Зависимость температуры кипения воды от высоты над уровнем моря
После создания пары калькуляторов на тему давления вообще (Конвертер единиц давления) и атмосферного давления в частности (Барометрическое нивелирование), захотелось узнать, как рассчитать температуру кипения воды в зависимости от высоты. Я откуда-то знал, что на высоте вода кипит при температуре ниже 100°С — а вот при какой точно температуре она кипит — вопрос.
Задача состоит из двух этапов — установить зависимость атмосферного давления от высоты и зависимость температуры кипения от давления. Начнем с последнего, как с более интересного.
Кипение представляет собой фазовый переход первого рода (вода сменяет агрегатное состояние из жидкого на газообразное).
Фазовый переход первого рода описывается уравнением Клапейрона:
,
где
— удельная теплота фазового перехода, которая численно равна количеству теплоты сообщаемой единице массы вещества для осуществления фазового перехода,
— температура фазового перехода,
— изменение удельного объема при переходе
Клаузиус упростил уравнение Клапейрона для случаев испарения и возгонки, предположив, что
- Пар подчиняется закону идеального газа
- Удельный объем жидкости много меньше удельного объема пара
Из пункта один следует, что состояние пара можно описать уравнением Менделеева-Клапейрона
,
а из пункта два — что удельным объемом жидкости можно пренебречь.
Таким образом, уравнение Клапейрона принимает вид
,
где удельный объем можно выразить через
,
и окончательно
разделяя переменные, получим
Проинтегрировав левую часть от до , а правую от до , т.е. от одной точки до другой точки , лежащей на линии равновесия жидкость-пар, получим уравнение
называемое уравнением Клаузиуса-Клапейрона.
Собственно, это и есть искомая зависимость температуры кипения от давления.
Проведем еще пару преобразований
,
здесь
— молярная масса воды, 18 г/моль
— универсальная газовая постоянная, 8.31 Дж/(моль × К)
— удельная теплота испарения воды 2.3 × 10 6 Дж/кг
Теперь осталось установить зависимость атмосферного давления от высоты. Здесь мы воспользуемся барометрической формулой (другой у нас все равно нет):
или
,
здесь
— молярная масса воздуха, 29 г/моль
— универсальная газовая постоянная, 8.31 Дж/(моль×К)
— ускорение силы тяжести, 9.81 м/(с×с)
— температура воздуха
Значения, относящиеся к воздуху, пометим индексом v, к воде — h
Приравняв и избавившись от экспоненты, получим
На самом деле реальное давление воздуха не следует барометрической формуле, так как при больших перепадах высот температуру воздуха нельзя считать постоянной. Кроме того, ускорение свободного падения зависит от географической широты, а атмосферное давление — еще и от концентрации паров воды. То есть значение по этой формуле мы получим приближенное. Поэтому ниже я включил еще один калькулятор, который использует использует формулу для расчет температуры кипения в зависимости от давления воздуха в миллиметрах ртутного столба.
Калькулятор зависимости температуры кипения от высоты:
Источник
Абсолютная температура уровня моря
Метеорология и климатология развитие науки, географические факторы климата
Наши дополнительные сервисы и сайты:
| e-mail: | office@matrixplus.ru tender@matrixplus.ru |
| icq: | 613603564 |
| skype: | matrixplus2012 |
| телефон | +79173107414 +79173107418 |
Первый вопрос: Как отмыть лодку от тины и водорослей? Второй вопрос: Чем отмыть яхту от водорослей? Третий вопрос: Где купить эффективное средство для мытья катеров, лодок, яхт?
Изотермы. Приведение температуры к уровню моря
Нанесем на географическую карту средние месячные или годовые температуры воздуха, вычисленные по данным многолетних наблюдений на отдельных станциях, и соединим точки с одинаковыми температурами линиями равных значений. Мы получим на карте средние изотермы — линии равной температуры воздуха, наглядно показывающие географическое распределение температуры. Изотермы являются частным случаем изолиний (линий равных значений) метеорологических величин.
Для того чтобы разобраться во влиянии различных географических факторов на приземное распределение температуры воздуха, нужно строить карты изотерм не только для реальной земной поверхности с ее топографическими различиями, но и для уровня моря. Наблюдения на судах можно считать относящимися именно к этому уровню. Но станции на суше расположены на разных высотах над уровнем моря, а известно, что с возрастанием высоты температура воздуха падает. При этом она падает гораздо быстрее, чем меняется в горизонтальном направлении.
. В самом деле, температура воздуха убывает в среднем на 0,65 °С на каждые 100 м повышения места. В горизонтальном направлении температура воздуха изменяется на величину того же порядка лишь на расстоянии нескольких десятков километров. Следовательно, в одном и том же районе Земли, в одних и тех же условиях циркуляции атмосферы температура воздуха на станциях может сильно разниться в зависимости от различий в высоте станций над уровнем моря. В горных странах влияние высоты над уровнем моря и особенностей рельефа будет перекрывать влияние всех остальных, более общих факторов.
Исключить влияние высоты можно, приводя температуру к уровню моря, т. е. увеличивая температуру на каждой станции, расположенной выше уровня моря, соответственно высоте станции. Выше указывалось, что на 100 м температура в среднем падает на 0,65 °С. Это значение и берется для приведения температуры к уровню моря. Если, например, станция расположена на высоте 400 м и температура на ней равна 8°С, то на уровне моря в том же месте была бы температура 8 + 0,65-4 = 10,6 °С. Это и есть температура на станции, приведенная к уровню моря.
Ясно, что в горных районах на карте приведенных температур получатся значительно более высокие температуры, чем они есть в действительности на уровне местности. Это следует особенно помнить, рассматривая высокие плато, такие, как Гренландия, Антарктида, Эфиопское и Тибетское нагорья и т. п. С другой стороны, на картах температур, на уровне местности (неприведенных) провести изотермы в горных районах трудно или невозможно из-за чрезвычайной пестроты распределения температуры, обусловленной различиями в высоте станций. Поэтому на картах неприведенных температур изотермы над большими горными массивами вообще не проводятся.
для железнодорожного транспорта, сертифицированные ВНИИЖТ- «Фаворит К» и «Фаворит Щ», внутренняя и наружная замывка вагонов.
Источник
А абсолютная температура
Актинометрия — один из разделов метеорологии: учение о солнечном, земном и атмосферном излучении (радиации) в условиях атмосферы. Задачи актинометрии заключаются в измерении различных видов радиации, в изучении закономерностей поглощения и рассеяния радиации в атмосфере, радиационного баланса земной поверхности, географического распределения различных видов радиации.
Атмосферный фронт — переходная зона или поверхность раздела между воздушными массами тропосферы, характеризуется более или менее резкими изменениями основных метеорологических элементов в горизонтальном направлении при переходе от одной воздушной массы к другой. Синонимы: фронтальный слой, фронтальная зона, фронтальный раздел.
высоты введено значение геопотенциала где Тm — средняя барометрическая температура (в общем случае — виртуальная) столба воздуха между нижним уровнем с Ф0 и р0 и верхним уровнем с Φ1 и p1.
Блокирующий процесс – с иноптический процесс, состоящий в том, что высокий теплый и малоподвижный антициклон, развившийся в средних широтах (35—60°), на длительное время (порядка недели, иногда до многих недель) создает макромасштабное нарушение зонального переноса, т.е. меридиональное направление течений в значительной области тропосферы. Отклоняя, таким образом, траектории подвижных циклонов и антициклонов от зонального (западно-восточного) направления. В низких широтах при этом давление пониженное. Наибольшая повторяемость блокирующих процессов зимой и весной, наименьшая — летом. Особенно часто встречается в северо-восточной части Атлантического океана и в северо-западной части Тихого океана, а на материке Евразии — в районах Урала и Восточной Сибири. С блокирующими процессами связаны летние засухи в восточной Европе.
Источник