чём статистический смысл второго начала термодинамики.
Используемая литература
1. Библия. М., 1994.2. Григулевич И.Р. Инквизиция. М., 1988, Мир.
3. Клайн Н. Математика. Поиск истины. М., 1988.
4. Фролов Б.А. К истокам познания и творчества. Сб.: Будущее науки, № 23, 1990.
5. Аристотель. Сочинения. Т. 3. М., 1981.
6. Стрелков С.П. Механика. М., 1975.
7. Спасский Б.М. Физика для философов. МГУ, 1988.
8. Тамм И.Е. Основы теории электричества. М., 1988.
9. Козелецкий Ю. Психологическая теория решений. М., 1979, Прогресс.
10. Буздин А.И., Зильберман А.Р., Кротов С.С. Раз задача, два задача. М., 1990, Наука.
11. Стрелков С.П., Эльцин И.А., Яковлев И.А. Сборник задач по общему курсу физики. Ч. I. М., 1960.
12. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1983.
13. Елютин П.В., Чижов Г.А. Словарь-справочник по элементарной физике. Ч. I, II, III. М., 1995, изд. МГУ.
14. Липкин А.И. Модели современной физики. М., 1999, изд. ГНОЗИС.
15. Путилов К.А. Курс физики. Т. I, II. М., 1954, изд. Техн. теор. лит-ры.
16. Левич В.Г. Курс теоретической физики. Т. 1. М., 1962, Физматгиз.
17. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Статистическая физика. М., 1964, изд. Наука.
18. Лауэ М. История физики. М., 1956.
19. Хазен А.М. О возможном и невозможном в науке. М., 1988.
20. Бабаджан Е.Н., Гервиде В.Н., Дубовик В.М., Нерессов Э.А. Сборник качественных вопросов и задач по общей физике. М., 1990, Наука.
21. Кассандрова О.Н., Матвеев А.Н., Попов В.В. Пособие по решению задач молекулярной физики.
22. Задачи вступительных экзаменов по физике на физическом факультете МГУ разных лет.
23. Козел С.М. Сборник задач по физике. М., 1990, Наука.
100-bal.ru
Обитаемы ли планеты? | Наука и жизнь
Лунный ландшафт.
Таяние полярного пятна на Марсе.
Орбиты Марса и Земли.
Карта Марса, составленная Лоуеллом.
Модель Марса, сделанная Кюлем.
Рисунок Марса, сделанный Антониади.
‹
›
Рассматривая вопрос о существовании жизни на других планетах, мы будем говорить только о планетах нашей солнечной системы, так как нам ничего не известно о наличии у других солнц, каковыми являются звезды, собственных планетных систем, подобных нашей. По современным воззрениям на происхождение солнечной системы можно даже полагать, что образование планет, обращающихся вокруг центральной звезды, есть случай, вероятность которого ничтожно мала, и что поэтому огромное большинство звезд не имеет своих планетных систем.
Далее нужно оговориться, что вопрос о жизни на планетах мы поневоле рассматриваем с нашей, земной точки зрения, предполагая, что эта жизнь проявляется в таких же формах, как и на Земле, т. е. предполагая жизненные процессы и общее строение организмов подобными земным. В таком случае для развития жизни на поверхности какой-либо планеты должны существовать определенные физико-химические условия, должна быть не слишком высокая и не слишком низкая температура, необходимо наличие воды и кислорода, основой же органического вещества должны являться соединения углерода.
Атмосферы планет
Присутствие у планет атмосферы определяется напряжением силы тяжести на их поверхности. Большие планеты обладают достаточной силой притяжения, чтобы удерживать около себя газообразную оболочку. Действительно, молекулы газа находятся в постоянном быстром движении, скорость которого определяется химической природой этого газа и температурой.
Наибольшую скорость имеют легкие газы — водород и гелий; при повышении температуры скорость возрастает. При нормальных условиях, т. е. температуре в 0° и атмосферном давлении, средняя скорость молекулы водорода составляет 1840 м/сек, а кислорода 460 м/сек. Но под влиянием взаимных столкновений отдельные молекулы приобретают скорости, в несколько раз превосходящие указанные средние числа. Если в верхних слоях земной атмосферы появится молекула водорода со скоростью, превосходящей 11 км/сек, то такая молекула отлетит прочь от Земли в межпланетное пространство, так как сила земного притяжения окажется недостаточной для ее удержания.
Чем меньше планета, чем она менее массивна, тем меньше эта предельная или, как говорят, критическая скорость. Для Земли критическая скорость составляет 11 км/сек, для Меркурия она равна лишь 3,6 км/сек, для Марса 5 км/сек, для Юпитера же, самой большой и массивной из всех планет, — 60 км/сек. Отсюда следует, что Меркурий, а тем более еще меньшие тела, как спутники планет (в том числе и наша Луна) и все малые планеты (астероиды), не могут удержать своим слабым притяжением атмосферную оболочку у своей поверхности. Марс в состоянии, хотя и с трудом, удерживать атмосферу, значительно более разреженную, чем атмосфера Земли, что же касается Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, то их притяжение достаточно сильно для того, чтобы удерживать мощные атмосферы, содержащие легкие газы, вроде аммиака и метана, а возможно также и свободный водород.
Отсутствие атмосферы неминуемо влечет за собою и отсутствие воды в жидком состоянии. В безвоздушном пространстве испарение воды происходит гораздо энергичнее, чем при атмосферном давлении; поэтому вода быстро обращается в пар, который представляет собою весьма легкий таз, подвергающийся той же участи, что и другие газы атмосферы, т. е. он более или менее быстро покидает поверхность планеты.
