Підручник Фізика 8 клас - Т.М. Засєкіна - Оріон 2017 рік

Розділ 1 ТЕПЛОВІ ЯВИЩА. ТЕПЛОВІ МАШИНИ ТА МЕХАНІЗМИ

§ 23 Фізика атмосфери

Ви дізнаєтесь

- Про фізичні властивості атмосфери Землі

Пригадайте

- Що вам відомо про атмосферу Землі з уроків географії

Що таке метеорологія. Атмосфера— це газова оболонка, що оточує Землю. Наявність атмосфери — одна з найголовніших умов життя на планеті. Без їжі людина може обходитися місяць, без води — тиждень, а без повітря не проживе й кількох хвилин.

Сила земного тяжіння зумовлює тиск атмосфери біля поверхні, а також перешкоджає розльоту атмосферних газів у космічний простір. Очевидно, ця сила на Місяці, Марсі є замалою, тому там атмосфера або відсутня, або дуже розріджена.

Атмосфера, як елемент глобальної екосистеми, виконує кілька основних функцій:

- захищає живі організми від згубного впливу космічних випромінювань та ударів метеоритів;

- регулює сезонні й добові коливання температури (якби на Землі не існувало атмосфери, то добові коливання температури сягали 6 ± 200 °С);

- є носієм тепла и вологи;

- є депо газів, які беруть участь у фотосинтезі й забезпечують дихання;

- зумовлює низку складних екзогенних процесів (вивітрювання гірських порід, діяльність природних вод, мерзлоти, льодовиків тощо).

Як бачимо, атмосфера є об’єктом дослідження багатьох наук: географії, хімії, біології, екології, фізики. Існує і спеціальна наука про земну атмосферу — метеорологія (від грец. meteoron — «високо в небі» та грец. logos — «знання»).

Фізика атмосфери, як розділ метеорології, вивчає фізичні закономірності процесів і явищ, що відбуваються в атмосфері, у тому числі вивчення будови атмосфери, властивостеи газів, що є складовими атмосфери, поглинання та випромінювання ними радіації, розподіл температури й тиску, випаровування та конденсацію водяної пари, утворення хмар и опадів, різні форми руху в атмосфері, електричні поля, оптичні й акустичні явища.

Мaл. 76. Будова атмосфери

Структура і склад атмосфери. Атмосферу поділяють на такі шари (знизу вгору): тропосфера (до висоти 18 км), стратосфера (до 50 км), мезосфера (до 80 км), термосфера (1000 км), екзосфера (1900 км), геокорона (умовно до 20 тис. км) (мал. 76). Далі атмосфера поступово переходить у міжпланетний космічний вакуум.

Основна маса повітря (90 %) зосереджена в нижньому шарі — тропосфері. Маса повітря приблизно дорівнює 5 ∙ 1018 кг, а це, для порівняння, у 266 разів менше від маси води, яка є на нашій планеті, і становить мільйонну частку всієї маси Землі.

Основні компоненти повітря: азот N2 — 78 % і кисень О2 — 21%, а також невелика кількість вуглекислого газу, водню та інших газів. Уміст водяної пари у повітрі постійно змінюється (від 0,2 до 3 %) залежно від її агрегатного стану. Крім газів, у повітрі містяться ще й домішки так званих аерозолів, тобто дуже дрібних крапель рідин і твердих частинок як природного, так і штучного походження. Від їх кількості та різновиду залежать процеси поглинання й розсіювання сонячної радіації, виникнення окремих оптичних явищ в атмосфері тощо.

Мал. 77 Схема теплообмінних процесів в атмосфері

З висотою різко зменшуються густина й атмосферний тиск, а температура змінюється нерівномірно й складно. Зміна температури в межах атмосфери на різних висотах пояснюється неоднаковим поглинанням сонячної енергії газами.

Тропосфера — найближчий до нас нижній шар атмосфери. Висота верхньої межі тропосфери залежить від температури: узимку вона ближче до земної поверхні, улітку — далі від неї. Найінтенсивніше теплові процеси протікають у тропосфері, причому атмосфера нагрівається знизу, від поверхні океану та суходолу. У тропосфері міститься до 80 % вологи всієї атмосфери. Для тропосфери характерне постійне вертикальне перемішування повітря, — тут утворюються хмари, звідси випадають опади.

Стратосфера характеризується низьким тиском, розрідженням повітря, повною відсутністю водяної пари та значним умістом озону. Надзвичайно важливе екологічне значення для біосфери має озоновий шар у стратосфері, повітря якого збагачене триатомним киснем (О3). Він розташований на висоті 20-50 км і захищає все живе на Землі від згубної дії «жорсткого» ультрафіолетового випромінювання Сонця. Озоновий шар поглинає близько 97 % ультрафіолетового компонента сонячної радіації, небезпечного для живих організмів.

Теплообмінні процеси в атмосфері. У тропосфері відбуваються всі основні теплообмінні процеси (мал. 77, с. 109). Майже 90 % тепла постійно циркулює між поверхнею Землі та тропосферою. Цей механізм підігріву земної поверхні та нижніх шарів атмосфери називають парниковим ефектом. Парниковий ефект виникає через присутність в атмосфері Землі певних газів, які не пропускають у космос інфрачервоне випромінювання від поверхні нашої планети. До таких газів належить вуглекислий газ і водяна пара.

Водний баланс. Розвиток гідросфери також значною мірою залежав від атмосфери через те, що водний баланс та режим поверхневих і підземних басейнів й акваторій формувався під впливом режиму опадів і випаровування. Процеси гідросфери й атмосфери тісно пов’язані між собою. Вода випаровується з поверхні океанів, рік, озер, боліт, ґрунту, а також рослин. Вона накопичується в атмосфері у формі водяної пари.

Наявність водяної пари в атмосфері Землі зумовлює вологість повітря.

Вологість, тобто ступінь насичення повітря водяною парою, характеризують такими величинами. Абсолютна вологість — це кількість водяної (у кілограмах) пари, яка міститься в 1 м3 повітря, тобто її густина. Відносна вологість повітря — це відношення абсолютної вологості до тої маси водяної пари, яка насичує повітря за такої самої температури. Як правило, відносну вологість виражають у відсотках.

Абсолютна вологість переважно збільшується з підвищенням температури повітря.

Відносна вологість із підвищеннямтемпературизменшується;вонаменшавліткутабільшавзимку. У межах України відносна вологість у середньому становить 65-75 %.

Вологість повітря постійно впливає на самопочуття людини. Для нормальної життєдіяльності за добу з поверхні шкіри та легенів людини випаровується в середньому від 800 до 2000 г води. У гарячому вологому повітрі процес випаровування води з поверхні шкіри людини послаблюється, водночас порушується й нормальний тепловий обмін в організмі. Тому за великої вологості й високої температури в людини з’являється кволість, зменшується її працездатність.

Інтенсивність випаровування з водних басейнів планети визначається в основному температурою, вологістю повітря та силою вітру і тому сильно змінюється від місця до місця. Велика частина атмосферної водяної пари надходить з теплих тропічних і субтропічних морів і океанів.

Водяна пара виноситься нагору й поширюється в атмосфері повітряними потоками. У міру того, як тепле вологе повітря піднімається нагору, воно розширюється в результаті зниження тиску у високих шарах атмосфери та охолоджується. Подальший його підйом й охолодження приводять до конденсації надлишкової вологи на дрібних зважених у повітрі частках і до утворення хмар, що складаються з крапельок води.

Усередині хмар краплі падають, зіштовхуються і зливаються з іншими краплинами. Якщо крапля в хмарі проходить відстань близько 1 км, вона може стати досить важкою й випасти з неї дощовою краплею.

Дощ може утворюватися й інакше. Краплі у верхній, холодній, частині хмари можуть залишатися навіть за температури набагато нижчої від 0 °С — звичайної температури замерзання води. Такі краплі води, що називаються переохолодженими, будуть кристалізуватися, тільки якщо в них є особливі частки, що є центрами кристалізації. Замерзлі краплі розростаються в крижані кристали, а кілька крижаних кристалів можуть об’єднатися й утворити сніжинку. Сніжинки проходять крізь хмару й у холодну погоду досягають Землі у вигляді снігу. Однак у теплу погоду вони тануть і досягають поверхні у формі дощових крапель.

Кількість атмосферних опадів, що досягають поверхні Землі в певній місцевості у вигляді дощу, граду або снігу, оцінюється товщиною шару води (у міліметрах). Середня річна кількість опадів на всій поверхні Землі — близько 910 мм.

Підбиваємо підсумки

- Атмосфера — це газова оболонка, що оточує Землю.

- Основна маса повітря (90 %) зосереджена в нижньому шарі — тропосфері, в якій здійснюються основні теплообмінні процеси. Основні компоненти повітря: азот N2 — 78 % і кисень О2 — 21 %, а також невелика кількість вуглекислого газу, водню та інших газів. Уміст водяної пари в повітрі постійно змінюється (від 0,2 до 3 %).

- Наявність водяної пари в атмосфері Землі зумовлює вологість повітря.

Я знаю, вмію й розумію

1. Назвіть структуру атмосфери.

2. Назвіть основні складові повітря.

3. Яка роль озонового шару для біосфери?

4. Що таке вологість повітря?





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити