Номер 1, страница 195 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

1. Условия и процесс образования облаков, возникновения осадков.

1. Условия и процесс образования облаков, возникновения осадков.

Процессы образования облаков и последующего выпадения осадков являются ключевыми звеньями в круговороте воды в природе. Они представляют собой сложную последовательность физических явлений, для протекания которых необходим ряд обязательных условий.

Условия и процесс образования облаков

Для формирования облака необходимо одновременное соблюдение трех основных условий:
1. Наличие водяного пара в атмосфере. Воздух насыщается водяным паром в результате испарения влаги с поверхности океанов, морей, озер, а также с суши и растительности.
2. Охлаждение воздуха до точки росы. Точка росы – это температура, при которой относительная влажность воздуха достигает 100%, и содержащийся в нем водяной пар становится насыщенным. При дальнейшем охлаждении избыток пара начинает переходить в жидкое или твердое состояние. Основным механизмом охлаждения в тропосфере является адиабатическое охлаждение, которое происходит при расширении поднимающегося воздуха. Основные причины подъема воздушных масс:
- Конвекция: нагретый у поверхности земли воздух как менее плотный поднимается вверх.
- Орографический подъем: воздушный поток вынужден подниматься, встречая на своем пути препятствие в виде гор.
- Фронтальный подъем: теплый воздух вытесняется вверх наступающим клином более плотного холодного воздуха на атмосферном фронте.
3. Наличие ядер конденсации (или сублимации). В абсолютно чистом воздухе конденсация затруднена. Поэтому для образования капель воды или кристаллов льда необходимы мельчайшие твердые частицы, взвешенные в воздухе: пылинки, частицы соли (из морских брызг), сажи, вулканического пепла, пыльца растений.

Таким образом, процесс образования облака заключается в том, что теплый влажный воздух поднимается, расширяется и охлаждается. При достижении температуры точки росы водяной пар конденсируется на ядрах конденсации, образуя огромное количество микроскопических водяных капель или ледяных кристаллов. Их скопление, удерживаемое в атмосфере восходящими потоками воздуха, и является видимым облаком.

Условия и процесс возникновения осадков

Первоначальные облачные элементы (капли и кристаллы) настолько малы (диаметром сотые доли миллиметра), что их скорость падения ничтожна по сравнению со скоростью восходящих потоков воздуха в облаке. Для того чтобы выпали осадки, эти элементы должны укрупниться и набрать массу, достаточную для преодоления сопротивления воздуха и восходящих потоков.
Процесс укрупнения происходит двумя основными путями:

1. Процесс коалесценции (слияния). Этот механизм преобладает в «теплых» облаках, где температура выше $0^\circ \text{C}$. Внутри облака капли имеют разные размеры. Более крупные капли падают быстрее мелких, сталкиваясь с ними на своем пути и сливаясь в одну, еще более крупную каплю. Этот процесс многократно повторяется, пока капля не достигнет размеров дождевой (около 1-7 мм в диаметре) и не выпадет из облака.

2. Процесс Бержерона–Финдейзена. Это основной механизм образования осадков в «холодных» (смешанных) облаках, где температура ниже $0^\circ \text{C}$ и одновременно существуют переохлажденные капли воды (жидкие, но с температурой ниже нуля) и ледяные кристаллы. Физический принцип заключается в том, что давление насыщенного водяного пара над поверхностью льда ниже, чем над поверхностью переохлажденной воды при той же отрицательной температуре. В результате создается градиент давления пара, который вызывает испарение воды с поверхности капель и ее последующую сублимацию (намерзание) на ледяных кристаллах. Кристаллы начинают быстро расти за счет "поглощения" водяных капель, становятся тяжелыми и выпадают из облака.
- Если на пути к земле они проходят через слой теплого воздуха (с температурой выше $0^\circ \text{C}$), они тают и выпадают в виде дождя.
- Если температура на всем пути до поверхности земли остается отрицательной, выпадает снег.
- В мощных кучево-дождевых облаках с сильными восходящими и нисходящими потоками ледяные частицы могут многократно подниматься и опускаться, наращивая слои льда и превращаясь в град.

Ответ: Образование облаков требует наличия в атмосфере водяного пара, его охлаждения до точки росы (в основном за счет адиабатического расширения при подъеме воздуха) и присутствия ядер конденсации. Возникновение осадков происходит, когда облачные элементы (капли воды или кристаллы льда) укрупняются до размеров, позволяющих им преодолеть восходящие потоки воздуха. Основные механизмы укрупнения — это коалесценция (слияние) капель в теплых облаках и рост ледяных кристаллов за счет переохлажденных капель в холодных облаках (процесс Бержерона–Финдейзена).