Понятно, что на планете, лишенной атмосферы и воды, условия для развития жизни совершенно неблагоприятны, и мы не можем ожидать на такой планете ни растительной ни животной жизни. Под эту категорию попадают все малые планеты, спутники планет, а из больших планет — Меркурий. Скажем немного подробнее о двух телах этой категории, именно о Луне и Меркурии.
Луна и Меркурий
Для этих тел отсутствие атмосферы установлено не только путем приведенных выше соображений, но и посредством прямых наблюдений. Когда Луна движется по небу, совершая свой путь вокруг Земли, она часто закрывает собою звезды. Исчезновение звезды за диском Луны можно наблюдать уже в небольшую трубу, и происходит оно всегда вполне мгновенно. Если бы лунный рай был окружен хотя бы редкой атмосферой, то, прежде чем вполне исчезнуть, звезда просвечивала бы в течение некоторого времени сквозь эту атмосферу, причем постепенно уменьшалась бы видимая яркость звезды, кроме того, вследствие преломления света звезда казалась бы смещенной со своего места. Все эти явления совершенно отсутствуют при покрытии звезд Луною.
Лунные ландшафты, наблюдаемые в телескопы, поражают резкостью и контрастностью своего освещения. На Луне нет полутеней. Рядом с яркими, освещенными Солнцем местами встречаются глубокие черные тени. Происходит это потому, что вследствие отсутствия атмосферы на Луне нет голубого дневного неба, которое своим светом смягчало бы тени; небо там всегда черное. Нет на Луне и сумерек, и после захода Солнца сразу наступает темная ночь.
Меркурий находится от нас гораздо дальше, чем Луна. Поэтому таких подробностей как на Луне, мы наблюдать на нем не можем. Нам неизвестен вид его ландшафта. Покрытие звезд Меркурием вследствие его видимой малости чрезвычайно редкое явление, и нет указаний на то, чтобы такие покрытия когда-либо наблюдались. Зато бывают прохождения Меркурия перед диском Солнца, когда мы наблюдаем, что эта планета в виде крохотной черной точки медленно проползает по яркой солнечной поверхности. Край Меркурия при этом бывает резко очерчен, и те явления, которые усматривались при прохождении перед Солнцем Венеры, у Меркурия не наблюдались. Но все же возможно, чтобы небольшие следы атмосферы у Меркурия сохранились, однако эта атмосфера имеет совсем ничтожную плотность по сравнению с земной.
На Луне и Меркурии совершенно неблагоприятны для жизни и температурные условия. Луна вращается вокруг своей оси чрезвычайно медленно, благодаря чему день и ночь продолжаются на ней по четырнадцать суток. Зной солнечных лучей не умеряется воздушной оболочкой, и в результате днем на Луне температура поверхности повышается до 120°, т. е. выше точки кипения воды. Во время же долгой ночи температура падает до 150° ниже нуля.
Во время лунного затмения наблюдалось, как в течение всего лишь часа с небольшим температура упала с 70° тепла до 80° мороза, а после окончания затмения почти в столь же короткий срок вернулась к своему исходному значению. Это наблюдение указывает на чрезвычайно малую теплопроводность горных пород, образующих лунную поверхность. Солнечное тепло не проникает вглубь, а остается в самом тонком верхнем слое.
Нужно думать, что поверхность Луны покрыта легкими и рыхлыми вулканическими туфами, может быть даже пеплом. Уже на глубине метра контрасты тепла и холода оглаживаются «эстолько, что вероятно там господствует средняя температура, мало отличающаяся от средней температуры земной поверхности, т. е. составляющая несколько градусов выше нуля. Быть .может там и сохранились некоторые зародыши живого вещества, но участь их, конечно, незавидная.
На Меркурии разница температурных условий еще более резкая. Эта планета всегда повернута к Солнцу одной стороной. На дневном полушарии Меркурия температура достигает 400°, т. е. она выше точки плавления свинца. А на ночном полушарии мороз должен доходить до температуры жидкого воздуха, и если бы на Меркурии существовала атмосфера, то на ночной стороне она должна была превратиться в жидкость, а может быть даже замерзнуть. Лишь на границе между дневным и ночными полушариями в пределах узкой зоны могут быть температурные условия, хоть сколько-нибудь благоприятные для жизни. Однако о возможности там развитой органической жизни думать не приходиться. Далее при наличии следов атмосферы в ней не мог удержаться свободный кислород, так как при температуре дневного полушария кислород энергично соединяется с большинством химических элементов.
Итак, в отношении возможности жизни на Луне перспективы достаточно неблагоприятны.
Венера
В отличие от Меркурия на Венере наблюдаются определенные признаки густой атмосферы. Когда Венера проходит между Солнцем и Землей, она бывает окружена светлым колечком, — это ее атмосфера, которая на просвет освещается Солнцем. Такие прохождения Венеры перед диском Солнца бывают очень редко: последнее прохождение имело место в 18S2 г., ближайшее следующее произойдет в 2004 г. Однако почти ежегодно Венера проходит хотя и не через самый солнечный диск, но достаточно близко от него, и тогда она бывает видна в форме очень узкого серпа, вроде Луны тотчас после новолуния. По законам перспективы освещенный Солнцем серп Венеры должен был бы составлять дугу ровно в 180°, но в действительности наблюдается более длинная светлая дуга, что происходит вследствие отражения и загибания солнечных лучей в атмосфере Венеры. Другими словами, на Венере существуют сумерки, которые увеличивают продолжительность дня и частично освещают ее ночное полушарие.
