Atmosfera Pământului și proprietățile fizice ale aerului.

Planeta albastra...

Acest subiect trebuia să apară pe site-ul unul dintre primele. La urma urmei, elicopterele sunt aeronave atmosferice. Atmosfera Pământului- habitatul lor, ca să spunem așa :-). DAR proprietățile fizice ale aerului doar determinați calitatea acestui habitat :-). Deci acesta este unul dintre elementele de bază. Și baza este întotdeauna scrisă întâi. Dar tocmai acum mi-am dat seama de asta. Cu toate acestea, este mai bine, după cum știți, mai târziu decât niciodată... Să atingem această problemă, dar fără a intra în sălbăticie și dificultăți inutile :-).

Asa de… Atmosfera Pământului. Aceasta este învelișul gazos al planetei noastre albastre. Toată lumea știe acest nume. De ce albastru? Pur și simplu pentru că componenta „albastru” (precum și albastru și violet) a luminii solare (spectrului) este cel mai bine împrăștiată în atmosferă, colorându-l astfel în albăstrui-albăstrui, uneori cu o notă de violet (într-o zi însorită, desigur :-)) .

Compoziția atmosferei Pământului.

Compoziția atmosferei este destul de largă. Nu voi enumera toate componentele din text, există o ilustrare bună pentru aceasta.Compoziția tuturor acestor gaze este aproape constantă, cu excepția dioxidului de carbon (CO 2 ). În plus, atmosfera conține în mod necesar apă sub formă de vapori, picături în suspensie sau cristale de gheață. Cantitatea de apă nu este constantă și depinde de temperatură și, într-o măsură mai mică, de presiunea aerului. În plus, atmosfera Pământului (în special cea actuală) conține o anumită cantitate, aș spune „tot felul de mizerii” :-). Acestea sunt SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, în plus există vapori de mercur Hg. Adevărat, toate acestea sunt acolo în cantități mici, slavă Domnului :-).

Atmosfera Pământului Se obișnuiește să se împartă în mai multe zone succesive în înălțime deasupra suprafeței.

Prima, cea mai apropiată de pământ, este troposfera. Acesta este cel mai jos și, ca să spunem așa, stratul principal pentru viața diferitelor tipuri. Conține 80% din masa întregului aer atmosferic (deși în volum reprezintă doar aproximativ 1% din întreaga atmosferă) și aproximativ 90% din toată apa atmosferică. Cea mai mare parte a tuturor vânturilor, norilor, ploii și zăpezii ???? - de acolo. Troposfera se extinde până la înălțimi de aproximativ 18 km la latitudini tropicale și până la 10 km la latitudini polare. Temperatura aerului din acesta scade cu o creștere de aproximativ 0,65 ° C la fiecare 100 m.

zonele atmosferice.

A doua zonă este stratosfera. Trebuie să spun că o altă zonă îngustă se distinge între troposferă și stratosferă - tropopauza. Oprește scăderea temperaturii odată cu înălțimea. Tropopauza are o grosime medie de 1,5-2 km, dar limitele sale sunt neclare, iar troposfera se suprapune adesea cu stratosfera.

Deci stratosfera are o înălțime medie de 12 km până la 50 km. Temperatura din el până la 25 km rămâne neschimbată (aproximativ -57ºС), apoi undeva până la 40 km se ridică la aproximativ 0ºС și mai departe până la 50 km rămâne neschimbată. Stratosfera este o parte relativ liniștită a atmosferei pământului. Practic nu există condiții meteorologice nefavorabile în el. În stratosferă se află celebrul strat de ozon la altitudini de la 15-20 km până la 55-60 km.

Aceasta este urmată de o mică stratopauză a stratului limită, unde temperatura rămâne în jurul valorii de 0ºС, iar apoi următoarea zonă este mezosfera. Se extinde la altitudini de 80-90 km, iar în el temperatura scade la aproximativ 80ºС. În mezosferă, meteorii mici devin de obicei vizibili, care încep să strălucească în ea și să ard acolo.

Următorul decalaj îngust este mezopauza și dincolo de ea zona termosferei. Înălțimea sa este de până la 700-800 km. Aici temperatura începe din nou să crească și la altitudini de aproximativ 300 km poate atinge valori de ordinul a 1200ºС. După aceea, rămâne constantă. Ionosfera este situată în interiorul termosferei până la o înălțime de aproximativ 400 km. Aici, aerul este puternic ionizat din cauza expunerii la radiația solară și are o conductivitate electrică ridicată.

Următoarea și, în general, ultima zonă este exosfera. Aceasta este așa-numita zonă de împrăștiere. Aici sunt prezente în principal hidrogenul foarte rarefiat și heliul (cu predominanța hidrogenului). La altitudini de aproximativ 3000 km, exosfera trece în vidul spațial apropiat.

Asa e pe undeva. De ce despre? Pentru că aceste straturi sunt mai degrabă condiționate. Sunt posibile diferite modificări ale altitudinii, compoziției gazelor, apei, temperaturii, ionizării și așa mai departe. În plus, există mult mai mulți termeni care definesc structura și starea atmosferei pământului.

De exemplu, homosferă și heterosferă. În primul, gazele atmosferice sunt bine amestecate și compoziția lor este destul de omogenă. Al doilea este situat deasupra primului și practic nu există o astfel de amestecare acolo. Gazele sunt separate prin gravitație. Limita dintre aceste straturi este situată la o altitudine de 120 km și se numește turbopauză.

Poate că vom termina cu termenii, dar cu siguranță voi adăuga că se presupune în mod convențional că limita atmosferei este situată la o altitudine de 100 km deasupra nivelului mării. Această graniță se numește Linia Karman.

