Почему теплый воздух легче холодного
Перейти к содержимому

Почему теплый воздух легче холодного

  • автор:

Почему теплый воздух легче холодного

Когда воздух нагревается и расширяется, он становится легче и поднимается вверх. Так, когда топится печь, то нагретый в ней воздух вместе с дымом, а иногда и с искрами поднимается вверх по трубе. В горящей керосиновой лампе нагретый воздух по ламповому стеклу также поднимается вверх. Если бросить в ламповое стекло мелкие кусочки папиросной бумаги, то они не падают на пламя, а уносятся нагретым воздухом вверх. Все это показывает, что теплый воздух легче холодного, поэтому он и поднимается вверх.

Опыт. Воздух в классе обыкновенно теплее, чем в коридоре. Приоткроем слегка дверь из класса в коридор и будем держать горящую свечу около пола. Пламя свечи отклоняется в сторону класса. Это показывает, что холодный воздух, как более тяжелый, идет Низом.

Поднимем горящую свечу и будем держать её вверху, у притолки. Теперь пламя свечи отклоняется в сторону коридора. Это показывает, что теплый воздух, как более легкий, идёт верхом. Если мы приоткроем дверь из коридора наружу и проделаем такой же опыт со свечой, то будет то же самое. Все это показывает перемещение теплого и холодного воздуха. Перемещение теплого и холодного воздуха постоянно происходит в природе. Солнце греет землю. От нагретой земли нагревается воздух. Нагретый воздух, как более легкий, поднимается вверх, на место его притекает холодный воздух. Так благодаря нагреванию и охлаждению происходит перемещение воздуха в природе.

1. Какой воздух легче холодный или теплый?

Теплый воздух легче холодного

Зададимся вопросом в стиле Якова Перельмана: какой воздух тяжелее холодный или теплый? После этого посмотрим ответы на форуме в интернете (ответы обозначены цифрами): 1) теплый; 2) холодный;3) холодный конечно; 4) тёплый воздух поднимается вверх, он легче; 5) холодный, поэтому он внизу всегда; 6) конечно теплый!; 7) тяжелей холодный, он опускается вниз, а теплый поднимается, значит легче; 8) тяжелее влажный воздух!; 9) холодный, вспомни, когда зимой открываешь форточку; 10) это и в садике знают, что тёплый легче, поэтому вверх стремится.

На тяжесть холодного воздуха ставок гораздо больше.

Мы народ северный и нас на таком вопросе не проведешь, открывая зимой форточку, наблюдаем, как холодный воздух буквально врывается в комнату, падает вниз к нашим ногам и расстилается по полу комнаты. А может он хочет нам поклониться за широкое гостеприимство? Не знаю, но это подтверждается визуально, когда холодный воздух, увлекая частицы пара, превращает их в видимый шлейф при конденсации. После чего выносится вердикт: холодный воздух тяжелее теплого, поэтому он устремляется вниз. Очередная зима, подкрепляет наши наблюдения и укрепляет правоту сказанного. Объясняем мы это плотностью – холодный воздух более плотный, теплый более разреженный.

Иногда для объяснения притягивают влажность воздуха. Поскольку, в зимний период на улице влаги больше, то влажный воздух должен весить якобы больше. Воздух – это смесь газов, состоящая на три четверти из азота и почти на четверть из кислорода и некоторого количества водяного пара. Количество остальных газов пренебрежимо мало, их не учитываем. Средняя молекулярная масса воздуха 29, молекулярная масса водяного пара 18. Об этом говорит и, упомянутый выше, Я. Перельман: «При одинаковом давлении и температуре кубометр влажного воздуха не тяжелее, а легче, чем кубометр сухого воздуха» [1].

Для выяснения сути данного явления в бытовых условиях можно пойти в баню, и пока не вспотели, понаблюдать за движением пара. Кто в баню не ходит пусть поставит эксперимент на своей кухне и нагреет кастрюлю с водой. Как только кастрюля закипит, пар с завихрениями устремится вверх, под купол вытяжной вентиляции. В бане этот процесс выражен еще более контрастно, первый ковш воды, брошенный на раскаленные камни, выбрасывает вверх белый шлейф пара. Мы видим восходящий паровой поток, который буквально вонзается в потолок, растекается по нему, стараясь его приподнять, и, постепенно охлаждаясь, начинает оседать, а затем конденсироваться на холодных металлических трубах.

По сравнению с окружающим воздухом пар перегрет, поэтому его молекулы более энергонасыщены.

Можно ли доверять нашим органолептическим органам? Для начала необходимо разобраться, почему холодный воздух уплотняется?

2. Почему плотность холодного воздуха больше чем теплого?

На самом ли деле теплый воздух легче холодного. Давайте проверим это утверждение и взвесим две молекулы кислорода теплую, при температуре +20º С и холодную, при температуре 0º С. Но как это сделать, на каких весах измерить разницу веса между молекулами? Судя по рисунку, автору удалось это сделать с помощью рычажных весов (детской качели).

Трудность заключается еще и в том, что мы не сможем в земных условиях точно оценить вес даже, заключенных в оболочку, достаточно больших одинаковых объемов воздуха. Оценке мешает эффект плавучести (статья «Гравитационная температура»). Остается одно, разобраться с этим явлением с энергетической точки зрения. Если мы возьмем молекулы одного и того же газа, но при разных температурах, то понятно, что молекула, имеющая более высокую температуру, будет более энергонасыщена и будет иметь более высокую скорость перемещения.

А за счет какой энергии вообще молекулы перемещаются? Классическая молекулярно-кинетическая теория на этот вопрос не дает вразумительного ответа. Этот физический процесс был основательно исследован в главе «Броуновское движение». Молекулы двигаются благодаря энергии импульсов придачи «вперед за снарядом». Под действием этих импульсов электромагнитного крафонного (краснофотонного) излучения, молекулы пара стремительно разлетаются в разные стороны, но в большей степени вверх (область пониженного давления), тем самым, разреживая и освобождая пространство, в которое устремляется новые молекулы. Те, в свою очередь, поступают как первые. Тем самым мы видим восходящий поток пара. Этот процесс в динамике идет по нормали до первой преграды – потолка.

Попутно еще один вопрос: за счет чего уплотняется холодный воздух?

Конвективные перемещения осуществляются за счет разности давлений, разности температур и гравитации. Холодный воздух из открытой форточки непрерывным потоком падает на пол нашей комнаты. Да, температура холодного воздуха ниже, чем теплого и что из этого следует? Ранее было выяснено, что гравитация квантуется, т.е. передается импульсами. Количество этих импульсов гравитационного излучения земли и нашего пола распределяется по всей поверхности примерно одинаково. Тогда остается излучение самих молекул воздуха. Молекулы имеют маленькую массу и охотно отзываются на собственный импульс придачи, после чего устремляются в том же направлении отстрела этого импульса. Статистически у теплых молекул частота излучения выше, чем у холодных. Они чаще отстреливают свои импульсы в пространство, где меньше давление, поэтому теплые молекулы летят в сторону потолка, освобождая место холодным. Получается, за счет этого электромагнитное, гравитационное излучение земли подтягивает к полу в большей степени холодный воздух, соответственно, теплый выталкивается вверх. Холодные молекулы имеют меньшую скорость, поэтому находятся в более плотном состоянии. Вот по такой технологии идет конвекция в любой газовой среде.

Теплый воздух в комнате выходит из температурного равновесия и постепенно внедряется в ряды холодного, отдавая часть своей теплоты.

3. Эйнштейн против Клапейрона и Менделеева

Рис. 2. На рисунке условно показано равное количество молекул азота (1) и молекул кислорода (2), находящихся при разных температуре и занимающих не равные объемы. a – при высокой температуре; b – при низкой температуре.