Состав атмосферы Венеры пока еще мало изучен. В 1932 г. при помощи спектрального анализа в ней было обнаружено присутствие большого количества углекислоты, соответствующее слою мощностью в 3 км при стандартных условиях (т. е. при 0° и 760 мм давления).
Поверхность Венеры всегда представляется нам ослепительно белой и без заметных постоянных пятен или очертаний. Полагают, что в атмосфере Венеры всегда находится густой слой белых облаков, вполне закрывающий собою твердую поверхность планеты.
Состав этих облаков неизвестен, но вероятнее всего, что это водяные пары. Что находится под ними, мы не видим, но понятно, что облака должны умерять зной солнечных лучей, который на Венере, находящейся ближе к Солнцу, чем Земля, был бы иначе чрезмерно силен.
Измерения температуры дали для дневного полушария около 50—60° тепла, а для ночного 20° мороза. Такие контрасты объясняются медленностью вращения Венеры около оси. Хотя точный период ее вращения неизвестен из-за отсутствия на поверхности планеты заметных пятен, но, по-видимому, сутки продолжаются на Венере не меньше наших 15 суток.
Каковы шансы на существование жизни на Венере?
В этом отношении мления ученых расходятся. Некоторые считают, что весь кислород в ее атмосфере химически связан и существует лишь в составе углекислоты. Так как этот газ обладает малой теплопроводностью, то в таком случае температура близ поверхности Венеры должна быть довольно высокой, быть может даже близкой к точке кипения воды. Этим можно было бы объяснить присутствие в верхних слоях ее атмосферы большого количества водяных паров.
Заметим, что приведенные выше результаты определения температуры Венеры относятся к наружной поверхности облачного покрова, т.е. к довольно большой высоте над ее твердой поверхностью. Во всяком случае нужно думать, что условия на Венере напоминают теплицу или оранжерею, но, вероятно, с еще значительно более высокой температурой.
Марс
Наибольший интерес с точки зрения вопроса о существовании жизни представляет планета Марс. Во многих отношениях он похож на Землю. По пятнам, которые хорошо видны на его поверхности, установлено, что Марс вращается около оси, совершая один оборот в 24 ч. и 37 м. Поэтому на нем существует смена дня и ночи почти такой же продолжительности, как и на Земле.
Ось вращения Марса составляет с плоскостью его орбиты угол в 66°, почти в точности такой же, как и у Земли. Благодаря этому наклону оси на Земле происходит смена времен года. Очевидно, и на Марсе существует такая же смена, но только каждое время года на «ем почти вдвое продолжительнее нашего. Причина этого заключается в том, что Марс, будучи в среднем в полтора раза дальше от Солнца, чем Земля, совершает свой оборот вокруг Солнца почти в два земных года, точнее в 689 суток.
Наиболее отчетливая подробность на поверхности Марса, заметная при рассматривании его в телескоп,— белое пятно, по своему положению совпадающее с одним из его полюсов. Лучше всего бывает видно пятно у южного полюса Марса, потому что в периоды своей наибольшей близости к Земле Марс бывает наклонен в сторону Солнца и Земли своим южным полушарием. Замечено, что с наступлением зимы в соответствующем полушарии Марса белое пятно начинает увеличиваться, а летом оно уменьшается. Бывали даже случаи (например, в 1894 г.), когда полярное пятно осенью почти совсем исчезало. Можно думать, что это снег или лед, который отлагается зимою тонким покровом близ полюсов планеты. Что этот покров очень тонкий, следует из указанного наблюдения над исчезновением белого пятна.
Вследствие удаленности Марса от Солнца температура на нем сравнительно низкая. Лето там очень холодное, и тем не менее бывает, что полярные снега полностью стаивают. Большая продолжительность лета не компенсирует в достаточной, мере недостатка тепла. Отсюда следует, что снега выпадает там мало, быть может всего лишь на несколько сантиметров, возможно даже, что белые полярные пятна состоят не из снега, а из инея.
Это обстоятельство находится в полном согласии с тем, что по всем данным на Марсе мало влаги, мало воды. Морей и больших водных пространств на нем не обнаружено. В его атмосфере очень редко наблюдаются облака. Сама оранжевая окраска поверхности планеты, благодаря которой невооруженному глазу Марс представляется красной звездой (откуда и произошло его название по имени древнеримского бога .войны), большинством 'наблюдателей объясняется тем, что поверхность Марса представляет безводную песчаную пустыню, окрашенную окислами железа.
Марс движется вокруг Солнца по заметно вытянутому эллипсу. Благодаря этому его расстояние от Солнца меняется в довольно широких пределах — от 206 до 249 млн. км. Когда Земля находится с той же стороны Солнца, что и Марс, происходят так называемые противостояния Марса (потому что Марс в это время находится в стороне неба, противоположной Солнцу). Во время противостояний Марс наблюдается на ночном небе в благоприятных условиях. Противостояния чередуются в среднем через 780 дней, или через два года и два месяца.
