热气往上走和越高越冷矛盾吗?

昨天我们讨论了室内洒水后,活泼好动的水分子带着热量跑到了离地面远的地方,使得室内上空温度升高,我们也就得出了热气往上走。可有的小伙伴后台留言说珠穆朗玛峰那么高为什么很冷啊?昨天的分析错了吗?

我们先来看一下越高越冷的几种解释。

一、当阳光穿过大气时,大气难以直接全部吸收阳光的热量,因为热量在无线电波中属于长波范围,即红外和远红外辐射中才含有大量热量,但阳光中这类辐射所占比例不高。(前面说过红光到紫光相当于从篮球到乒乓球,长波可以理解为比篮球还大)所以,太阳很难直接把大气温度升高。要升高大气的温度,得依赖地表吸收了太阳的短波辐射后,地表温度上升后,就会发出红外线和远红外线等长波,加热大气。因此,离地表越远,大气温度越低,也就是海拔越高温度就越低。可见,大气的温度主要依赖地表发出的长波,长波被大气吸收后,大气才有了温度。

二、海拔越高,空气越少,大气吸收的地表长波辐射越少,加之大气越少,保温性越差,导致热量大量散失。(大气的保温性也是人类生存的必备条件,要是象月球那种昼夜几百度的温差,冰火两重天也无法形容)因此随海拔的升高温度越低。

这些解释都有道理,但却无法说明题目中的矛盾点。这就要回到我们前面说过的温度定义,用理想气体状态方程可以更加直观的说明这个所谓的“矛盾”。

理想气体状态方程?pV=(m/M)RT,其中p为压强,T为绝对温度,V为体积,R为理想气体常数,m为质量,M为平均摩尔质量。所以温度是由好几个参数共同决定的。我们选一定量的气体分析,气体温度升高后,在不变的压强下,体积变大,密度(密度=质量/体积)变小,也就是我们说的变轻了,当然向上走。虽然一定范围内我们可以近似认为大气压强不变,但当携带热量的气体走到一定高度以后,体积可以近似认为不变,而大气压强变小了,气温随之降低。

当然我们也可以定性分析,气体的温度由吸收的能量和释放的能量共同决定,加热一开始,气体吸收的能量大于释放的能量(气体膨胀做功和热传递释放),一定高度以后,气体吸收的能量小于释放的能量 (气体膨胀做功,与外界接触面变大,释放能量变多)。

结论,热气往上走肯定对,但是往上走不等于温度就升高或者降低。热气上走几米或几十米,温度会升高,而上讲几百米几千米的改变,温度会降低。

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