Voi adăuga încă două imagini pentru a ilustra structura atmosferei. Prima, insa, este in germana, dar este suficient de completa si usor de inteles :-). Poate fi mărită și bine considerată. Al doilea arată schimbarea temperaturii atmosferice cu altitudinea.

Structura atmosferei Pământului.

Schimbarea temperaturii aerului cu altitudinea.

Navele spațiale orbitale moderne cu echipaj zboară la altitudini de aproximativ 300-400 km. Totuși, aceasta nu mai este aviație, deși zona, desigur, este într-un anumit sens strâns legată și cu siguranță vom mai vorbi despre asta :-).

Zona de aviație este troposfera. Avioanele atmosferice moderne pot zbura și în straturile inferioare ale stratosferei. De exemplu, plafonul practic al MIG-25RB este de 23000 m.

Zbor în stratosferă.

Și exact proprietățile fizice ale aerului troposferele determină cum va fi zborul, cât de eficient va fi sistemul de control al aeronavei, cum îl vor afecta turbulențele din atmosferă, cum vor funcționa motoarele.

Prima proprietate principală este temperatura aerului. În dinamica gazelor, acesta poate fi determinat pe scara Celsius sau pe scara Kelvin.

Temperatura t1 la o înălțime dată H pe scara Celsius se determină:

t 1 \u003d t - 6,5N, Unde t este temperatura aerului la sol.

Temperatura pe scara Kelvin se numește temperatura absolută Zero pe această scară este zero absolut. La zero absolut, mișcarea termică a moleculelor se oprește. Zero absolut pe scara Kelvin corespunde cu -273º pe scara Celsius.

În consecință, temperatura T la inaltime H pe scara Kelvin se determină:

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

Presiunea aerului. Presiunea atmosferică se măsoară în pascali (N/m2), în vechiul sistem de măsurare în atmosfere (atm.). Există, de asemenea, presiunea barometrică. Aceasta este presiunea măsurată în milimetri de mercur folosind un barometru cu mercur. Presiunea barometrică (presiunea la nivelul mării) egală cu 760 mm Hg. Artă. numit standard. La fizică, 1 atm. doar egal cu 760 mm Hg.

Densitatea aerului. În aerodinamică, conceptul cel mai des folosit este densitatea masei aerului. Aceasta este masa de aer în 1 m3 de volum. Densitatea aerului se modifică odată cu înălțimea, aerul devine mai rarefiat.

Umiditatea aerului. Afișează cantitatea de apă din aer. Există un concept" umiditate relativă". Acesta este raportul dintre masa vaporilor de apă și maximul posibil la o anumită temperatură. Conceptul de 0%, adică atunci când aerul este complet uscat, poate exista în general doar în laborator. Pe de altă parte, umiditatea 100% este destul de reală. Aceasta înseamnă că aerul a absorbit toată apa pe care ar putea-o absorbi. Ceva ca un absolut „burete plin”. Umiditatea relativă ridicată reduce densitatea aerului, în timp ce umiditatea relativă scăzută o crește în consecință.

Datorită faptului că zborurile cu aeronave au loc în condiții atmosferice diferite, parametrii lor de zbor și aerodinamici într-un singur mod de zbor pot fi diferiți. Prin urmare, pentru o evaluare corectă a acestor parametri, am introdus Atmosferă standard internațională (ISA). Arată schimbarea stării aerului odată cu creșterea altitudinii.

Parametrii principali ai stării aerului la umiditate zero sunt luați ca:

presiunea P = 760 mm Hg. Artă. (101,3 kPa);

temperatura t = +15°C (288 K);

densitatea masei ρ \u003d 1,225 kg / m 3;

Pentru ISA, se presupune (după cum am menționat mai sus :-)) că temperatura scade în troposferă cu 0,65º pentru fiecare 100 de metri de altitudine.

Atmosferă standard (de exemplu până la 10000 m).

Tabelele ISA sunt folosite pentru calibrarea instrumentelor, precum și pentru calcule de navigație și inginerie.

Proprietățile fizice ale aerului include, de asemenea, concepte precum inerția, vâscozitatea și compresibilitatea.

Inerția este o proprietate a aerului care îi caracterizează capacitatea de a rezista la schimbarea stării de repaus sau la mișcare rectilinie uniformă. . Măsura inerției este densitatea masei aerului. Cu cât este mai mare, cu atât este mai mare inerția și forța de tracțiune a mediului atunci când aeronava se deplasează în el.

Viscozitate. Determină rezistența la frecare împotriva aerului pe măsură ce aeronava se mișcă.

Compresibilitatea măsoară modificarea densității aerului pe măsură ce presiunea se modifică. La viteze mici ale aeronavei (până la 450 km/h), nu există nicio modificare a presiunii atunci când fluxul de aer curge în jurul ei, dar la viteze mari începe să apară efectul compresibilității. Influența sa asupra supersonicului este deosebit de pronunțată. Aceasta este o zonă separată de aerodinamică și un subiect pentru un articol separat :-).

Ei bine, se pare că asta e tot deocamdată... E timpul să terminăm această enumerare puțin plictisitoare, de care, însă, nu se poate dispensa :-). Atmosfera Pământului, parametrii săi, proprietățile fizice ale aerului sunt la fel de importanți pentru aeronavă ca și parametrii aparatului în sine și era imposibil să nu le menționăm.

Pa pana la urmatoarele intalniri si subiecte mai interesante ???? …

P.S. Pentru desert, vă sugerez să vizionați un videoclip filmat din cabina unui geamăn MIG-25PU în timpul zborului său în stratosferă. Filmat, se pare, de un turist care are bani pentru astfel de zboruri :-). Filmat mai ales prin parbriz. Observați culoarea cerului...