Однако далеко не в каждое противостояние Марс приближается к Земле .на свое кратчайшее расстояние. Для этого нужно, чтобы противостояние совпало с временем наибольшего приближения Марса к Солнцу, что бывает лишь каждое седьмое или восьмое противостояние, т. е. примерно через пятнадцать лет. Такие противостояния называются великими противостояниями; они имели место в 1877, 1892, 1909 и 1924 гг. Следующее великое противостояние будет в 1939 т. Именно к этим срокам и приурочены главные наблюдения Марса и связанные с ними открытия. Ближе всего к Земле Марс был во время - противостояния 1924 г., но и тогда его расстояние от нас составляло 55 млн. км. Ha более близком расстоянии от Земли Марс никогда не бывает.
"Каналы" на Марсе
В 1877 г. итальянский астроном Скиапарелли, производя наблюдения в сравнительно скромный по своим размерам телескоп, но под прозрачным небом Италии, обнаружил на поверхности Марса, кроме темных пятен, названных хотя и неправильно морями, еще целую сеть узких прямых линий или полосок, которые он назвал проливами (по-итальянски canale). Отсюда слово «канал» стало употребляться и на других языках для обозначения этих загадочных образований.
Скиапарелли в результате своих многолетних наблюдений составил подробную карту поверхности Марса, на которой нанесены сотни каналов, соединяющих между собок> темные пятна «морей». Позднее американский астроном Лоуелл, построивший в Аризоне даже специальную обсерваторию для наблюдения Марса, обнаружил каналы и на темных пространствах «морей». Он нашел,, что как «моря», так и каналы меняют свою видимость в зависимости от времен года: летом они становятся темнее, принимая иногда серо-зеленоватый оттенок зимою бледнеют и становятся буроватыми. Карты Лоуелла еще подробнее карт Скиапарелли, на них нанесено множество каналов, образующих сложную, но довольно правильную геометрическую сеть.
Для объяснения наблюдаемых на Марсе явлений Лоуелл развил теорию, которая получила широкое распространение, главным образом, среди любителей астрономии. Теория эта сводится к следующему.
Оранжевую поверхность планеты Лоуелл, как и большинство других наблюдателей, принимает за песчаную пустошью. Темные пятна «морей» он считает за области, покрытые растительностью — полями и лесами. Каналы он считает за сеть орошения, проведенную разумными существами, обитающими на поверхности планеты. Однако самые каналы нам с Земли не видны, так как их ширина для этого далеко не достаточна. Чтобы быть видимыми с Земли, каналы должны иметь ширину не меньше десятка километров. Поэтому Лоуелл считает, что мы видим лишь широкую полосу растительности, которая распускает свои зеленые листья, когда собственно канал, пролегающий в середине этой полосы, наполняется весною водой, притекающей от полюсов, где она образуется от таяния полярных снегов.
Однако мало-помалу начали возникать сомнения в реальности таких прямолинейных каналов. Наиболее показательным было то обстоятельство, что наблюдатели, вооруженные наиболее мощными современными телескопами, никаких каналов не видели, а наблюдали лишь необыкновенно богатую картину разных деталей и оттенков на поверхности Марса, лишённых, однако, правильных геометрических очертаний. Лишь наблюдатели, пользовавшиеся инструментами средней силы, видели и зарисовывали каналы. Отсюда возникло сильное подозрение, что каналы представляют лишь оптическую иллюзию (обман зрения), возникающую при крайнем напряжении глаза. Много работ и разных опытов было проведено для выяснения этого обстоятельства.
Наиболее убедительными являются результаты, полученные немецким физиком и физиологом Кюлем. Им была устроена специальная модель, изображающая Марс. На темном фоне Кюль наклеил вырезанный им из обыкновенной газеты кружок, на котором было размещено несколько серых пятен, напоминающих по своим очертаниям «моря» на Марсе. Если рассматривать такую модель вблизи, то ясно видно, что она собою представляет,— можно прочитать газетный текст и никакой иллюзии не создается. Но если отойти подальше, то при правильном освещении начинают появляться прямые тонкие полоски, идущие от одного темного пятна к другому и притом не совпадающие со строчками печатного текста.
Кюль подробно исследовал это явление.
Он показал, что три наличии многих мелких деталей и оттенков, постепенно переходящих один в другой, когда глаз не может уловить их «о всех подробностях, возникает стремление объединить эти детали более простыми геометрическими схемами, в результате чего и появляется иллюзия прямых полосок там, где никаких правильных очертаний не имеется. Современный выдающийся наблюдатель Антониади, который в то же время является хорошим художником, рисует Марс пятнистым, с массой неправильных деталей, но без всяких прямолинейных каналов.
Итак, приходится считать, что каналы Марса являются оптической иллюзией и на самом деле их не существует.
Можно подумать, что этот вопрос лучше всего решить три помощи фотографии. Фотографическую пластинку обмануть нельзя: она должна, казалось бы, показать, что же на самом деле имеется на Марсе. К сожалению, это не так. Фотография, которая в применении к звездам и туманностям дала так много, в отношении поверхности планет дает меньше, чем видит глаз наблюдателя в тот же самый инструмент. Объясняется это тем, что изображение Марса, полученное даже с помощью самых больших и длиннофокусных инструментов, на пластинке получается очень малых размеров,— диаметром 'всего .лишь до 2 мм. Конечно, на таком изображении больших подробностей разобрать нельзя. При сильном же увеличении таких фотографий выступает дефект, от которого так страдают современные любители фотографии, снимающие аппаратами типа «Лейка». Именно, выступает зернистость изображения, которая затушевывает все мелкие детали.
Жизнь на Марсе
Однако фотографии Марса, снятые через разные светофильтры, с полной ясностью доказали существование у Марса атмосферы, хотя и значительно более редкой, чем у Земли. Иногда под вечер в этой атмосфере замечаются светлые точки, которые, вероятно, представляют собою кучевые облака. Но вообще облачность на Марсе ничтожная, что вполне согласуется с малым количеством на нем воды.
В настоящее время почти все наблюдатели Марса согласны в том, что темные пятна «морей» действительно представляют области, покрытые растениями. В этом отношении теория Лоуелла подтверждается. Однако здесь до сравнительно недавнего времени имелось одно препятствие. Вопрос усложнился температурными условиями на поверхности Марса.
Так как Марс находится в полтора раза дальше от Солнца, чем Земля, то он получает в два с четвертью раза меньше тепла. Вопрос о том, до какой температуры может согреть его поверхность такое незначительное количество тепла, зависит от строения атмосферы Марса, представляющей собою «шубу» неизвестной нам толщины и состава.
Недавно удалось непосредственными измерениями определить температуру поверхности Марса. Оказалось, что в экваториальных областях в полдень температура повышается до 15—25° тепла, но под вечер наступает сильное похолодание, а ночь, по-видимому, сопровождается неизменными крепкими морозами.
Условия на Марсе похожи на те, которые наблюдаются у нас на высоких горах: разреженность и прозрачность воздуха, значительное нагревание прямыми солнечными лучами, холод в тени и сильные ночные морозы. Условия, без сомнения, очень суровые, но можно полагать, что растения акклиматизировались, приспособились к ним, а также и к недостатку влаги.
Итак, существование растительной жизни на Марсе можно считать почти доказанным, но относительно животных, а тем более разумных, мы пока ничего определенного сказать не можем.
***
Что касается других планет солнечной системы — Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, то на них трудно предполагать возможность жизни по следующим основаниям: во-первых, низкая температура из-за дальности расстояния от Солнца и, во-вторых, ядовитые газы, недавно открытые в их атмосферах,— аммиак и метан. Если эти планеты и имеют твердую поверхность, то она спрятана где-то на большой глубине, мы же видим лишь верхние слои их чрезвычайно мощных атмосфер.
Еще менее вероятна жизнь на самой удаленной от Солнца планете — недавно открытом Плутоне, о физических условиях которого мы пока еще ничего не знаем.
Итак, из всех планет нашей солнечной системы (кроме Земли) можно подозревать существование жизни на Венере и считать почти доказанным наличие жизни на Марсе. Но, конечно, это все относится к настоящему времени. С течением времени, при эволюции планет, условия могут сильно измениться. Об этом из-за недостатка данных мы говорить не будем.
www.nkj.ru
Способность планеты удерживать атмосферу. : Физика
Ну я примерно так и представлял. Допустим какое-то тело стартует с поверхности Земли со скоростью 7 км/с, сопротивление воздуха не учитываем. Через секунду оно будет на высоте 6,99 км, и его скорость будет уже 6,99 км/с, через вторую секунду - 13,97 км и скорость 6,98 км/с и так далее. Примерно через 15 секунд тело достигнет высоты 100 км и скорость будет ещё значительной. Через 700 секунд тело остановится.Вопросы: 1. Это не зависит от массы тела? То есть справедливо и для пушечного ядра и для молекулы газа (естественно если молекула одна и ни с чем по пути не сталкивается)?
При таких условиях надо считать, что тело движется по кеплеровской орбите. Тогда легко найти максимальную высоту и всё остальное, время её достижения, например. Собственно, саму высоту можно найти из энергии. И для молекулы газа такая модель совершенно неадекватна, потому что на первых сотнях километров молекула будет сталкиваться, и очень часто.2. Для того, чтобы навсегда покинуть атмосферу, молекула должна набрать 2-ю космическую скорость. Но для этого необходима очень высокая температура газа - тысячи или даже десятки тысяч градусов. Значит атмосфера всё же не "испаряется"?
В газе скорости молекул не все одинаковые. Существует статистическое распределение: сколько-то молекул имеет одну скорость, сколько-то - другую, и так далее. Это распределение не имеет конца, то есть для любых больших скоростей есть сколько-то молекул, имеющих такую скорость (точнее, некоторая вероятность для молекулы иметь такую скорость). Поэтому для любой температуры газа, в том числе и комнатной, есть "хвост" распределения, в котором молекулы имеют скорость выше 2-й космической. Именно этот "хвост" и испаряется - но только на тех высотах, где атмосфера становится бесстолкновительной, конечно же. Там плотность газа уже очень низкая, поэтому этот "хвост" совсем малый, и испарение идёт очень медленно.Собственно, для рассмотрения, как ведёт себя атмосфера, необходимо учитывать ещё газообмен с гидросферой, литосферой (включая вулканические газы) и биосферой, потому что их влияние может существенно, до наоборот, изменить суммарную картину.
dxdy.ru
Что случиться на Земле если пропадет атмосфера? Альманах ХолмТайн
Нет повода задумываться над вопросом: Что случиться на Земле если пропадет атмосфера. И все же, если планета будет постепенно терять атмосферу по литрам стравливая воздух в космос, как все будет дальше?
Когда-то и Марс был полон атмосферой
А если атмосфера мгновенно исчезнет, то всё умрет? Сможет ли планета после этого восстановиться? Да, у нас нет видимых причин для беспокойства, но вопрос занимателен.
Для звука требуется среда для передачи волн – в безвоздушном пространстве наступит тишина. Мы еще сможем чувствовать вибрации по земле, но ничего не услышим. Птицы и самолеты больше не смогут подняться в небо.
Хотя мы не можем непосредственно видеть воздух (кроме облаков), он имеет определенную массу, которая поддерживает летающие объекты. Без атмосферы небо станет по космически черным. Это атмосфера придает небу синеву. Вам наверняка встречались фотографии небесной сферы, сделанные с Луны — небо на Земле станет таким же угрюмо-черным.
Земля без атмосферы.
Вся незащищенная растительная и животная жизнь на поверхности Земли умрет. Мы не сможем выжить в вакууме, что воцариться на планете, если атмосфера внезапно исчезнет.
Изменится температура и давление. Даже надев кислородную маску, дышать не получится. Ведь диафрагма использует перепад давления между воздухом внутри легких и снаружи тела, чтобы вдохнуть.
Предположим, у вас есть костюм (скафандр трудно найти) под давлением и воздух. Ну пожить – недолго и мучительно можно – выйдет, однако на коже вы получите массивный солнечный ожог, поскольку атмосфера Земли фильтрует солнечную радиацию.
Трудно сказать, сколько проблем выпадет на темной стороне планеты, но находиться под прямыми солнечными лучами крайне плохо.Реки, озера и океаны будут кипеть. Кипячение происходит, когда давление паров жидкости превышает внешнее давление. В вакууме вода легко кипит, даже если температура невысока. И хотя вода кипит, водяной пар не будет восполнять атмосферное давление. Будет достигнута точка равновесия, когда достаточно водяного пара, чтобы предотвратить опустошение океанов. Оставшаяся вода скорее всего раньше замерзнет.
В конце концов (спустя долгое время после того, как поверхностная жизнь умерла), солнечная радиация разорвет атмосферную воду на кислород, который будет реагировать с углеродом планеты с образованием углекислого газа. Атмосфера будет слишком «тонкой», чтобы дышать.
Отсутствие атмосферы охладит поверхность Земли.
Мы не говорим об абсолютном холоде, но температура опустится ниже нуля. Водный пар из океанов будет действовать как парниковый газ, повышая температуру.
К сожалению, повышенная температура выжмет больше воды из моря в воздух – это вероятно сдержит парниковый эффект и сделает планету более похожей на Венеру, чем на Марс. К слову добавить, в своем прошлом Марс имел атмосферу, а затем в силу чрезвычайно плохих причин утерял.
Растения и наземные животные умрут. Рыба и птица умрет. Большинство водных организмов умрет. В общем-то все организмы, нуждающиеся в воздухе для дыхания, погибнут.Однако можно ожидать, что некоторые бактерии выживут, поэтому потеря атмосферы не убьет всю жизнь на Земле. Например, хемосинтетические бактерии даже не замечают потери атмосферы, и еще ряд экстремофилов может выжить.
Вулканы и геотермальные вентиляционные каналы будут продолжать откачивать углекислый газ и другие газы, чтобы добавить их в воду. Наибольшая разница между исходной и новой атмосферой будет заключаться в гораздо более низком содержании азота. Земля могла бы пополнить азот от метеорных ударов, но большая часть его будет потеряна навсегда.
Смогут ли люди пережить потерю атмосферы?
Очень интересный вопрос, не так ли? Рассмотрим два варианта, возможно дающим шанс людям выжить на Земле, потерявшей атмосферу. Можно построить радиационно-экранированные купола на поверхности Земли (готовимся к апокалипсису заблаговременно). Как известно, живой скептик (параноик) – это лучше, чем неживой оптимист.
Куполам нужна атмосфера под давлением, там будет воздух, и возможность поддерживать жизнь растений. Правда требуется время, чтобы построить биодом, но конечный результат не будет сильно отличаться от попыток выжить на другой планете в чуждой среде. – В любом случае, лучше заранее подготовиться выживать.
Более простым решением было бы построить купола в подводном мире. Таким образом, вода может обеспечить давление, а также может отфильтровать солнечную радиацию.
Вероятно, не стоит фильтровать всю радиацию, поскольку будем выращивать растения. Кстати, пережившие «конец света» узнают вкусные способы приготовления бактерий в качестве пищи, — о чем пишут фантасты жанра постапокалипсис.
Может ли Земля потерять атмосферу?
Магнитное поле Земли защищает атмосферу от потерь плазменных облаков и солнечной радиации. Возможно, мощный выброс солнечного супершторма может сжечь атмосферу. Иным вероятным сценарием являются атмосферные потери из-за массивного воздействия метеоров.
Большие удары случались несколько раз на внутренних планетах системы, включая Землю. Молекулы газа набирают достаточную энергию, чтобы убежать от силы тяжести, но теряется только часть атмосферы. А то и вовсе атмосфера воспламениться под влиянием техногенной химической реакции, напрочь выгорев.
Но в целом, повода для беспокойства нет, мы же рассмотрели всего лишь гипотетический сценарий апокалипсиса.
Поделиться новостью в соцсетях Метки: код апокалипсиса НОВОСТИ СВОБОДНОГО ИНТЕРНЕТА:
« Предыдущая запись 
Следующая запись » holmtain.ru
ГРАВИТАЦИЯАтмосфера и Космос - ГРАВИТАЦИЯ
Почему атмосфера не улетает в Космос?
Рис.1 Распределение солнечной энергии
А – Энергия, излучаемая сушей и морями 47%, В – Отражение от облаков 30%, С – Энергия, запасенная в облаках 22%, D – Энергия фотосинтеза 1%.
Грозит ли Земле потеря атмосферы, как это произошло с Меркурием и Марсом? Земля по факту уже потеряла легкие газы, такие как водород и гелий. В то же время, планета прочно удерживает тяжелые газы азот, кислород, аргон и углекислый газ. Атмосфера «привязана» к поверхности земли за счет «эффекта Броуна» [1]. Но с таким же эффектом на атмосферу воздействует и Солнце.
Вот здесь следует отметить одну особенность материального мира. Все атомы этого мира поглощают и излучают энергию на определенных частотах. Резонансная частота приемников энергии, в том числе и атомов атмосферы, находится по частотной шкале ниже частоты солнечного света (1014 Гц). Это подтверждено экспериментами при спектрофотометрическом анализе газа. Молекулы газа в резонансе поглощают свет ближе к красному и инфракрасному излучению.
Если бы не существовало такой избирательности по шкале частот, то ни одна планета не смогла бы удержать атмосферу, т.к. энергия солнечного излучения гораздо выше, чем планетарная. В то же время, какая-то часть молекул реагирует на солнечную радиацию и за счет коллективного действия служит преградой этому излучению.
Интенсивность света при прохождении через атмосферу уменьшается, энергия фотонов тратится на возбуждение атомов в молекулах воздуха. Вынужденные колебания атомов и поглощение света особенно интенсивны при резонансе. Опытным путем было установлено, что интенсивность света при прохождении через вещество убывает по экспоненциальному закону Бугера:
I = I0exp (-kl).
I0 - интенсивность света на входе,
l – толщина слоя вещества,
k – постоянная, зависящая от свойств поглощающего вещества (коэффициент поглощения) [2].
Если бы не было рассеяния солнечной радиации, особенно высокочастотной, то живая жизнь на Земле не появилась бы вообще.
Отметим еще один факт, коротковолновый солнечный спектр в атмосфере рассеивается сильнее, чем длинноволновый. Именно по этой причине мы наблюдаем небо синим, т.к. синий цвет находится на коротковолновом конце шкалы излучений. Во время заката или на рассвете небо окрашивается в красные тона. В это время свет пробивается по касательной и его путь в атмосфере гораздо длиннее, в результате чего, значительная часть синего и зелёного цветов рассеивается сильнее.
Атмосфера служит защитой от высокочастотной радиации за счет своей массы, количества молекул, стоящих на ее пути. Как известно, особенно хорошо справляются молекулы озонового слоя с ультрафиолетом, которого в солнечном потоке огромное количество. На мой взгляд, молекулы озона резонируют с ультрафиолетовым излучением на так называемой частоте биения. Благодаря резонансу на такой высокой частоте молекулы озона снижают частоту излучения до световой и даже красной, превращая энергию излучения в теплоту. На это указывают измерения температуры в тропосфере и мезосфере. Температурный градиент начинает расти с 25 км и поднимается от -500С до положительных величин температуры на высоте 50 км от поверхности земли.
Отражение атмосферы
На рис. 1 представлена энергетическая диаграмма перераспределения солнечной энергии [3]. Из диаграммы видно, что почти половина солнечной энергии не доходит до поверхности Земли, 30% сразу отражается атмосферой и облаками, а 22% запасают облака. Около 47% аккумулирует поверхность земли, около процента уходит на фотосинтез. Атмосфера состоит из молекул газа. В отдельности каждая молекула далеко не похожа на зеркало, и даже весь газ, собранный в атмосфере, это тоже не полупрозрачное зеркало. Тогда как понимать отражение такого количества энергии обратно в Космос?
Облака, понятно, более плотная субстанция и они отражают определенное количество энергии, но как, казалось бы, прозрачная атмосфера проделывает такие фокусы?
Строго говоря, прямого отражения в атмосфере не происходит. Рассмотрим взаимодействие одного фотона с одной молекулой атмосферы. При попадании, даже можно сказать так – при прохождении фотона через молекулу, она забирает часть энергии фотона и частота последнего снижается. При попадании во вторую молекулу, этот энергетически «ослабленный» фотон может быть поглощен полностью. После такого взаимодействия с молекулой, та, в свою очередь, отстреливает свой красный спутник – крафон. Происходит своеобразная трансформация – молекулярное рассеяние света. Вот таким образом, через поглощение происходит отражение солнечных лучей.
С другой стороны в атмосфере постоянно витают взвешенные частицы. Большая концентрация таких частиц может создать оптическую неоднородность (мутную среду). К таким средам относятся дымы, туманы, выбросы вулканов. Свет, проходя через данные среды, поглощается и рассеивается наиболее интенсивно. В частицах происходит многократное переизлучение энергии фотона от одного атома к другому с выделением теплоты.
Оставшаяся часть процессов отражения идет через посредника, т.е. через поверхность земли. Земля, в виду плотности своей материи, выступает в роли частотного понижающего трансформатора – она понижает частоту солнечного излучения до приемлемой частоты приемника (газа). Планета получает видимый свет, а в атмосферу направляет электромагнитные волны на частоте инфракрасного диапазона (крафоны). Преградой для крафонов становится не только углекислый газ (СО2), при котором возникает, так называемый «парниковый эффект», но и вся атмосфера. Учитывая разреженность атмосферы, поэтому она не может удержать все крафоны земли, которые безвозвратно покидают Землю. За счет этого явления происходит гравитационное притяжение приемника к источнику, т.е. к Солнцу. За счет этого излучения происходит одновременно охлаждение Земли.
