Аннотация: Данная статья является дополнением к физике раздел Термомеханика.
ТЕМПЕРАТУРА И ДАВЛЕНИЕ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ ИЛИ АТМОСФЕРЫ В СТАТИКЕ.
В параграфе 27 "Термомеханика" мы выяснили, что любое температурное расширение или сужение вещества есть объемное. Воздух или иначе атмосфера представляет смесь: атомов, молекул и разных молекулярных (химических) соединений. Например, основные атомы и молекулы газа в воздухе атмосферы это водород, кислород и азот. Основные молекулярные химические соединения - это углекислый газ (СО2), угарный газ (СО), пары влаги и др.
При этом любое физическое тело, которое представляет собой вещество, непрерывно излучает и поглощает элементарные частицы материи различного теплового состояния. Преобладание процесса поглощения элементарных частиц материи над процессом их излучения из вещества повышает его температуру. Преобладание процесса излучения элементарных частиц материи над процессом их поглощения понижает температуру этого вещества (физического тела). ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОМЕХЕНИКИ, в моей редакции гласит:
Непрерывное излучение элементарных частиц материи из любого вещества равно непрерывному их поглощению при любой постоянной температуре. При этом дефекты масс в атомах остаются, неизменны при этой постоянной температуре.
Изменилась температура - изменился и дефект массы атома вещества. Изменение температуры атома, молекулы или молекулярного соединения вещества приводит: при понижении температуры к сближению планет-электронов к ядру атомов, а при повышении температуры к удалению их (планет-электронов) от ядра атома. Температура в промежутках между ядром атома отсутствует и равна абсолютному нулю, то есть температуре минус 273,15оС, так эти промежутки абсолютно пустые. Температура атома выражает алгебраическую среднюю величину всех элементарных частиц материи составляющих атом конкретного вещества - химического элемента включая температуру пустых промежутков, то есть абсолютный нуль.
Температура воздуха (смесь газов) или, что одно и то же - атмосферы Земли понижается с изменением высоты относительно уровня моря и понижается с изменением высоты относительно земной поверхности. Обоснуем это утверждение.
Здесь следует понимать, что понятие термина "Температура" это качественное свойство вещества или материи. Поэтому рассматривать отдельно это свойство от других взаимосвязанных качественных свойств, а также отдельно от количественного носителя этих свойств (вещества или материи) НЕЛЬЗЯ.
Земля и её атмосфера непрерывно поглощают излучающий поток элементарных частиц материи Солнцем, и соответственно одновременно излучают разные элементарные частицы. В окружении вещества это излучение поглощается другим соседним веществом. Происходит процесс передачи тепла (теплообмена). Происходит процесс нагревания или охлаждения, как поверхности Земли, так и её атмосферы.
В принципе, если рассматривать только температуру воздуха (атмосферы) в отрыве от других носителей качества, то можно сказать, что температура воздуха в атмосфере Земли не зависит от высоты от поверхности Земли. Но это не так.
В параграфе шесть было дано понятие термину "Давление": Давление есть физическая величина, которая выражает меру действия энергии - силу, оказывающую своё действие на единицу площади контактной поверхности.
Математически давление выражается отношением энергии, как силы точечногодействия, которая действует на всю поверхность контакта к площади этого контакта:
D = F / S; (6.3)
где: D - давление силы на единицу поверхности контакта;
F - сила, то есть, мера действия энергии на всю поверхность контакта;
S - площадь поверхности этого контакта.
Из математического определения следует, что давлениеесть удельная мерадействия энергии или иначе удельная сила действия, то есть энергия как её конкретная мера - сила, которая оказывает контактное действие на единицу площади этого контакта.
Так как энергия как сила проявляет свое действие контактным методом, то давление выражает удельную меру этого контактного действия - силу.
В нашем случае сила проявляет бесконтактное действие - это сила земного притяжения, а давление выражает эквивалентную меру - силу тяжести. В данном случае силу тяжести 1 кубического метра (сантиметра или миллиметра), то есть кубическую единицу измерения.
Обратите внимание. Выражая количественно - качественную меру "количество вещества" (материи) через термины "масса" и "тяжесть", то есть не в штуках (количество), мы характеризовали это количество как понятие, которое выражает распределение этого количества в каком-то объёме как плотность распределения вещества или материи, а распределение качественного свойства - энергию в этом количестве как давление. При этом следует различать: закрытый или открытый объём; естественный или искусственный объём.
