[географам, физикам] Морозы в Тибете

forester_200

Всем привет!
Прочитал у одного путешественника про температуры -60 и -70 С в горах зимой на высоте 4,5 км. В примечаниях сказано, что "...такие температуры для Тибета науке неизвестны. Но мороз в 30-40 С при относительно умеренной силе ветра на такой высоте (свыше 4500 м) может быть эквивалентен указанным температурам".
Вопрос: как понимать фразу "эквивалентен указанным температурам"?
Надо ли это понимать так, что на высоте 4500 м, при умеренном ветре и показаниях термометра 30-40 С мороза ощущения такие же, как если бы мы находились на уровне моря в безветренную погоду и термометр показывал бы 60-70 С ниже нуля?

myrka88

именно

kolobok1

Именно так. На станции "Восток" тоже не было мороза в -90 :)
Все метеорологические параметры приводятся к уровню моря с использованием показателя вертикального градиента (для температуры обычно - 0,57 градуса Цельсия на каждые 100 м, но он может меняться в зависимости от условий местности, времени года и т.п.). То есть, -40 градусов на высоте 4500 м соответствуют -40 - 4500*0,57/100 = -66 градусам на уровне моря. В случае положительного превышения высоты места вторая часть формулы берётся с минусом, в случае отрицательного (во впадинах) - с плюсом. В частности, в Долине Смерти были зарегистрированы температуры за 60 градусов, которые в приведении к уровню моря теряют 2-3 градуса (в случае интенсивного прогрева собственно земной поверхности берётся градиент больше 1 градуса на 100 м).
Второй фактор - сильный ветер. Ощущаемая температура в этом случае будет ещё ниже уже указанных -66 (при ветре в 4-5 м/с она будет составлять около -80 градусов).

dunkel68

Все метеорологические параметры приводятся к уровню моря с использованием показателя вертикального градиента (для температуры обычно - 0,57 градуса Цельсия на каждые 100 м, но он может меняться в зависимости от условий местности, времени года и т.п.). То есть, -40 градусов на высоте 4500 м соответствуют -40 - 4500*0,57/100 = -66 градусам
чё за? где пруф?

klen1

в чем заключается механизм изменения ощущения температуры в зависимости от высоты?

Zatto-1

Все метеорологические параметры приводятся к уровню моря
Зачем? Разве человек чувствует температуру "как если бы он был на уровне моря"? Параметры пусть хоть какие записывают, но при чём здесь ощущения человека, разве "приведенные к уровню моря" отражают их?

sn0wsky

эквивалентен указанным температурам
С точки зрения физики это означает, что поток тепла, уносимый с тела в атмосферу, при -30° – -40°C и соответствующем ветре, примерно равен потоку тепла, уносимого при -60°C и без ветра.

myrka88

это для домохозяек "ощущение человека", а для метеорологии - вполне четкие нормированные величины ;)

roman05

давление ниже, влажность ниже.

Zatto-1

про ветер всё и так понятно, про влажность тоже ещё можно понять.
но как давление влияет на восприятие температуры (на количество отдаваемого тепла)?

DENSIS288

То есть, -40 градусов на высоте 4500 м соответствуют -40 - 4500*0,57/100 = -66 градусам на уровне моря.
 :confused: Может, наоборот?! Градиент же -0.57 градусов на 100 метров. И это, вроде, среднее изменение средней температуры воздуха с высотой, нет? Так что вообще непонятно.

dunkel68

но как давление влияет на восприятие температуры (на количество отдаваемого тепла)?
во-во, я как-то сразу смутился, меня в школе на физике учили, что температура это один из физических параметров, меряется в кельвинах, ну можно в цельсиях, причём тут давление?

roman05

ваще хз
Просто в голову пришло.

dunkel68

http://www.outdoors.ru/book/obruchev/cp/cp_kr_16.php
См. пункт 24.
не знаю, насколько ты в этом специалист, но в п. 24 не об этом

kuprienko

 
в чем заключается механизм изменения ощущения температуры в зависимости от высоты?

Я вижу данную проблему так:
возьмем воздух и воду(или металл лучше) при одной температуре, но ниже температуры тела. Прислони руку к каждому и почувствуешь разницу в ощущениях. Тебе металл покажется более холодным, чем воздух. Хотя температуры их одинаковы.
Почему?
 Дело в том, что температуру ты, как живой организм, ощущаешь не как таковую, а как поток тепла, передаваемый от одного тела другому. За одно и то же время поток тепла, передаваемый от тебя воздуху и металлу разный.
Почему?
Уравнение для потока q=-k*grad(T где к-коэфф.теплопроводности среды, Т температура(Т1 и Т2 можно взять)-тепературы на границах среды фактически. Отсюда, при разных "к" разные потоки.
Физически задача сводится к находжению потока тепла через 2 граничащие поверхности с разной тепературой и соответствующими коэфф.теплопроводности.
Пусть человек(который, собственно, и судит холоднее ему или нет) имеет тепературу тела "Т0" и теплопроводность тела "к0". Эти параметры зафиксируем.
Рассмотрим, как давление влияет на ощущения восприятия температуры.
Всем известна формула молекулярно-кинетической теории газов p=n*k*Т, где p давление, n концентрация, Т температура. Есть формула Больцмана, без учета изменения температуры атмосферы с высотой, n=n0*exp(-mgh/kT). Делаем вывод, что давление и концентрация уменьшаются с высотой(это фактически формула Архимеда для давления столбы жидкости или газа в поле тяжести. Верхние слои давят на нижележащие, что приводит к сжатию среды).
Раз разная концентрация на разной высоте, значит число соударений молекул воздуха с телом человека различно. Большее число актов соударения сопровождается тем, что больше молекул унесут тепла в единицу времени, хотя температура молекул одинакова.
Концентрация частиц воздуха как раз и заложена в коэфф.теплопроводности. Чем больше концентрация, тем больше данный коэффициент, а поэтому больше тепла ,в данном случае, уносится от человека. Поэтому человеку холоднее в более плотных слоях атмосферы, нежели в разреженных при прочих равных условиях. Это что касается восприятия "температуры" с изменением давления. Но суть восприятия температуру организмом гораздо сложнее, потому что влажность нужно учитывать.
Вернемся к обсуждаемому вопросу. В горах воздух разрежен, у подножия более плотный. Казалось бы, что выше должно быть теплее по ощущениям при одинаковых температурах. Но, нужно еще учитывать и влажность воздуха, т.к. наличие в нем водяного пара тоже сказывается на ощущениях. Каким образом все это влияет?
1)Большинство явлений, наблюдаемых в природе, например, быстрота испарения, высыхание различных веществ, увядание растений, зависит не от количества водяного пара в воздухе, а от того, насколько это количество близко к насыщению, т. е. от относительной влажности, которая характеризует степень насыщения воздуха водяным паром.
(помните опыт по нагреву воды в горах и у подножия? В горах быстрее вскипает, т.к. давление меньше и насыщение происходит быстрее). Поэтому нужно смотреть на относительную влажность у подножия и в горах.
Меньшая относительная влажность приводит к более быстрому испарению, а следовательно раз испарение, то и охлаждение. Но этот эффект в данном случае мал по сравнению со следующим.
2) Большая относительная влажность приводит к тому, что в воздухе содержится больше водяного пара. А теплопроводность водяного пара выше, чем у сухого воздуха. Поэтому поток тепла с поверхности тела человека в окруж среду будет больше. Несмотря на то, что испарение затруднено(значит медленнее остывает но коэффициент теплопроводности становится выше тут.
Наличие ветра усугубляет ситуацию, т.к. фактически количество молекул воздуха соударяемых с человека, а затем сдуваемых с него увеличивается и приводит к еще большему уносу потока тепла с человека.
Конечно, не берем такие скорости ветра, когда они превышают число Маха=1 и обдуваемое тело, наоборот, нагревается.
Ну а вообще если сделать вывод, то температура, воспринимаемая живым организмом, как перенос потока тепла зависит от влажности, давления, скорости движения среды(ветра температуры среды и прочих параметров. Хотя сами эти параметры влажность и давление, к примеру, взаимосвязаны. Взаимосвязь есть во многих параметрах. Просто указал для примера. Поэтому для правильного объяснения воспринимаемых ощущений о "теперетуре", нужно эту взаимосвязь учитывать.
Поэтому несмотря на то, что в горах, казалось бы, все преимущества к более "жаркому климату"(давление ниже, плотность ниже, поэтому теплопровоность воздуха ниже, если брать по этим параметрам чем у подножия. Но наличие ветра играет свою роль + влажность, мне кажется выше(потому что давление ниже и насыщение паров происходит быстрее. Хотя бы если судить по облакам, которые на это указывают что и увеличивает теплопроводность воздуха, а поэтому и поток тепла, уносимый от человека.
Если ничего не напутал, то вроде так есть.

kuprienko

про ветер всё и так понятно, про влажность тоже ещё можно понять.но как давление влияет на восприятие температуры (на количество отдаваемого тепла)?
Влажность напрямую зависит от давления, т.е. является функцией завдения.
Уже привел пример про то, что в горах, где давление меньше, вода закипает быстрее, чем у подножия, где давление выше.
Ведь влажность это не просто параметр сам по-себе, а зависимость от др. параметров.
Возьмем, например, емкость с раствором. Над ней есть пар. А так же растворенный воздух внутри жидкости(возьмем такую жидкость. В обычных условия большинство таких).
Испарение идет как внутрь пузырьков в жидкости, так и на границе раздела вода-воздух. Процесс заключается в том, что молекулы покидают жидкости и часть возвращается обратно) Насыщение(100% влажность) - это вроде когда число молекул улетающих=возвращающимся.
Увеличиваем давление, значит уменьшаем межмолекулярное расстояние. Следовательно увеличиваем силу взаимодействия между ними. А поэтому молекулам труднее оторваться и улететь из раствора.
Отсюда: увеличение давления понижает влажность при прочих равных условиях.
Вроде так, если не путаю)

Zatto-1

спасибо, теперь понятно :)
выпускникам физфака надо брать пример с таких студентов!

los-c

Именно так. На станции "Восток" тоже не было мороза в -90
Все метеорологические параметры приводятся к уровню моря с использованием показателя вертикального градиента
чего-то ты загоняешь.
в метеорологические сводки записывается именно температура, наблюдаемая в данной точке в данное время (срочные наблюдения).

KazantesDmitry

Всем известна формула молекулярно-кинетической теории газов p=n*k*Т, где p давление, n концентрация, Т температура. Есть формула Больцмана, без учета изменения температуры атмосферы с высотой, n=n0*exp(-mgh/kT). Делаем вывод, что давление и концентрация уменьшаются с высотой(это фактически формула Архимеда для давления столбы жидкости или газа в поле тяжести. Верхние слои давят на нижележащие, что приводит к сжатию среды).
Раз разная концентрация на разной высоте, значит число соударений молекул воздуха с телом человека различно. Большее число актов соударения сопровождается тем, что больше молекул унесут тепла в единицу времени, хотя температура молекул одинакова.
Концентрация частиц воздуха как раз и заложена в коэфф.теплопроводности. Чем больше концентрация, тем больше данный коэффициент, а поэтому больше тепла ,в данном случае, уносится от человека. Поэтому человеку холоднее в более плотных слоях атмосферы, нежели в разреженных при прочих равных условиях.
Я тоже рассуждал примерно также и прихожу к таким же выводам. Но есть одна проблема: в космосе, в вакууме, холодно. Как только спутник заходит в тень Земли, он начинает быстро охлаждаться до очень низких температур. А это не согласуется с этими рассуждениями.

kuprienko

Но есть одна проблема: в космосе, в вакууме, холодно. Как только спутник заходит в тень Земли, он начинает быстро охлаждаться до очень низких температур. А это не согласуется с этими рассуждениями.
С этими не согласуется. Я согласен. Механизм другой просто. И как бы то, что темперара в космосе 2,725 К тоже не связана с наличием в нем частиц, а определяется э/м излучением со спектром, характерным для абсолютно чёрного тела с температурой 2,725 К
Но, по-видимому, там просто действует другой механизм, а именно, излучение)
В космосе концентрация частиц оч мала (штуки, десясятки штук или сотни на куб метр). Космос же неоднороден) Поэтому теория теплопроводности здесь неэффективна.
Но суть в том, что тело, находясь даже в вакууме и в темноте, является как бы черным телом, которое и испускает э/м волны фактически всего диапазона частот. Естествено, максимум приходится на некий интервал в зависимости от температуры тела.
Поэтому учесть скорость остывания можно исходя из закона Планка или закона Стефана -Больцмана. см. здесь и здесь Мощность излучения с ед. поверхности j~T^4, а поэтому более нагретые тела больше испускают и, следовательно, быстрее охлаждаются. Оценить время остывания можно используя з-н Стефана-Больцмана, где говорится об излучательной способности с поверхности и уравнение для dQ=c*m*dT(фактически сколько тепла содержится в теле при изменении его температуры от Т1 до Т2) в котором говорится, как изменяется кол-во теплоты тела массой m при изменении температуры. Приравниваешь дифференциальные ур-ния, затем интегрируешь и оцениваешь приблизительно время. Но тут Т1 и Т2 на пов-ти тела нужно брать и закон С.-Б. тоже гласит об излучении с поверхности. Поэтому, по-любому, нужно еще ур-ние теплопроводности приплетать сюда, чтобы знать распределение температуры, поэтому задача усложнится) Хотя поверхность того же спутника может быть оч холодной, но внутри может быть тепло, если коэфф. теплопроввоности материала спутника оч маленький.
механизмов же нагрева/остывания, в качестве преобразования чего-то в тепло много. Как э/м волна преобразуется в тепло, так и обратный эффект тоже есть. Нужно просто смотреть каждый случай в отдельности.
В том или ином случае одни эффекты превалируют над другими.
Когда спутник не в тени, то он нагревается за счет э/м волн от Солнца(причем спектр волн от Солнца оч широкий. Там и видимый и рентген, и ИК, и какой только захочешь. Это же фактически черное тело которые поглощаются его поверхностью и приводят к нагреву. А поэтому, дабы не разрушить материал, поверхность делают зеркальной там, где это нужно. И не зеркальной там, где нужно(солнечные батареи, например).
Попадая в тень, он наоборот становится источником излучения, что и приводит к его остыванию. Естественно, в видимом диапазоне он не будет излучать, если только его температура не сотни градусов по Цельсию, а тем более тысячи(что не особо желательно для используемых материалов. Хотя во всем можно найти пользу). Диапазон излучаемых им волн будет определяться его температурой.
Возьми раскаленную докрасна болванку. Она тоже остынет за счет излучения э/м волн. Но в среде, где большая концентрация частиц(воздух, вода она остынет быстрее. Другое дело, что механизмов остывания будет уже 2:
1) Остывание за счет излучения э/м волн
2) остывание за счет потока тапла посредством частиц, т.е. уже за счет теплопроводности среды.
Естественно, что в области больших температур, наверняка будет преобладать остывание за счет э/м излучения, т..к ~T^4. Но наступит момент, когда при некой температуре вклады в остывание от 1-го и 2-го случая одинаковы. А при меньших температурах второй вклад превысит первый и будет доминировать.
Ну а уж в пустоте будет только остывание за счет излучения э/м волн телом.
Я так думаю)
можно глянуть сюда , хоть это не научная статья, но инфу почерпнуть можно
Оставить комментарий
Имя или ник:
Комментарий: