Номер 246, страница 40 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Тепловые явления. Испарение. Насыщенный и ненасыщенный пар. Кипение - номер 246, страница 40.

Условие.

246. Почему в сырую погоду дым стелется низко над поверхностью земли?

Решение.

246. Решение

Поведение дыма в атмосфере зависит от его плотности по сравнению с плотностью окружающего воздуха. Дым состоит из горячих газов и мелких твердых частиц (сажи, золы). Будучи горячим, он имеет меньшую плотность, чем окружающий холодный воздух, поэтому на него действует выталкивающая сила (сила Архимеда), и он поднимается вверх. Однако в сырую, влажную погоду возникают условия, которые препятствуют этому подъему.

Существуют две основные причины, почему дым стелется низко:

1. Конденсация водяного пара. В сырую погоду воздух насыщен водяным паром. Частицы сажи в дыме выступают в роли ядер конденсации, на которых оседают и скапливаются микроскопические капельки воды. В результате этого процесса частицы дыма становятся значительно тяжелее, их общая плотность увеличивается, а плавучесть уменьшается. Это затрудняет их подъем и заставляет дым "прижиматься" к земле.

2. Атмосферные условия (температурная инверсия). Это наиболее важный фактор. Сырая, пасмурная и безветренная погода часто сопровождается стабильным состоянием атмосферы. В таких условиях может возникать температурная инверсия — явление, при котором температура воздуха с высотой не падает, а наоборот, растет. То есть у поверхности земли находится слой холодного, плотного воздуха, а над ним — слой более теплого и легкого. Этот теплый слой воздуха работает как невидимая "крышка". Когда дым поднимается и остывает, он достигает этого инверсионного слоя, но не может его преодолеть, так как его плотность становится равной или даже большей, чем плотность теплого воздуха над ним. В результате дым теряет плавучесть и начинает распространяться горизонтально под инверсионным слоем, то есть низко над землей.

Интересно отметить, что влажный воздух сам по себе легче (имеет меньшую плотность), чем сухой воздух при той же температуре, так как молярная масса воды ($M_{H_2O} \approx 18$ г/моль) меньше средней молярной массы воздуха ($M_{воздуха} \approx 29$ г/моль). Однако этот эффект не является определяющим по сравнению с утяжелением частиц дыма из-за конденсации и, в особенности, с блокирующим эффектом температурной инверсии.

Ответ: В сырую погоду дым стелется низко над землей, так как, во-первых, частицы сажи в дыме утяжеляются из-за конденсации на них влаги из воздуха, а во-вторых, что более важно, сырая погода часто сопровождается температурной инверсией (слой теплого воздуха над холодным), которая создает "крышку" и не позволяет дыму подниматься высоко.