Температура воздуха — как изменяется и от чего зависит

Строение атмосферы

Верхние её границы растворяются в космосе и четко не обозначены. Нижняя граница находится на уровне земли.

Самое важное о каждом слое:

1) Тропосфера

• Тропосфера — самый нижний слой атмосферы. Мы дышим воздухом тропосферы.

• Толщина над полюсами составляет 8-10 км, в умеренных широтах — 10-12 км, а над экватором — 16-18 км.

• В тропосфере сосредоточена большая масса воздуха атмосферы.

• Погода формируется в тропосфере

• Движения масс воздуха горизонтальные (ветер) и вертикальные (конвекция)

• Температура в тропосфере падает каждый 1000 м на 6 градусов

2) Стратосфера

• Стратосфера — слой атмосферы, расположенный над тропосферой на высоте от 8 до 50 км.

• Не образуются облака

• Наблюдаются устойчивые воздушные течения

• Температура начинает расти

• Здесь находится озоновый слой

В стратосфере на высоте 25 — 35 км находится озоноый слой

Озоновый слой поглощает ультрафиолетовые лучи, не пропуская их к Земле (озоновый слой является жизненно необходимым, большие дозы ультрафиолета являются губительными для живых организмов)

3) Мезосфера

• Слой расположен на высоте 50 — 80 км

• Температура снижается до — 90 градусов

4) Термосфера

• Слой расположен на высоте 80 — 800 км

• Температура резко растет

5) Экзосфера

• Расположена выше 800 км

• Постепенно переходит в космическое пространство

• Состоит из самых легких газов (водорода, гелия)

За счет чего нагревается воздух

Еще из уроков природоведения мы знаем, что прозрачные объекты пропускают через себя солнечные лучи, не нагреваясь. Проверить это достаточно легко. Когда солнце светит в окно, то очень скоро место на столе (или другом предмете), куда попадает солнце, нагревается, но если приложить руку к стеклу, через которое проходят солнечные лучи, то стекло будет прохладным. Как же тогда нагревается воздух, если он прозрачный и пропускает солнечные лучи сквозь себя, не нагреваясь?

Солнце прогревает земную поверхность, которая нагреваясь, отдает тепло воздуху. Именно этим объясняется тот факт, что чем дальше от земли, тем температура воздуха становится холоднее. Точного значения изменения этого показателя нет, но с каждым 1 км воздух холоднее примерно на 6 градусов.

Теперь, зная как прогревается воздух, легко объяснить почему суша и вода прогреваются неравномерно. Суша нагревается очень быстро, а значит быстрее и больше отдает тепла воздуху. Прогревание воды происходит гораздо медленнее, а значит и отдача тепла тоже снижена. Именно поэтому в жаркий день песок на пляже буквально раскален, а вода прохладная.

Как происходит обогрев кондиционером и почему он эффективен

Коротко о том, как происходит процесс:

1. Компрессор внешнего блока сжимает фреон, после чего тот нагревается и по трубкам движется во внутреннее устройство.
2. В режиме «тепла» во внутренний блок поступает нагретый фреон и передает тепло комнатному воздуху (через теплообменник).
3. Отдав тепло, фреон «остывает» и уже охлажденным поступает в теплообменник внешнего блока.
4. Через внешний теплообменник происходит отдача остаточного «холода» уличному воздуху. «Холодная энергия» (если так можно выразиться) передается даже когда на улице не тепло!
5. После этого фреон снова поступает в компрессор, и процесс повторяется заново.

Таким образом, получается, что «электрическая энергия» (при работе компрессора) тратится лишь на ПЕРЕНОС «тепловой энергии» с улицы. Например, чтобы получить 2000 Вт тепла в комнате, кондиционер затратит лишь 600 Вт электроэнергии. Любые традиционные нагреватели тратят энергию не на перенос тепла, а на его ПРЕОБРАЗОВАНИЕ из электричества. И чтобы выдать те же 2000 Вт тепла должны потребить 2000 Вт электричества.

Почему при работе «сплита» на обогрев, он ведет себя не так, как при работе на охлаждение

Обычная работа кондиционера на охлаждение редко вызывает сомнения, и вы привыкаете к его «поведению». Но как только переключаетесь на противоположный режим, то сразу возникают вопросы. Не удивительно! Ведь внутренний блок периодически затихает!

Когда вы пользуетесь кондиционером в режиме охлаждения, вентилятор внутреннего блока крутится постоянно, и жалюзи работают в установленном режиме. При этом только изменяется температура потока. А при включении режима обогрева, внутренний вентилятор останавливается, когда теплообменник холодный. Этому есть причина! И далее мы разберем, почему так происходит.

Изучение атмосферы

Хотя изучение А. началось ещё в античное время, наука об А. — метеорология — сложилась только в 19 в. В состав метеорологии входит ряд дисциплин, которые различаются по применяемым в них методам исследований и по изучаемым объектам. Сюда относятся: физика атмосферы, химия атмосферы, климатология, синоптическая метеорология, динамическая метеорология и др. Влияние атмосферных факторов на биологические процессы изучается биометеорологией, включающей с.-х. метеорологию и биометеорологию человека. Классификация этих дисциплин окончательно не установилась и находится в стадии развития.

Для наблюдения за А. на земной поверхности создана обширная сеть метеорологических станций и постов, оборудованных стандартными метеорологическими приборами и аэрологическими приборами, в труднодоступных районах устанавливаются автоматические метеорологические станции

Важное значение в системе наземных метеорологических наблюдений приобрела радиолокация, позволяющая обнаруживать и исследовать облака и осадки, турбулентные и конвективные образования в А., измерять скорость и направление ветра на высотах (см. Радиолокация в метеорологии)

Широко применяется также пеленгация грозовых очагов путём регистрации атмосфериков. Важная роль в метеорологических наблюдениях принадлежит вертикальным зондированиям А. при помощи радиозондов для измерений атмосферного давления, скорости и направления ветра, температуры, влажности воздуха в свободной А.

Для изучения различных характеристик А. применяются самолёты и автоматические аэростаты, например при исследовании облаков и разработке методов активных воздействий на них, а также для измерений в области актинометрии, атмосферной оптики и атмосферного электричества. В период Международного геофизического года (1957—58) и в последующие годы началось использование ракет метеорологических для измерений температуры и атмосферных давления в верхней стратосфере и мезосфере. Важнейшим средством получения метеорологической информации, особенно существенным для акватории океанов и территорий труднодоступных районов, стали спутники метеорологические.

Строение атмосферы

Вертикальное распределение температуры в атмосфере и связанная с этим терминология.

Многочисленные наблюдения показывают, что А. имеет четко выраженное слоистое строение (см. рис.). Основные черты слоистой структуры А. определяются в первую очередь особенностями вертикального распределения температуры. В самой нижней части А. — тропосфере, где наблюдается интенсивное турбулентное перемешивание (см. Турбулентность в атмосфере и гидросфере), температура убывает с увеличением высоты, причём уменьшение температуры по вертикали составляет в среднем 6° на 1 км. Высота тропосферы изменяется от 8—10 км в полярных широтах до 16—18 км у экватора. В связи с тем, что плотность воздуха быстро убывает с высотой, в тропосфере сосредоточено около 80% всей массы А. Над тропосферой расположен переходный слой — тропопауза с температурой 190—220 K, выше которой начинается стратосфера. В нижней части стратосферы уменьшение температуры с высотой прекращается, и температура остаётся приблизительно постоянной до высоты 25 км — т. н. изотермическая область (нижняя стратосфера); выше температура начинает возрастать — область инверсии (верхняя стратосфера). Температура достигает максимума ~ 270 K на уровне стратопаузы, расположенной на высоте около 55 км. Слой А., находящийся на высотах от 55 до 80 км, где вновь происходит понижение температуры с высотой, получил название мезосферы. Над ней находится переходный слой — мезопауза, выше которой располагается термосфера, где температура, увеличиваясь с высотой, достигает очень больших значений (св. 1000 K). Ещё выше (на высотах ~ 1000 км и более) находится экзосфера, откуда атмосферные газы рассеиваются в мировое пространство за счёт диссипации и где происходит постепенный переход от А. к межпланетному пространству. Обычно все слои А., находящиеся выше тропосферы, называются верхними, хотя иногда к нижним слоям А. относят также стратосферу или её нижняя часть.

Все структурные параметры А. (температура, давление, плотность) обладают значительной пространственно-временной изменчивостью (широтной, годовой, сезонной, суточной и др.). Поэтому данные рис. отражают лишь среднее состояние атмосферы.

Схема строения атмосферы: 1 — уровень моря; 2 — высшая точка Земли — г. Джомолунгма (Эверест), 8848 м ; 3 — кучевые облака хорошей погоды; 4 — мощно-кучевые облака; 5 — ливневые (грозовые) облака; 6 — слоисто-дождевые облака; 7 — перистые облака; 8 — самолёт; 9 — слой максимальной концентрации озона; 10 — перламутровые облака; 11 — стратостат; 12 — радиозонд; 1З — метеоры; 14 — серебристые облака; 15 — полярные сияния; 16 — американский самолёт-ракета Х-15; 17, 18, 19 — радиоволны, отражающиеся от ионизованных слоев и возвращающиеся на Землю; 20 — звуковая волна, отражающаяся от тёплого слоя и возвращающаяся на Землю; 21 — первый советский искусственный спутник Земли; 22 — межконтинентальная баллистическая ракета; 23 — геофизические исследовательские ракеты; 24 — метеорологические спутники; 25 — космические корабли «Союз-4» и «Союз-5»; 26 — космические ракеты, уходящие за пределы атмосферы, а также радиоволна, пронизывающая ионизованные слои и уходящая из атмосферы; 27, 28 — диссипация (ускальзывание) атомов Н и Не; 29 — траектория солнечных протонов Р; 30 — проникновение ультрафиолетовых лучей (длина волны l > 2000 и l < 900).

Слоистая структура атмосферы имеет и много других разнообразных проявлений. Неоднороден по высоте химический состав А. Если на высотах до 90 км, где существует интенсивное перемешивание А., относительный состав постоянных компонент атмосферы остаётся практически неизменным (вся эта толща А. получила название гомосферы), то выше 90 км — в гетеросфере — под влиянием диссоциации молекул атмосферных газов ультрафиолетовым излучением Солнца происходит сильное изменение химического состава А. с высотой. Типичные черты этой части А. — слои озона и собственное свечение атмосферы. Сложная слоистая структура характерна для атмосферного аэрозоля — взвешенных в А. твёрдых частиц земного и космического происхождения. Наиболее часто встречаются аэрозольные слои под тропопаузой и на высоте около 20 км. Слоистым является вертикальное распределение электронов и ионов в А., что выражается в существовании D-, Е- и F-cлоёв ионосферы.

Радиационный, тепловой и водный балансы атмосферы

Практически единственным источником энергии для всех физических процессов, развивающихся в А., является солнечная радиация. Главная особенность радиационного режима А. — т. н. парниковый эффект: А. слабо поглощает коротковолновую солнечную радиацию (большая её часть достигает земной поверхности), но задерживает длинноволновое (целиком инфракрасное) тепловое излучение земной поверхности, что значительно уменьшает теплоотдачу Земли в космическое пространство и повышает её температуру.

Приходящая в А. солнечная радиация частично поглощается в А. главным образом водяным паром, углекислым газом, озоном и аэрозолями и рассеивается на частицах аэрозоля и на флуктуациях плотности А. Вследствие рассеяния лучистой энергии Солнца в А. наблюдается не только прямая солнечная, но и рассеянная радиация, в совокупности они составляют суммарную радиацию. Достигая земной поверхности, суммарная радиация частично отражается от неё. Величина отражённой радиации определяется отражательной способностью подстилающей поверхности, т. н. альбедо. За счёт поглощённой радиации земная поверхность нагревается и становится источником собственного длинноволнового излучения, направленного к А. В свою очередь, А. также излучает длинноволновую радиацию, направленную к земной поверхности (т. н. противоизлучение А.) ив мировое пространство (т. н. уходящее излучение). Рациональный теплообмен между земной поверхностью и А. определяется эффективным излучением — разностью между собственным излучением поверхности Земли и поглощённым ею противоизлучением А. Разность между коротковолновой радиацией, поглощённой земной поверхностью, и эффективным излучением называется радиационным балансом.

Преобразования энергии солнечной радиации после её поглощения на земной поверхности и в А. составляют тепловой баланс Земли. Главный источник тепла для атмосферы — земная поверхность, поглощающая основную долю солнечной радиации. Поскольку поглощение солнечной радиации в А. меньше потери тепла из А. в мировое пространство длинноволновым излучением, то радиационный расход тепла восполняется притоком тепла к А. от земной поверхности в форме турбулентного теплообмена и приходом тепла в результате конденсации водяного пара в А. Так как итоговая величина конденсации во всей А. равна количеству выпадающих осадков, а также величине испарения с земной поверхности, приход конденсационного тепла в А. численно равен затрате тепла на испарение на поверхности Земли (см. также Водный баланс).

Некоторая часть энергии солнечной радиации затрачивается на поддержание общей циркуляции А. и на другие атмосферные процессы, однако эта часть незначительна по сравнению с основными составляющими теплового баланса.

Циркуляция атмосферы в России

Наибольшая часть российской территории расположена в умеренных широтах, где распространены умеренные воздушные массы. На севере государства хозяйствуют воздушные массы арктического направления, а в южных областях дуют тропические ветры.

Умеренные воздушные массы подразделяются на континентальные и морские, так как они образуются над сушей и над океаном. Со стороны Атлантики движутся морские умеренные воздушные массы, приносящие воздух повышенной влажности и оказывающие влияние на Восточно-Европейскую равнину. Зимой такое воздушное течение порождает потепление, туманы, а также снегопад. Морские умеренные воздушные массы могут преобразоваться в континентальные в результате продвижения в середину континента. Дальневосточные области России расположены под влиянием тихоокеанских морских воздушных течений.

На климат северных побережий России оказывают влияние арктические воздушные течения, которые формируются над Северным Ледовитым океаном. Такие воздушные течения способны проникают на равнины в глубь территории государства.

Южные территории России на протяжении всего года подвержены тропическим воздушным массам, приносящим сухой теплый воздух со стороны Азии и Африки. Со стороны Средиземноморья и Атлантики на Европейскую часть России воздействуют морские воздушные массы.

Воздушные массы имеют рубежи – атмосферные фронты. Над российской территорией образуются полярный и арктический фронты. В зависимости от сезона позиция фронтов изменяется. Летом на дальневосточных территориях России и в западной части Восточно-Европейской равнины усиленно действуют циклоны. Антициклоны более свойственны для южных частей Восточно-Европейской равнины. Восточная Сибирь зимой подвержена действию стойких антициклонов.

Перемещаясь над российской территорией воздушные массы обладают свойством преобразовываться и обретать новые качества.

Система отопления с тепловыми насосами

Отопление воздух-воздух применяется в быту в локальных помещениях или во всем доме. При переоборудовании котельной газовый, электрический котлы станут дополнительным источником тепла, которые пригодятся при значительных понижениях наружной температуры – в этом случае эффективность ТН падает и резервный нагрев поможет справиться с нагрузкой на систему.

Удобнее всего применять тепловой насос как локальное оборудование местного значения, не придется покупать и устанавливать громоздкие агрегаты, подача тепла осуществляется по гибкой системе с регулированием нагрева, при этом поломка одного устройства не выведет из строя всю систему.

Локальная схема имеет и недостатки:

1. Сложности с четким направлением потока прогретого воздуха. Без системы воздуховодов направленности не добиться, а протягивать дополнительные трубопроводы не всегда рационально.
2. Эффективность одного мощного котла прогрева выше, чем совокупная производительность всех тепловых насосов, множество наружных блоков перегрузят фасад.
3. Максимальная протяженность трассы между внешним и внутренним блоком имеет ограничения. Параметры прописываются в техпаспорте устройств и могут стать препятствием для сооружения локальной сети отопления для офиса внутри небольшого строения.

Если обустраивается централизованная подача с применением теплового насоса воздух-воздух, то приобретается один мощный агрегат, прокладывается центральный воздуховод с отводами в каждое отапливаемое помещение. В стенах необходимо пробивать отверстия под воздуховоды, к тому же теплые потоки, подаваемые с потолка, поднимают пыль – но это единственные недостатки сети.

Плюсов больше:

• контроль температурных показателей нагрева во всех помещениях дома;
• доступность интеграции дополнительного оборудования – фильтров, увлажнителей;
• при снижении теплоэффективности, сеть дополняется прибором рекуперации, что минимизирует утечку тепла;
• одно мощное устройство обслуживать намного выгоднее.