Характеризуя понятие "тяжесть" мы приводили примеры на разной ноше одного и того же количества вещества. При этом было обращено ваше внимание, что понятие "ноша" как тяжесть выражает понятие "груз", который также выражает понятие давящей силы (единство количества и качества). Эта сила оказывает контактное действие на субъект, который осуществляет эту ношу пропорционально площади контакта с этим субъектом. Это давящее контактное действие силы мы определили понятием термина "давление". Например, каждый объект, то ли это будет биологический субъект, то ли это будет не биологический объект, несет на себе ношу газообразного вещества - атмосферу, которая характеризуется естественным открытым объёмом. Эта ноша как количество вещества оказывает на этот объект или субъект тяжесть как качественная мера количества вещества и как сила этой тяжести, которая оказывает давящее действие. Это давящее действие осуществляется по всей площади контакта объекта с атмосферой во все стороны одинаково, также как и в закрытом объёме. Закон Паскаля для закрытого объёма. При этом можно рассматривать физическое тело как закрытый объем, которое находится в физической среде и наоборот. Например, рыба в водоеме или физическое рабочее тело в гидравлическом цилиндре. Как физическая величина, давление выражает удельную величину этой давящей силы на единицу площади контакта. Например, биологический субъект находится высоко в горах, или не биологический объект, например футбольный мяч. Плотность распределения газообразного вещества в открытом естественном объёме на этой высоте будет низкая, по сравнению с плотностью этого же вещества над уровнем моря. Следовательно, количество вещества, которое оказывает удельное давящее действие на этот объект, будет меньшее на этой высоте в горах. Рассмотрим этот биологический субъект как закрытый объём, в котором функционирует закрытая гидравлическая система "кровообращение". При этом сердце как насос, который создает определенную движущую и давящую силу на стенки сосудов (давление крови) в этом закрытом объёме (динамическое давление). Определенная величина разности давящего давления в закрытом объеме этого субъекта и внешнее давление (атмосферное) открытого объёма физической среды, приведет к появлению движущей силы, которая сожмет или раздует этот физический субъект или объект (футбольный мяч). При определенных пороговых значениях абсолютной величины разности этих давлений этот биологический субъект или не биологический объект (футбольный мяч) будет раздавлен или разорван.
Давление в физике выражено разными физическими единицами, которые уводят от диалектического понимания этого термина, поэтому в настоящее время термин "давление" носит фривольный, те есть легкомысленный характер. Следует различать: статическое и динамическое давление. О статическом (закон Паскаля) и динамическом давлении (закон Бернулли) [Читай параграфы 27 и 28].
Атмосфера Земли представляет собою открытый объём ограниченный только земной поверхностью. Согласно закону Ньютона о центральной силе эта сила F (притягивающая сила) убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от центра масс физического тела, и на его поверхности она будет иметь максимальную величину. Следовательно, давление атмосферного воздуха будет иметь максимальное контактное значение на поверхности Земли с учетом удаления реальных точек земной поверхности от центра масс Земли.
Давление воздуха атмосферы в точках удаленных от земной поверхности на какое-то расстояние - условное. Давление атмосферного воздуха напрямую связано с законом Ньютона о центральной силе. Если контактное давление мы выразили формулой D = F/S; а F = mv (Fпр/t = mg), где Fпр/t - притягивающая мощь силы. При этом масса выражает произведение плотности вещества на его объём. Плотность в единицах СИ - 1кг/м3. Следовательно, единица атмосферного давления D будет в системе СИ выражаться следующей размерной характеристикой: Давление (кг/м сек) равно массе(кг) [плотность (кг/м3) умноженная на объём (м3)]; умноженной на скорость (м/сек) и разделенной на площадь (м2).
Как вы назовете в СИ эту единицу давления не важно, но размерность этой единицы давления в СИ будет: 1 кг/м сек.
Итак, атмосферное давление Земли убывает обратно пропорционально расстоянию от центра масс Земли. С изменением расстояния (высоты) от поверхности Земли температура атмосферного воздуха соответственно будет убывать по этому же закону. Так как понятие термина "Плотность" воздуха атмосферы будет изменяться. Здесь вступает в действие закон диалектики: Единство и борьба противоположных определений: плотность атмосферы и разреженность атмосферы, то же, что и в электричестве: сопротивление и проводимость. Разреженность есть величина обратная плотности. Если величина разреженности стремится к нулю, то плотность стремится к своему максимальному значению. Чем выше слой атмосферы от поверхности Земли, а точнее от центра масс Земли, тем больше величина разреженности атмосферы в этом слое. Следовательно, атомы, молекулы и молекулярные соединения будут находиться удаленными друг от друга на большем расстоянии. Значит и температурное состояние атмосферы будет ниже. Величина плотности атмосферы убывает обратно пропорционально квадрату удаления от центра масс Земли, а величина разреженности атмосферы увеличивается на эту же величину.
P.S. Мы рассмотрели эти качественные параметры атмосферы в статике, то есть в состоянии не подвижности, но физика (природа) в не подвижном состоянии не бывает. Всё находится в движении. Именно движение изменяет температурное состояние.
Подумайте и скажите. Почему на почве бывают заморозки при положительной температуре воздушной среды? Почему тает или подтаивает снег в ясную солнечную погоду при отрицательной температуре воздушной среды? При ответе имейте ввиду закон о единстве и борьбе противоположных определений. В данном случае: 'плотность и разреженность', 'светлый и темный цвет'. Вопросов можно задавать много, надо уметь на них грамотно и правильно отвечать. Тогда и жизнь станет лучше, и жить всем будет веселее.