Кроме того, с поднятием на высоту разрежение в атмосфере возрастает более быстро. Поэтому, хотя горы и ближе к Солнцу, на них холоднее, чем на равнинах, в среднем при подъёме на каждый километр температура понижается на 6° C из-за адиабатического расширения воздуха.
Почему атмосфера земли состоит преимущественно из «тяжелых» газов (азота, кислорода, паров воды, углекислого газа) и содержит лишь следы «легких» газов (водорода и гелия)?
Молекулы различных газов при одной и той же температуре имеют различные скорости, зависящие от молекулярных масс газов. В любой смеси каждый отдельный газ будет характеризоваться определенной средней скоростью его молекул. При одинаковой кинетической энергии средняя скорость молекул разных газов будет различной. Например, средняя скорость молекул водорода в четыре раза выше, чем средняя скорость молекул кислорода.
Скорость молекул и плотность атмосферы меняется от перехода дня к ночи и наоборот.
С помощью орбитальных спутников было установлено, что внешний слой атмосферы в дневное время расширяется из-за нагрева солнечными лучами и постепенно сжимается в течение ночи из-за более низких температур. Данный факт есть неопровержимое свидетельство того, что броуновское, хаотичное движение молекул воздуха связано только с энергией Солнца и Земли (эффект Броуна), а не с первичным накопленным движением на основе упругого столкновения молекул, как объясняет молекулярно-кинетическая теория. В атмосфере нет, да и вообще в природе, абсолютно-упругих столкновений не существует.
Планета Земля за 4,6 млрд. лет сформировалась в строгом соответствии с законами гравитации. Ее гравитация не достаточна, чтобы удержать водород и гелий, как гиганты Юпитер и Сатурн, но не настолько, чтобы упустить в межзвездное пространство азот, кислород и другие газы.
Есть высказывания, что планета теряет часть своей атмосферы из-за ее вращения вокруг своей оси. В таких гипотезах есть явное противоречие. Если бы это было так, то за счет центробежной силы, в первую очередь, планета должна терять тяжелые молекулы газов, т.е. те которые сейчас составляют атмосферу. На самом деле картина противоположная, улетают легкие газы – водород и гелий. А это говорит о том, что центробежные силы вращения здесь совершенно непричем. Легкие газы улетучиваются по причине высоких скоростей их молекул, энергии, получаемой от фотонов Солнца и крафонов Земли.
Атмосфера и Космос, атмосфера и Земля – два вектора по которым идет сегрегация, седиментация газовых молекул. Преобладающей силой в данном процессе является не центробежная, а гравитационная.
Источники
- Ершов Г.Д., Броуновское движение молекул, http://gennady-ershov.ru/na-zemle/brounovskoe-dvizhenie-molekul.html
- Савельев И.В., Курс общей физики, книга 4 Волны. Оптика, «Астрель», 2001
- Дубнищева Т.Я., Пигарев А.Ю., Современное естествознание, «ЮКЭА», М. 2000
Назад Вперед
gennady-ershov.ru
Какая сила удерживает атмосферу планеты?
Атмосфера Земли отличается от других планет. Она располагается над Землей до 3000 км, хотя наибольшая ее часть находится все же у самой поверхности планеты. Это объясняется тем, что удерживается атмосфера благодаря силе притяжения Земли, поэтому на высоте ее плотность становиться значительно меньше. Атмосфера Земли состоит из нескольких слоев. И каждый слой имеет свою температуру и характеристику.
Первый слой – тропосфера. Находится на высоте 0-12 км. Температура составляет в среднем -100оС. Именно здесь формируется погода. Стоит заметить, что не на одной планете в Солнечной системе нет таких перемен в погоде. Это сложный процесс на который влияет множество факторов. Направление ветра, осадки, атмосферное давление, облачность, влажность и температура воздуха. Так же это зависит от времени суток и года. Воздух, находящийся в атмосфере Земли, все время движется, и поэтому образуются атмосферные фронты. Они располагаются на высоте в несколько тысяч км.
Иногда доходя даже до следующего слоя атмосферы стратосфера, находящийся на высоте 12-55 км имеет температуру -50оС. Далее мезосфера на высоте 80-85 км и термосфера – 85-800 км. В этом слое температура достигает 1500оС и экзосфера находится на расстоянии выше 800 км. Очень важную роль в жизни Земли играет озоновый слой, который простирается на высоте от 12-50 км. Благодаря этому слою на поверхность Земли попадает меньше электромагнитного излучения и радиоволн, губительных для жизни на планете Земля. Ведь Солнце излучает электромагнитные волны разной длины, и помимо нужных для живых организмов волн представляющих собой свет и тепло оно посылает и вредные ультрафиолетовые и рентгеновские лучи.
Атмосфера Земли на 99% состоится из азота и кислорода, который образовался благодаря фотосинтезу воды, ведь моря и океаны Земли это главный источник жизни. Остальная часть это водород, неон, углекислота, метан. Помимо этого в атмосфере Земли содержится вода. Она бывает в трех состояниях: жидком, твердом и газообразном. Конечно, воды в атмосфере ничтожно мало, но ее роль очень важна. Ведь облака отражают солнечную радиацию и некоторую часть поглощают. Содержание углекислого газа создает парниковый эффект. Давление атмосферы на уровне моря составляет 1 атм, что составляет 760 мм рт. ст.
Оцени ответ
nebotan.com
