چرا جو به فضا کشیده نمیشه2
فشار هوا در کل جو یکنواخت نیست. هرچه ارتفاع کمتر باشد ، فشار هوا بیشتر می شود. بنابراین ، هرچه بالاتر می روید ، فشار هوا کاهش می یابد. در واقع ، در حد بالایی جو ، فشار هوا اساساً به صفر کاهش می یابد.
و از آنجا که فشار هوایی واقعی برای صحبت کردن در آنجا وجود ندارد ، پس هیچ نیرویی نیست که هوا را به فضای خالی فشار دهد.
اکنون ، این بدان معنی نیست که جاذبه در اینجا کار نمی کند. در حقیقت ، گرانش دلیل اصلی ما فشار هوا است. گرانش جو را تحت فشار قرار می دهد ، آن را فشرده می کند و فشار ایجاد می کند.
اگر می توانستیم جاذبه را به طرز جادویی خاموش کنیم ، جو از آن فشرده سازی آزاد می شود و از زمین دور می شود.
بنابراین ، در ریشه آن ، جاذبه چیزی است که جو را در نزدیکی سطح نگه می دارد. برای انجام این کار فقط مبارزه با خلافضا نیست.
اگر گرانش زمین یک نیروی گرانشی رو به پایین به سمت همه مولکول های هوا وارد کند ، چگونه ممکن است که مولکول ها سرانجام حرکت خود را از دست ندهند و همه ته نشین شوند؟ چگونه جو بعد از میلیاردها سال هنوز مایل فرسوده است؟تی در دمای صفر به دلیل مکانیک کوانتوم ، مولکول ها کمی تکان می خورند
جو در بعضی از نقاط یخ می زند (مانند 50K) بنابراین در زیر آن دما فقط روی زمین قرار می گیرد
من فرض کردم که زمین و جو دمای یکسانی دارند زیرا در تعادل گرمایی قرار دارند. در حقیقت ، دمای آنها می تواند کمی متفاوت باشد ، زیرا فرآیندهای اضافی انتقال حرارت آهسته دارندمکانیک آماری برای اینکه شما را با چیزی کمی دقیق تر (هرچند کاملاً ساده) روبرو سازد ، به ما می گوید که احتمال وجود بخشی از سیستم در یک انرژی معین برای اشغال سطح
p
∝
exp
(
−
E
k
T
)
است که k یک ثابت بولتزمن است. ؛ به همین دلیل فقط متناسب است ، ∝).برای جو گاز ایده آل که در آن مولکول ها فقط انرژی بالقوه دارند (انرژی جنبشی در اینجا مهم نیست زیرا مولکول ها در گاز ایده آل با یکدیگر تعامل ندارند) ما
E
=
m
g
h
این به ما
p
∝
exp
(
−
m
g
h
k
T
)
می دهد. می بینید که جو "می خواهد" پایین بیاید p (p برای h پایین تر بزرگتر است) اما دما آن را "مجبور" می کند که بالا برود. با معادله مقادیر مختلف T و g (قدرت جاذبه) بازی کنید تا ببینید چه اتفاقی می افتد.پاسخ های دیگر صحیح است اما برای درک آنها باید در مورد میزان انرژی گرمایی یک مولکول متوسط ایده بگیریدطبق توزیع ماکسول-بولتزمن ، محتمل ترین سرعت یک مولکول هوا (مثلاً نیتروژن) در دمای اتاق
v
p
=
√
2
k
T
m
=
422
m
/
s
است. بدون برخورد با سایر مولکول هاقبل از اینکه گرانش آن را متوقف کند و به زمین بکشد ، می تواند به سمت بالا
h
=
v
2
0
2
g
= 9 کیلومتر حرکت کند. اساساً ، انرژی بالقوه مولکولها در میدان گرانشی در مقایسه با انرژی جنبشی آنها بسیار کم است تا بتواند آنها را پایین نگه دارد.بروزرسانی: هنوز هم گرانش دلیل این است که بعد از میلیاردها سال جو داریم.این بدان دلیل است که خورشید دائماً انرژی جنبشی آنها را تأمین می کند ، که می دانید دما است. سپس قانون گاز ایده آل p * V = nRT را بیان می کند ، بنابراین میزان حجم تقریباً ثابت می ماند.
فشار ناشی از دافعه الکترواستاتیک بین مولکول ها است که آنها را از هم دور می کند و نیروی جاذبه آنها را به سمت زمین بزرگ می کشاند.پاسخ های فعلی همه در ذره ذره فرو می روند ، بنابراین فکر کردم می توانم پاسخ مفهومی بیشتری ارائه دهم. اول از همه ، اگر همه اثرات متقابل ، تابشی و غیره را نادیده بگیرید و فقط تحت تأثیر نیروی جاذبه هوا را گاز ایده آلی بدانید ، پس به دلیل صرفه جویی در انرژی ، ته نشین نمی شود - جایی برای مولکول های هوا وجود ندارد انرژی جنبشی اولیه برای رفتن.
اما در عمل ، هوا ویسکوزیته کوچک اما غیر صفر دارد ، بنابراین در طول میلیاردها سال ، در درجه حرارت صفر اصطکاک داخلی باعث کاهش سرعت مولکول های هوا می شود (انرژی جنبشی از دست رفته را به عنوان گرما تابش می کند) و آنها واقعاً به زیر زمینمولکول های هوای اطراف ما همه با یک سرعت حرکت نمی کنند ، حتی اگر هوا در یک دما باشد. برخی از مولکولهای هوا بسیار سریع حرکت خواهند کرد ، برخی با سرعت متوسط و بعضی از مولکولهای هوا به سختی حرکت خواهند کرد. به همین دلیل ، ما نمی توانیم questions جواب دهیم مانند "سرعت یک مولکول هوا در یک گاز چقدر است؟" از آنجا که یک مولکول در یک گاز می تواند یکی از تعداد زیادی سرعت ممکن را داشته باشد.
و از آنجا که فشار هوایی واقعی برای صحبت کردن در آنجا وجود ندارد ، پس هیچ نیرویی نیست که هوا را به فضای خالی فشار دهد.
اکنون ، این بدان معنی نیست که جاذبه در اینجا کار نمی کند. در حقیقت ، گرانش دلیل اصلی ما فشار هوا است. گرانش جو را تحت فشار قرار می دهد ، آن را فشرده می کند و فشار ایجاد می کند.
اگر می توانستیم جاذبه را به طرز جادویی خاموش کنیم ، جو از آن فشرده سازی آزاد می شود و از زمین دور می شود.
بنابراین ، در ریشه آن ، جاذبه چیزی است که جو را در نزدیکی سطح نگه می دارد. برای انجام این کار فقط مبارزه با خلافضا نیست.
اگر گرانش زمین یک نیروی گرانشی رو به پایین به سمت همه مولکول های هوا وارد کند ، چگونه ممکن است که مولکول ها سرانجام حرکت خود را از دست ندهند و همه ته نشین شوند؟ چگونه جو بعد از میلیاردها سال هنوز مایل فرسوده است؟تی در دمای صفر به دلیل مکانیک کوانتوم ، مولکول ها کمی تکان می خورند
جو در بعضی از نقاط یخ می زند (مانند 50K) بنابراین در زیر آن دما فقط روی زمین قرار می گیرد
من فرض کردم که زمین و جو دمای یکسانی دارند زیرا در تعادل گرمایی قرار دارند. در حقیقت ، دمای آنها می تواند کمی متفاوت باشد ، زیرا فرآیندهای اضافی انتقال حرارت آهسته دارندمکانیک آماری برای اینکه شما را با چیزی کمی دقیق تر (هرچند کاملاً ساده) روبرو سازد ، به ما می گوید که احتمال وجود بخشی از سیستم در یک انرژی معین برای اشغال سطح
p
∝
exp
(
−
E
k
T
)
است که k یک ثابت بولتزمن است. ؛ به همین دلیل فقط متناسب است ، ∝).برای جو گاز ایده آل که در آن مولکول ها فقط انرژی بالقوه دارند (انرژی جنبشی در اینجا مهم نیست زیرا مولکول ها در گاز ایده آل با یکدیگر تعامل ندارند) ما
E
=
m
g
h
این به ما
p
∝
exp
(
−
m
g
h
k
T
)
می دهد. می بینید که جو "می خواهد" پایین بیاید p (p برای h پایین تر بزرگتر است) اما دما آن را "مجبور" می کند که بالا برود. با معادله مقادیر مختلف T و g (قدرت جاذبه) بازی کنید تا ببینید چه اتفاقی می افتد.پاسخ های دیگر صحیح است اما برای درک آنها باید در مورد میزان انرژی گرمایی یک مولکول متوسط ایده بگیریدطبق توزیع ماکسول-بولتزمن ، محتمل ترین سرعت یک مولکول هوا (مثلاً نیتروژن) در دمای اتاق
v
p
=
√
2
k
T
m
=
422
m
/
s
است. بدون برخورد با سایر مولکول هاقبل از اینکه گرانش آن را متوقف کند و به زمین بکشد ، می تواند به سمت بالا
h
=
v
2
0
2
g
= 9 کیلومتر حرکت کند. اساساً ، انرژی بالقوه مولکولها در میدان گرانشی در مقایسه با انرژی جنبشی آنها بسیار کم است تا بتواند آنها را پایین نگه دارد.بروزرسانی: هنوز هم گرانش دلیل این است که بعد از میلیاردها سال جو داریم.این بدان دلیل است که خورشید دائماً انرژی جنبشی آنها را تأمین می کند ، که می دانید دما است. سپس قانون گاز ایده آل p * V = nRT را بیان می کند ، بنابراین میزان حجم تقریباً ثابت می ماند.
فشار ناشی از دافعه الکترواستاتیک بین مولکول ها است که آنها را از هم دور می کند و نیروی جاذبه آنها را به سمت زمین بزرگ می کشاند.پاسخ های فعلی همه در ذره ذره فرو می روند ، بنابراین فکر کردم می توانم پاسخ مفهومی بیشتری ارائه دهم. اول از همه ، اگر همه اثرات متقابل ، تابشی و غیره را نادیده بگیرید و فقط تحت تأثیر نیروی جاذبه هوا را گاز ایده آلی بدانید ، پس به دلیل صرفه جویی در انرژی ، ته نشین نمی شود - جایی برای مولکول های هوا وجود ندارد انرژی جنبشی اولیه برای رفتن.
اما در عمل ، هوا ویسکوزیته کوچک اما غیر صفر دارد ، بنابراین در طول میلیاردها سال ، در درجه حرارت صفر اصطکاک داخلی باعث کاهش سرعت مولکول های هوا می شود (انرژی جنبشی از دست رفته را به عنوان گرما تابش می کند) و آنها واقعاً به زیر زمینمولکول های هوای اطراف ما همه با یک سرعت حرکت نمی کنند ، حتی اگر هوا در یک دما باشد. برخی از مولکولهای هوا بسیار سریع حرکت خواهند کرد ، برخی با سرعت متوسط و بعضی از مولکولهای هوا به سختی حرکت خواهند کرد. به همین دلیل ، ما نمی توانیم questions جواب دهیم مانند "سرعت یک مولکول هوا در یک گاز چقدر است؟" از آنجا که یک مولکول در یک گاز می تواند یکی از تعداد زیادی سرعت ممکن را داشته باشد.
۳.۹k
۱۹ تیر ۱۴۰۰
دیدگاه ها (۱)
هنوز هیچ دیدگاهی برای این مطلب ثبت نشده است.