Чтобы не сталкиваться с проблемой перемерзания наружных блоков, рекомендуется наладить систему подготовки воздуха на основе почвенного теплообменника – это упростит работу ТН воздух-воздух при понижении температуры.

Набор элементов для формирования воздушного отопления

Чтобы собрать систему, требуется наличие внешнего, внутреннего блоков и контура для транспортировки хладагента. Также пригодится вентилятор, который будет нагнетать воздух в каналы. Воздуховоды и вентиляционное оборудование пригодятся только при формировании централизованной сети, для локального прогрева хватит блоков и контура.

Внутренний блок устанавливается в помещении, наружный выносится за пределы строения. Установка наружного блока допускается на определенном расстоянии от внутреннего – размер удаления указывается в техпаспорте. Что касается внутреннего модуля, он навешивается таким образом, чтобы подавать тепло в локальную зону с учетом эффективности распространения потоков.

Где применяется воздушная система отопления?

Область использования зависит от типа сети. Прямоточные схемы с постоянным обновлением воздуха в помещении применяются в промышленных цехах, где есть риск скопления взрывоопасных или пожароопасных частиц. Локальный прогрев выгоднее использовать в офисах, частных строениях.

Система выгодна для хозяев домов при условии, если с другими теплоносителями возникают перебои. Например, обустройство газового отопления стартует от 7000$ (450000 руб.) плюс получение разрешений, регулярные проверки, а ТН воздух-воздух стоит от 1000$ (65000 руб.) и уже с первого дня эксплуатации может работать на отопление и охлаждение. Централизованная сеть не потребует разрешений, достаточно правильно просчитать протяженность трубопроводов и мощность агрегата – специалисты возьмут за составление проекта от 150$ (10000 руб.).

Годовые и ежемесячные изменения

Изменение температурных показателей по месяцам называют годовым ходом температуры и характеризуют годовой амплитудой, т. е. разностью между средней температурой самого теплого месяца и самого холодного.

Климат называется морским, если для него характерны небольшие годовые колебания температуры. Большая амплитуда определяет континентальный климат. Таким образом, климатические изменения происходят не только от экватора к полюсам, но и вдоль широт при удалении от берегов океанов вглубь материков.

На годовой ход оказывают влияние широта и континентальное месторасположение географических зон. Увеличение высоты над уровнем моря приводит к уменьшению температурных колебаний за год. Определение средней многолетней амплитуды и времени наступления минимальной и максимальной температуры позволяет выделить четыре типа годового хода:

• Экваториальный тип. Он характеризуется двумя слабовыраженными максимумами температурных значений — после весеннего и осеннего равноденствия, и двумя минимумами — после зимнего и летнего солнцестояния. Годовая амплитуда небольшая. Над океанами около градуса, над материками — до 10 °C.
• Тропический тип. На широтах, относящихся к нему, преобладает простой годовой ход. Крайние значения приходятся на время летнего и зимнего солнцестояний. Амплитуда над побережьями порядка 5°, а внутри материков достигает 1—20 °C. Для муссонных областей характерен максимум перед летними муссонами, с приходом которых температура снижается.
• Тип умеренного пояса. Максимально и минимально прогревается воздух в этих широтах примерно через месяц после солнцестояний. Для континентального климата характерны большие колебания в 25—40 °C, в Азии они могут доходить до 60 °C. Для морского составляют 10—15 °C. Включает в себя несколько подтипов — собственно умеренный, субтропический и субполярный.
• Полярный тип. В Северном полушарии максимум температуры приходится на июль, в Южном — на январь. Минимум наступает перед появлением Солнца после полярной ночи. Имеет большой диапазон амплитуды даже над океанической поверхностью.

Тема изменения температуры очень важна для определения метеорологических условий в каждой из географических зон земной поверхности. Температурная климатическая норма — это среднее значение, вычисленное за тридцатилетний период. При отслеживании погоды для наглядности применяются такие статистические величины, как отклонения от нормы или аномалии за сутки, месяц, сезон или год.

Меры предотвращения загрязнения

Сокращение теплового загрязнения возможно только при внедрении мер государственного регулирования. На основании этого возможно применение разных способов снижения вредного воздействия:

• ограничение температуры нагрева;
• использование альтернативных источников энергии;
• сокращение выбросов;
• хозяйственное использование нагретых водных ресурсов.

Тепловое воздействие оказывается равномерно по всей Земле, поэтому локальные меры отдельных предприятий или небольших стран мало влияют на общее состояние климата. Для достижения результатов необходимо вовлечение стран, являющихся крупнейшими источниками тепловых выбросов: Китая, США, России.

Регулирование температуры воды

Одна из мер государственного регулирования – ограничение степени нагрева водохранилищ при выполнении технологических процессов. Такие меры вводятся локальными нормативно-правовыми актами в разных странах. Например, в России установлены следующие ограничения:

• нагрев не более 3 °C от естественного значения;
• температура рек в местах обитания лососевых не должна быть выше 20 °C;
• распространение нагрева: не более 120 км в длину, 1 км – в глубину.

Для соблюдения этих требований на предприятиях организуются дополнительные сооружения: охладительные бассейны, градирни. Избыточное тепло вместо спуска в водоемы может подаваться в городскую систему водоснабжения.

Альтернативные источники энергии

Более 80% мировой энергии производится из источников, связанных с тепловым загрязнением: нефть, уголь, газ, атомная энергетика.

Для восстановления теплового баланса на Земле подходят следующие альтернативные виды энергетики:

• солнечная;
• геотермальная.

В обоих случаях для получения энергии используются естественные источники, за счет чего может произойти замещение традиционной энергетики и поглощение тепла, вырабатываемого естественным способом.

Снижение количества выбросов

Снизить размер выбросов в атмосферу или воду можно двумя путями:

• сократить объемы производства;
• использовать новые технологии.

Солнечные панели – безопасный источник энергии

Из-за роста численности населения сокращение объемов производства невозможно, поэтому остается только разрабатывать и внедрять новые технологии. Место традиционных источников выбросов должны занять новые. Другой способ – рационально использовать ресурсы. Например, атомная энергетика вырабатывает в 3-4 раза больше энергии, чем отправляет потребителям.

Остатки служат источником теплового заражения окружающей среды. Существенный вклад в рациональное использование ресурсов может внести транспорт: использование групповых (общественных) видов вместо индивидуальных, переход с дизельного топлива на электродвигатели и газ.

Электробус – общественный транспорт

Использование нагретой воды в других целях

Распространена практика, при которой нагретая вода используется для задач, не связанных с основной деятельностью источника. При электростанциях на водохранилищах организуются рыбные хозяйства, в которых возможно круглогодичное разведение разных пород: например, осетров. Кроме этого, нагретая вода может использоваться для орошения полей, теплоснабжения населенных пунктов, создания искусственных водоемов для обитания птиц.

Физика облаков

Физика облаков — это изучение физических процессов, которые приводят к образованию, росту и выпадению облаков . Облака состоят из микроскопических капель воды (теплые облака), крошечных кристаллов льда или того и другого (облака смешанной фазы). В подходящих условиях капли объединяются, образуя осадки , из которых они могут упасть на землю. Точная механика формирования и роста облака до конца не изучена, но ученые разработали теории, объясняющие структуру облаков, изучая микрофизику отдельных капель. Достижения в области радиолокационных и спутниковых технологий также позволили точно изучать облака в крупном масштабе.

Так что же это тогда?

Вне зависимости от материала батарей отопления и их конструкции, подавляющее большинство радиаторов излучает около 80% производимого тепла при помощи конвекции, в результате на тепловое излучение остается всего 20%. Не беспокойтесь, в таком соотношении нет ничего плохого. Некоторые специалисты ошибочно считают, что это соотношение составляет 50 на 50.

Радиаторы изобрел русский бизнесмен Сан-Галли, хотя некоторые люди до сих пор оспаривают его изобретение.

Он назвал их «горячими ящиками», что является достаточно точным описанием радиатора. Теплая коробка, которая перемещает воздух вокруг себя и поднимает температуру в помещении.

В США их называют – обогреватели. Стоит отметить, что американцы используют более точный термин происходящий от слова “heaters”. Ведь именно это и делают радиаторы – обогревают и отдают тепло.

Ученый будет относиться к нагреву, как к тепловой энергии, которая может перемещаться в пространстве путем теплопроводности, конвекции или излучения. Ваш домашний алюминиевый радиатор установленный на стене под окном — нагревает холодный воздух над ним, и с помощью малейших сквозняков из окна, конвекционные потоки перемещают тепло по комнате.

Как радиатор отопления нагревает комнату?

Конвекционные потоки создаются, когда воздух над радиатором нагревается, затем охлаждается и затем снова нагревается. Этот процесс происходит непрерывно, пока у вас включено отопление. Таким образом радиаторы перемещают тепло по комнате, что делает дом теплым и уютным. Если выразиться по-научному — тепло создается за счет перехода потенциальной энергии в кинетическую.

Когда радиатор отопления нагревает воздух — это заставляет атомы вибрировать на высокой частоте. Атомы продолжают вибрировать все быстрее и быстрее в результате чего создается тепловая энергия. Этот процесс известен как конвекция.

Как ни с транно, к подогреву пола термин “радиатор” подходит гораздо лучше. Поскольку эта система фактически излучает тепло по всей комнате. Более половины тепла, создаваемого системами теплого пола производится через излучение.

Возьмите от радиатора максимум

Учитывая, что радиатор работает создавая эти прекрасные конвекционные потоки, в то время как вы смотрите футбол – стоит убедиться, что тепло остается внутри дома. Это позволит сэкономить энергию, деньги и тепло. Тепловая энергия, как Гудини – любит незаметно исчезать.

Она может уходить через крышу, окна, стены и любой маломальский зазор невидимый для человеческого глаза. Ваши бедные биметаллические радиаторы (или горячие ящики ) работают так тяжело, а вы позволяете теплу покидать дом? Не делайте этого!

Установите чердачную изоляцию, изолируйте полости стен и убедитесь, что окна находятся в хорошем состоянии. Это позволит удержать атомы внутри помещения и не даст им вырваться на улицу унося с собой драгоценные градусы тепла.

Количество теплоты при различных физических процессах.

Большинство известных веществ могут при разных температуре и давлении находиться в твердом, жидком, газообразном или плазменном состояниях. Переход
из одного агрегатного состояния в другое происходит при постоянной температуре
(при условии, что не меняются давление и другие параметры окружающей среды) и сопровождается поглощением или выделением тепловой энергии. Не смотря на то, что во Вселенной 99% вещества находится в состоянии плазмы, мы в этой статье не будем рассматривать это агрегатное состояние.

Рассмотрим график, представленный на рисунке. На нем изображена зависимость температуры вещества Т

от количества теплоты Q

, подведенного к некой закрытой системе, содержащей определенную массу какого-то конкретного вещества.

1.

Твердое тело, имеющее температуру T1

, нагреваем до температуры Tпл

, затрачивая на этот процесс количество теплоты равное Q1

.

2.

Далее начинается процесс плавления, который происходит при постоянной температуре Тпл

(температуре плавления). Для расплавления всей массы твердого тела необходимо затратить тепловой энергии в количестве Q2—
Q1

.

3.

Далее жидкость, получившаяся в результате плавления твердого тела, нагреваем до температуры кипения (газообразования) Ткп

, затрачивая на это количество теплоты равное Q3

—Q2

.

4.

Теперь при неизменной температуре кипения Ткп

жидкость кипит и испаряется, превращаясь в газ. Для перехода всей массы жидкости в газ необходимо затратить тепловую энергию в количестве Q4

—Q3

.

5.

На последнем этапе происходит нагрев газа от температуры Ткп

до некоторой температуры Т2

. При этом затраты количества теплоты составят Q5

—Q4

. (Если нагреем газ до температуры ионизации, то газ превратится в плазму.)

Таким образом, нагревая исходное твердое тело от температуры Т1

до температуры Т2

мы затратили тепловую энергию в количестве Q5

, переводя вещество через три агрегатных состояния.

Двигаясь в обратном направлении, мы отведем от вещества то же количество тепла Q5

, пройдя этапы конденсации, кристаллизации и остывания от температуры Т2

до температуры Т1

. Разумеется, мы рассматриваем замкнутую систему без потерь энергии во внешнюю среду.

Заметим, что возможен переход из твердого состояния в газообразное состояние, минуя жидкую фазу. Такой процесс именуется возгонкой, а обратный ему процесс – десублимацией.

Итак, уяснили, что процессы переходов между агрегатными состояниями вещества характеризуются потреблением энергии при неизменной температуре. При нагреве вещества, находящегося в одном неизменном агрегатном состоянии, повышается температура и также расходуется тепловая энергия.

Динамика

Рис. 2. Схематическое сечение по высоте меридиана циркуляции (а) симметричной составляющей ветра (P ₂ ), (b) антисимметричной составляющей ветра (P ₁ ) и (d) симметричной суточной составляющей ветра (P ₁ 1 ) в 3 часа 15 часов по местному времени. Верхняя правая панель (c) показывает горизонтальные векторы суточной компоненты ветра в северном полушарии в зависимости от местного времени.

В термосфере на высоте около 150 километров (93 мили) все атмосферные волны последовательно становятся внешними волнами, и никакой заметной вертикальной волновой структуры не видно. Атмосферные волновые моды вырождаются в сферические функции P _n m с меридиональным волновым числом и n — зональным волновым числом (m = 0: средний зональный поток; m = 1: суточные приливы; m = 2: полусуточные приливы и т. Д.). Термосфера становится системой затухающих осцилляторов с характеристиками фильтра нижних частот. Это означает, что волны меньшего масштаба (большее число (n, m)) и более высокие частоты подавляются в пользу крупномасштабных волн и более низких частот. Если учесть очень спокойные магнитосферные возмущения и постоянную среднюю температуру экзосферы (усредненную по сфере), наблюдаемое временное и пространственное распределение распределения температуры экзосферы можно описать суммой сферических функций:

(3) Т(φ,λ,т)знак равноТ∞{1+ΔТ2п2(φ)+ΔТ1п1(φ)потому что⁡ωа(т-та)+ΔТ11п11(φ)потому что⁡(τ-τd)+⋯}{\ Displaystyle T (\ varphi, \ lambda, t) = T _ {\ infty} \ {1+ \ Delta T_ {2} ^ {0} P_ {2} ^ {0} (\ varphi) + \ Delta T_ { 1} ^ {0} P_ {1} ^ {0} (\ varphi) \ cos + \ Delta T_ {1} ^ {1} P_ {1 } ^ {1} (\ varphi) \ cos (\ tau — \ tau _ {d}) + \ cdots \}}

Здесь это φ широта, λ долгота и время t, ω _a — угловая частота одного года, ω _d — угловая частота одного солнечного дня и τ = ω _d t + λ — местное время. t _a = 21 июня — дата северного летнего солнцестояния, а τ _d = 15:00 — местное время максимальной суточной температуры.

Первый член в (3) справа — это глобальное среднее значение температуры экзосферы (порядка 1000 K). Второй член [с P ₂ = 0,5 (3 sin 2 (φ) -1)] представляет избыток тепла в более низких широтах и ​​соответствующий дефицит тепла в более высоких широтах (рис. 2a). Система термического ветра развивается по направлению ветра к полюсам на верхнем уровне и ветру от полюсов на нижнем уровне. Коэффициент ΔT ₂ ≈ 0,004 мал, поскольку джоулева нагрев в областях полярных сияний компенсирует этот избыток тепла даже в спокойных магнитосферных условиях. Однако в возмущенных условиях этот член становится доминирующим, меняя знак, так что теперь избыток тепла переносится от полюсов к экватору. Третий член (с P ₁ = sin φ) представляет избыток тепла в летнем полушарии и отвечает за перенос избыточного тепла из лета в зимнее полушарие (рис. 2b). Его относительная амплитуда порядка ΔT ₁ ≃ 0,13. Четвертый член (с P ₁ 1 (φ) = cos φ) является доминирующей суточной волной (приливная мода (1, −2)). Он отвечает за перенос избыточного тепла из дневного полушария в ночное полушарие (рис. 2d). Его относительная амплитуда составляет ΔT ₁ 1 ≃ 0,15, то есть порядка 150 К. Дополнительные члены (например, полугодовые, полусуточные и более высокие члены) должны быть добавлены к уравнению (3). Однако они имеют второстепенное значение. Соответствующие суммы могут быть получены для плотности, давления и различных компонентов газа.