Обычно объясняют, что холодный воздух выталкивает теплый и тот поднимается вверх. На самом деле никто никого не толкает и не выталкивает. Весь воздух подвержен притяжению Земли и эта энергия его подпитывает. В зависимости от энергонасыщенности происходит температурная сегрегация по высоте расположения. Молекулы теплого воздуха имеют большую скорость перемещения, они разлетаются на большие расстояния, происходит больше столкновений между ними и они занимают больший объем (рис. 2а).

А теперь для доказательства равенства масс молекул, находящихся под разным тепловым потенциалом, я призвал на помощь два уравнения из классической физики.

1) уравнение состояния для идеального газа Клапейрона-Менделеева.

Где, m – масса газа, P – давление, V – объем, M – молярная масса, R – универсальная газовая постоянная, Т – температура.

Замечание, сейчас принято обозначать температуру греческой буквой Θ (Тэта). Чтобы не нарушать написание известной формулы оставим символ Т.

Из (2) видно, что при повышении температуры, увеличивается V (при постоянном давлении P). При этом масса газа (воздуха) остается постоянной.

2) Уравнение Эйнштейна. Энергия излучения связана с его массой.

Подставив в формулы (3, 4) реальные значения, можно убедиться без лишних доказательств, что кубовый объем газа, имеющий меньшую энергию Е (температуру и скорость молекул) будет иметь и меньшую массу.

Тогда можно заключить, что холодный воздух легче теплого, и должен подниматься вверх, а он падает вниз. Вот где нелогичная конвекция и Эйнштейн против Клапейрона и Менделеева.

В чем же дело? А дело в серьезном разбирательстве, связанном со знаменитой формулой. Если в расчете использовать формулу (3), то килограммовый куб воздуха будет иметь энергию 9·10 16 Дж. Данная величина приблизительно равна электрической энергии 3∙10 10 кВт∙ч! Такое количество электроэнергии потребляют США за один день! Невероятно, но где энергия? А ее, увы, не видно.

Этому разбирательству посвящена отдельная статья под названием: «Энергия покоя». А сейчас, чтобы выбраться из создавшейся коллизии введем в данное уравнение энергетический коэффициент GE.

T – температура тела в Кельвинах

Tmax – максимально возможная температура вещества в природе.

Используя в расчетах уравнение (7) можно убедиться, что при прочих равных условиях, массы холодного и теплого воздуха будут равны. Такой же расчет дает по формуле (2) Клапейрона-Менделеева и противостояние с Эйнштейном прекращается. И что самое главное, энергия газового куба снижается до удобоваримого значения, на десять порядков! Все расчеты привели меня к заключению, что уравнение Эйнштейна не общее, а частное, для максимального значения температуры при GE=1.

Электромагнитное, крафонное излучение Земли постоянно мониторит пространство и подтягивает атмосферу с паром вниз, но теплый воздух всегда оказываются наверху. Это происходит потому, что холодные молекулы реже отстреливают свои крафоны придачи в окружающее пространство из-за их меньшей энергонасыщенности.

Теплый воздух в комнате находится в термодинамическом равновесии, поэтому его молекулы продолжают хаотично двигаться, постепенно внедряясь в ряды холодного, отдавая часть своей теплоты.

Несмотря на то, что холодный воздух находится всегда внизу, масса теплых и холодных молекул остается одинаковой.

Конвективные перемещения в жидкости можно объяснить аналогичным способом.

Объемная плотность газа существенно зависит от температуры газа.

Как было указано выше, более горячий газ устремляется вверх не из-за его легкости, а по причине поднятия молекул за счет крафонного излучения. По сути, о какой легкости или тяжести мы говорим, каждая молекула находится во взвешенном состоянии, но не в какой-то среде, а фактически, в вакууме. Равные по массе и одинаковой температуре молекулы будут иметь одинаковый объемный вес. Известно, если охладить кубометр воздуха, то получим 1,2 литра в жидком состоянии. Отсюда вопрос: какое вещество занимает 998,8 литра этого объема воздуха, если мы уберем энергию расширения, то есть теплоту?!

  1. Перельман Я.И., Знаете ли вы физику? «ТЕРРА», М. 2007

почему горячий воздух легче холодного

Автор этого вопроса должен знать, что подымаясь вверх, воздух теряет свое тепло-это первое. Второе: На высоте плотность воздуха намного меньше, чем внизу. Нагреть его солнечными лучами нет такой возможности как вблизи Земли по многим факторам. Свет, как вы знаете, создает давление и молекулы воздуха в меньшей плотности как бы уходят от прямого попадания и еще они плохо поглощают Солнечное тепло. Если сравнить с воздухом около Земли, то здесь он прогревается еще и за счет отбитых лучей Солнца, и за счет парникового эффекта, который создается углекислым газом и и и. Поэтому вверху холодно, а внизу теплее.

Остальные ответы

блин, физика 7ой класс. я не помню, но вроде молекулы горячего воздуха легче и связь между ними больше.

Дмитрий СоловьёвИскусственный Интеллект (210987) 16 лет назад

Глупости!
Во-первых нет молекулы воздуха, т.к. воздух из нескольких веществ состоит, в основном это азот и ещё кислород.
Во вторых масса молекул одна и та же.

Вячеслав Галкин Мудрец (13618) Добавлю, что связь между молекулами наоборот становится меньше.
» Death MoROzz » ну.. .
козырное имечко. .
уважаю
это связано с молекулами, в горячем воздухе молекулы движутся быстрее
Расширение газов происходит

Молекулы горячего воздуха быстрее, поэтому сильнее пытаются разлететься. Поэтому плотность газа (количество молекул в единице объёма) уменьшается. Вот он и легче.

А мороз на высоте.. . Это потому что там очень маленькое давление воздуха. Воздух расширяется. А при расширении газ охлаждается.

Горячий воздух легче, т. к. он более разреженный вииду расширения вешеств при нагревании, а на высоте мороз по той причине, что воздух прозрачен и сам по себе легко пропускает солнечные лучи и не нагревается.
Потому то и циркуляция происходит.

Это два вопроса. Ответ на первый: по газовым законам! Чем выше температура — тем больше объём (при постоянном давлении) или тем выше давление (при постоянном объёме). Ну, а больше объём — ниже плотность.
Теперь на второй. На высоте, где воздух разреженный, ему труднее прогреваться. Ведь там он может получать тепло только от солнечных лучей, а их он поглощает плохо — именно потому, что разрежен. У поверхности Земли он ещё может подогреваться от неё,если она прогрета, к тому же там он плотнее.

Источник: учебник физики для средней школы

молекулы воздуха при нагревании из-за высокой энтропии стремятся разлететься в стороны сильнее, так как у них больше энергии. аесли вещества на единицу объема меньше то оно легче, а есле легче то поднимается наверх.

Забавно. При нагреве действительно возрастает скорость движения молекул (это можно видеть при нагреве воды в ковшике) .Получив дополнительную энергию, молекулы имеют возможность преодолевать силы притяжения со стороны соседок и удаляться на расстояния, которые больше прежнего. Это приводит к увеличению объема воздуха в данном месте, а рост объема без изменения массы (числа молекул) означает, что плотность уменьшается и начинает действовать выталкивающая сила со стороны соседнего холодного воздуха, который при большей плотности выступает своего рода «жидкостью» , давление которой больше в нижних слоях, чем в верхних.

Почему теплый воздух поднимается над холодным?

В неподвижном воздухе давление на постоянной высоте во всех точках одинаково. Если в каком-то месте воздух нагревается, его давление возрастает и он расширяется, пока за счет снижения плотности давление не выравняется. Но тогда оказывается, что вес воздушного столба в месте нагрева меньше, чем по соседству. Тяжелый холодный воздух начинает подтекать под нагретый, выдавливая его вверх.

По сути, этот эффект — проявление той же силы Архимеда, за счет которой дерево всплывает в воде. Если нагрев воздуха продолжится, например от горячей поверхности земли, возникнет устойчивый восходящий поток.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *