Почему воздух не покидает землю кратко
Обновлено: 07.07.2024
Рассмотрим численные значения электрических избыточных статических зарядов основных компонентов воздуха: азота и кислорода, данные о которых приведены в /6/.
Заряды атомов азота и кислорода оба являются положительными вследствие недостатка одного структурного электрона в атоме как азота, так и кислорода. Оба заряда по численному значению почти равны друг другу и лишь немного меньше заряда электрона (по абсолютной величине):
Заряды молекул азота и кислорода:
Атомы азота в молекуле скреплены двумя электронами. Поэтому молекула азота является прочной и обладает относительно небольшим отрицательным зарядом, делающим азот химически менее активным, чем, например, кислород.
Два атома в молекуле кислорода скреплены только одним электроном. Поэтому молекула кислорода является менее прочной, чем молекула азота и более химически активной (если судить по заряду, то – в 15.5 раз).
В объеме воздуха при нормальных условиях находится 79% азота и 21% кислорода. Это значит, что на каждую молекулу кислорода приходится по 4 молекулы азота (по объему). Суммарный электрический заряд атмосферного воздуха, без учета других газов из-за их малого количества, составит:
Как видно, заряд атмосферного воздуха является положительным. Именно поэтому воздушная атмосфера притягиватеся электростатически к Земле, имеющей противоположный по знаку, отрицательный избыточный электрический заряд. Поэтому и не улетает!
В то же время, притягиваясь электростатически к Земле, воздушная атмосфера встречает поля положительных структурных зарядов Земли, которые как одноименные заряды отталкивают компоненты атмосферы, не давая им упасть на землю. Также ведет себя и геомагнитное поле Земли. Это ответ на второй вопрос.
Для ответа на третий вопрос о невозможности взрыва атмосферного воздуха вспомним, что при наличии следов углеводородов (смазочное масло, топливо) взрывается чистый кислород. Взрыв – это быстрое горение, то есть при взрыве происходит фазовый переход высшего рода (ФПВР) кислорода с выделением энергии, происходит почти мгновенно. А воздух не взрывается даже от сильных атмосферных электрических разрядов – молний. Ответ, как следует из предыдущего анализа, заключается в том, что в составе воздуха находится относительно инертный газ – азот, который при активном кислороде является балластом. Более того, будучи заряжены отрицательно, молекулы азота окружают каждую положительно заряженную молекулу кислорода своеобразной оболочкой, которая экранирует кислород и защищает его от взрыва. Значит, для того чтобы добраться горению до кислорода, необходимо не только разрушить его молекулу на атомы, но и, в первую очередь разрушить структуру агрегатов воздуха из кислорода и окружающего его азота, то есть нарушить их электростатическую связь каким-либо энергетическим воздействием. Таким воздействием может быть, например, сфокусированный луч лазера /1/. В фокусе луча лазера в малом объеме воздуха импульсом подводится такое количество энергии, что ее достаточно для разрушения структуры воздуха, структуры кислорода, даже – структуры азота и возникновения взрыва воздуха. Но это – исключительный случай, а обычный воздух при обычных воздействиях, включая молнии, не взрывается, если коротко сказать из-за наличия в нем азота.
Например, выкачаем весь воздух из какого-либо сосуда и тем самым создадим вакуум внутри него. Допустим, сосуд находится на поверхности Земли, на уровне моря. Что же будет если разгерметизировать сосуд ?
Воздух устремится в него и в итоге полностью заполнит . Но почему так случилось? Разве существенную роль сыграл вакуум?
Нет, это произошло из-за того, что воздух вокруг коробки находится под давлением и под его воздействием заполняет безвоздушное пространство. Тогда возникает вопрос, откуда давление и почему оно никак не способствует заполнению космического вакуума?
Большую часть нашей атмосферы (около 78%) составляет азот. При 25 °C молекула азота имеет среднюю скорость порядка 511 м/с
Представим себе, что молекула азота отскочила от поверхности Земли, продолжая движение в космос.
Скорее всего она заденет другую молекулу и её траектория поменяется, но если этого не случится, что будет дальше?
Согласно первому закону Ньютона: любой объект остаётся в состоянии покоя или движется равномерно по прямой линии, если на него
не оказывается воздействие внешних сил .
Начальная скорость молекулы азота составляет 511 м/с,
а ускорение 9.8 м/с². Это позволит частице достичь высоты более
13 300 м, после чего скорость сравняется с нулём и она начнёт падать.
Тогда с какой же скоростью должна двигаться молекула, чтобы покинуть пределы планеты?
Существует концепция скорости убегания, согласно которой для путешествия в открытый космос частице азота необходима скорость более 11 180 000 м/с . Но существенная причина, препятствующая достижению такой скорости для неё — давление.
Давление воздуха неравномерно по всей атмосфере
Чем ниже высота, тем выше давление воздуха. По мере увеличения высоты над поверхностью, воздушное давление понижается, вплоть до верхних границ атмосферы, где равно практически нулю .
Но это не значит, что там перестаёт действовать гравитация.
Гравитация — это первоочередная причина, по которой на нашей планете сохраняется атмосфера. Благодаря гравитации атмосфера притягивается, сжимается, и возникает воздушное давление.
Кроме того, речь шла об азоте, но это не единственная составляющая нашей атмосферы. Из закона идеального газа можно найти зависимость: менее массивные молекулы, чем частицы азота имеют большую среднюю скорость.
Так молекулы водорода имеют среднюю скорость 1930 м/с . Это далеко до скорости убегания, но при этом повышает шансы водорода
на экскурсию по космическому пространству. И именно такую картину можно наблюдать.
Более 95 000 тонн водорода ежегодно улетучивается из нашей атмосферы. В общем, поводов для беспокойства нет, ведь это всего 170 триллиардных долей процента от наших запасов.
Но, если бы существовал механизм отключения гравитации, то атмосфера попросту оттолкнулась от Земли и устремилась в открытый космос.
Обязательно подписывайтесь, Вам также понравится:
Почему гиперзвуковые ракеты считают инновацией, если по скорости они не превосходят существующие?
На Юпитере и Сатурне проходят алмазные дожди. Почему алмазы нельзя возить оттуда?
Как и любое вещество, воздух испытывает действие земного тяготения.
Для того чтобы покинуть нашу планету, молекулы атмосферных газов должны двигаться со скоростью, достаточной для преодоления земного притяжения. Скорость молекул зависит от температуры, и подавляющее большинство молекул в земной атмосфере движутся значительно медленнее так называемой скорости убегания - минимальной скорости, необходимой для того, чтобы тело смогло покинуть сферу притяжения Земли и улететь в космическое пространство. Следовательно, Земля в состоянии удержать свою атмосферу. Однако это под силу не всем планетам и спутникам.
Сила тяготения зависит от размера и массы тела, и поэтому небольшие и маломассивные тела вроде Меркурия или Луны лишены атмосферы.
И наоборот, большие и массивные небесные тела - даже некоторые спутники, вроде спутника Сатурна Титана, - смогли удержать довольно плотную атмосферу.
1. Почему молекулы газов, составляющие атмосферу, не падают на Землю?
На молекулы газов, как и на все тела, действует сила тяжести.
Молекулы газов, входящие в состав атмосферы Земли, под действием силы тяжести притягиваются к Земле.
Но эти молекулы газов находятся в непрерывном и беспорядочном движении.
В результате беспорядочного движения молекул газов и действия на них силы тяжести в пространстве около Земли образуется воздушная оболочка - атмосфера.
2. Почему молекулы газов, составляющие атмосферу, не покидают Землю?
Космический корабль, чтобы "покинуть Землю" и выйти в космос, должен разогнаться до второй космической скорости - 11,2 км/с.
Такую же скорость должна иметь и молекула газа, чтобы покинуть атмосферу Земли и улететь в космос.
Но скорость большинства молекул воздушной оболочки Земли значительно меньше этой космической скорости.
Только ничтожно малое число молекул улетает в космическое пространство.
3. Изменяется ли плотность атмосферы с увеличением высоты?
Плотность воздуха уменьшается с высотой.
Ведь чем выше над поверхностью, тем меньше сверху столб воздуха, а значит его вес и давление.
Чем выше, тем воздух разреженнее.
На высоте 5,5 км над Землей плотность воздуха в 2 раза меньше, чем его плотность у поверхности Земли.
На высоте 11 км — в 4 раза меньше.
Атмосфера Земли простирается на высоту нескольких тысяч километров.
Плотность и давление воздуха на разных высотах сильно различаются.
В верхних слоях атмосфера Земли незаметно переходит в безвоздушное пространство.
Четкой границы атмосфера Земли не имеет.
4. Как связана плотность атмосферы с температурой?
При нагревании воздух расширяется, становится более легким, то есть менее плотным, атмосферное давление уменьшается.
При охлаждении воздух сжимается, становится более тяжелым, то есть более плотным, атмосферное давление увеличивается.
Читайте также: